Kitabı oxu: «Взламывая анатомию»

Ken Okona-Mensah

CRACKING ANATOMY

First published in Great Britain in 2020 by Cassell, an imprint of Octopus Publishing Group Ltd

Carmelite House, 50 Victoria Embankment, London, EC4Y 0DZ

All rights reserved.

Печатается с разрешения издательства Octopus Publishing Group Ltd.

В оформлении книги использованы иллюстрации Dreamstime.com, Istockphoto.com, Science Photo Library, Wikimedia Commons, Shutterstock и др.

© Ken Okona-Mensah 2020

© Octopus Publishing Group Ltd 2020

© Оформление. ООО «Издательство АСТ», 2020

Вступление

Наше тело – это удивительная машина, которая эволюциони… стоп! Неужели вам действительно нужно, чтобы кто-то это говорил? Если вы до сих пор не поняли, насколько удивительна «оболочка», которую вы носите каждый день – в болезни и здравии, – тогда, пожалуй, вам лучше отложить книгу в сторонку, подойти к зеркалу и внимательно рассмотреть свое отражение. Итак, поехали.

Что вы чувствуете теперь, когда посмотрели на себя со стороны? Что бы вы ни ответили, сам факт того, что вы решили прочесть эту книгу, свидетельствует о желании узнать о себе побольше – познакомиться с устройством человека с точки зрения физиологии.

Что вы видите, когда смотрите в зеркало?

Не так важно, верите ли вы в существование высших существ или нет. Главным остается то, что наше тело – это динамически и интеллектуально развитый продукт, который постоянно взаимодействует с окружающей средой и учится у нее. Этот продукт идет в комплексе с системами, наглядно показывающими принцип слаженной работы на благо общей цели – поддержания в нас жизни.

В природе все, что происходит на микроуровне, часто повторяется и на макроуровне. Учитывая это, нам, людям, было бы здорово поучиться у своих внутренних структур принципам коллективной работы. Представьте себе мир, в котором каждый из нас являлся бы сложным, но жизненно важным органом, работающим на благо общей цели – сохранения всего человечества.

Эта книга расскажет, из чего состоит наше тело и как оно работает. С первых страниц и до конца книги перед вами будет разворачиваться увлекательная история о закулисье анатомии. Вы сможете лучше понять, как складывались наши современные представления о науке и о чем нам следует помнить, шагая в будущее. На протяжении всей книги вас ждет много информации об анатомии и физиологии, ведь структура и функция всегда идут рука об руку.

Надеюсь, эта книга пробудит ваш аппетит и простимулирует выработку нужных пищеварительных соков, чтобы вы могли лучше переварить кусочки информации о том, насколько вы поразительны.

Глава 1
Основы

В чем тут дело?

Что вам представляется, когда вы слышите слово «анатомия»? Лягушачьи лапки, части человеческого тела, препарированные грызуны в позе витрувианского человека Леонардо да Винчи… или студенты-медики, рьяно изучающие онтогенез подвздошной впадины на переднемедиальной поверхности крыла подвздошной кости? Анатомия – это, конечно же, все вышеперечисленное и многое другое.

Анатомия – это раздел биологии, изучающий, что представляют собой разные части нашего организма, где они находятся и как складываются вместе в тело. Теоретические основы анатомии – это крайне объемная отрасль. Нам потребовались тысячи лет, чтобы пройти путь от первых сохранившихся трудов древних египтян до современного понимания анатомии. И все равно мы только-только разобрались в основах.

Анатомия – это не просто изучение того, что видно невооруженным глазом. К анатомии относится и такая сложная дисциплина, как гистология, которая исследует состав и структуру различных клеток и тканей, видимых лишь при большом увеличении.

Анатомия – это еще и необычайно древняя наука. За время своего существования она смогла развить собственный уникальный язык.

Макроскопический или микроскопический

«Анатомия» происходит от древнегреческого слова «рассечение», или «диссекция». Эта наука делится на две академические ветви: макроскопическую и микроскопическую. Макроскопическая, или топографическая, анатомия изучает структуры, видимые невооруженным глазом. Для того чтобы увидеть структуры на более глубоком уровне, необходимы оптические инструменты, специальная обработка и подготовка образцов. А для того чтобы различить две структуры, расположенные ближе, чем на 0,2 микрометра друг от друга (расширяющая способность сетчатки нашего глаза), нужны оптические инструменты. Изучение столь крошечных анатомических структур называют микроскопической анатомией, или гистологией. Эта научная область занимается изучением тканей, клеток и их органелл.

Примесь физиологии

Но анатомия не смогла бы справиться без своего предмета-близнеца – физиологии. Знать анатомию без физиологии – это все равно что писать музыку, не слушая ее. Физиология отвечает на вопросы «как» и «почему» и объясняет, что наше тело представляет из себя. Физиология изучает, как все работает при нормальных условиях и почему наше тело делает то, что делает. В сочетании с диагностикой и лечением заболеваний анатомия выходит за пределы чисто базовой и теоретической науки и превращается в нечто более обстоятельное и кропотливое – основу медицины.

Стоя на плечах гигантов

«Мы изучали анатомию человека еще со времен Везалия. И именно тогда, когда мы думали, что больше нечего изучать и нечему учиться, человеческое тело нас ловко провело».

Так считает ведущий анатом и антрополог-криминалист профессор Сью Блэк. И действительно: открытия, как автомат для игры в пинбол, меняли направление, по которому следовали люди в погоне за знаниями.

В Древнем мире подходы к пониманию человеческого тела сильно отличались. Некоторые традиционные учения занимались потоками энергий и балансом. Так зародились аюрведические и китайские практики, которые составляют основу современной альтернативной медицины. Другие учения пытались найти «вместилище души» с помощью более эмпирических подходов. Наше понимание анатомических знаний других цивилизаций ограничено, поскольку такие знания передавались из уст в уста, а не сохранялись письменно. Кроме того, мы мало знаем о достижениях женщин до Нового времени. Эту проблему мы затронем в главе 13.

Древние египтяне

Древние египтяне славились способностью извлекать и сохранять органы мертвых при мумификации. Позднее сердце стали возвращать обратно в тело усопших, поскольку считалось, что сердце было домом, где жила душа. Хотя в то время магия была обыденностью, в папирусе Эдвина Смита (ок. 1600 г. до н. э.) нашлись и научные обоснования. Этот свиток назвали в честь человека, который купил его в 1862 году, и считают старейшим из известных текстов, значимых с точки зрения медицины и анатомии.

Древние египтяне хранили внутренние органы усопших в канопах.

Древние греки

Философ, биолог и логик Аристотель (384–322 гг. до н. э.) проводил анатомические вскрытия животных, пытаясь отыскать место, где живет душа. Однако первым анатомом признали его коллегу – греческого ученого Герофила из Халкидона (ок. 325–255 гг. до н. э.). Отучившись в Александрии (современный Египет), Герофил стал проводить первые научные вскрытия. Для того времени это было большой редкостью, поскольку проводить вскрытие человека было категорически запрещено: его считали непочтительным, нечистым и небезопасным.

Во II веке примеру Александрийского ученого последовал и другой одаренный греческий врач по имени Гален (ок. 129–210 гг. н. э.). Он препарировал трупы животных и на основе своих наблюдений написал множество трактатов с бесценными сведениями о строении тела (особенно опорно-двигательного аппарата). Гален заметил, что повреждение спинного мозга связано с повышенным риском паралича и смерти – чем ближе к мозгу было повреждение, тем выше становился риск.

Эпоха ренессанса

Ренессанс (1300–1600 гг.) породил многих великих художников, которые своими точными изображениями человеческого тела способствовали развитию анатомии. Большая часть анатомических текстов до эпохи Ренессанса носила описательный характер и не баловала читателей подробными иллюстрациями. Чтобы научиться создавать максимально точные изображения, такие художники, как Леонардо да Винчи (1452–1519 гг.), Альбрехт Дюрер (1471–1528 гг.) и Микеланджело (1475–1564 гг.), изучали трупы. Со временем эти наброски стали неотъемлемой частью их собственных (и чужих!) печатных публикаций, посвященных анатомическим открытиям.

Исламские ученые

Своей поздней известности Гален во многом обязан средневековым исламским ученым, которые переводили и перепечатывали его работы, попутно исправляя их с учетом собственных наблюдений. Один из исламских мастеров анатомии Абдул-Латиф аль-Багдади (1162–1231 гг.) провел первые посмертные вскрытия. В эпоху Средневековья интеллектуальное лидерство перешло к Ближнему Востоку, который сохранял его до XIII века – пока в Европе с наступлением Ренессанса в XIV веке не началась новая эра экспериментов и исследований.

Новаторская книга Везалия включала детальные изображения мышечной системы.

Отцом современной анатомии часто называют бельгийского анатома и врача Андреаса Везалия (1514–1564 гг.). Он внес существенный вклад в науку, изменив парадигму подхода к получению знаний. Визуальные наблюдения за препарированием трупов легли в основу самой известной публикации Везалия – монографии De humani corporis fabrica («О строении человеческого тела»). В наше время эту книгу считают первым значимым научным достижением: она предложила анатомический язык, не потерявший своей актуальности и по сей день, а также в красочных подробностях познакомила нас с опорно-двигательной системой.

Эпоха просвещения

Эпоха Просвещения ознаменовалась бурным развитием анатомии, что привело к пересмотру нашего понимания сердечно-сосудистой системы. Но для этой области ни один человек не сделал так много, как выпускник Кембриджского университета Уильям Гарвей (1578–1657 гг.). Он написал работу, подтверждающую ранние гипотезы исламского ученого Ибн ан-Нафиса (1213–1288 гг.) о существовании двух кругов кровообращения, через которые кровь поступает сначала в легкие, а затем – в остальные части тела. Кроме того, Гарвей, которого часто называют отцом физиологии, выдвинул предположение, что для размножения необходимо оплодотворение яйцеклетки сперматозоидом.

ВЕЛИКИЕ АНАТОМЫ

Кадавры и заключенные

Испокон веков у анатомии складывались сложные отношения с кадаврами. Ни для кого не секрет, что трупы – главные обучающие материалы для врачей прошлого, настоящего и будущего. Но исторически сложилось так, что проведение вскрытий не по медицинским показаниям вызывало бурную негативную реакцию. Если отбросить религиозные соображения и боязнь потенциального вреда для здоровья, то общественное беспокойство было вполне оправданным – учитывая темное прошлое анатомии.

Большинство ранних анатомов повышали свой уровень знаний, препарируя животных. В основном, конечно, мертвых, но иногда – еще живых. И хотя такие вскрытия служили источником уникальных и полезных знаний, не всю полученную информацию можно было переложить на человеческий организм. Вскрытие трупа человека давало более точные и достоверные данные. В течение XVIII и в начале XIX века в Европе и Соединенных Штатах Америки открывали все больше медицинских учебных заведений, благодаря чему возрастал спрос на трупы. В то время единственным легальным источником кадавров служила пенитенциарная система, которая в качестве заключительного акта возмездия передавала тела казненных преступников на медицинские исследования. А поскольку спрос рождает предложение, люди поняли, что можно хорошо подзаработать, продавая человеческие останки на черном рынке.

Расхитители могил

Спрос на свежие трупы был особенно велик, поэтому многие воры регулярно расхищали свежие могилы (особенно бедных или бесправных людей) и продавали кадавров в медицинские школы.

В Соединенных Штатах чаще всего от таких «похищений» страдали порабощенные и даже свободные афроамериканцы. «Похищение тел» приносило хорошую прибыль так называемым воскрешателям по обе стороны Атлантики. Самым ценным товаром считались тела младенцев. Большую часть трупов, поставляемых пенитенциарной системой, составляли мужчины, и знания о том, как развиваются люди, были довольно скудными. Иногда медицинские школы специально открывались как можно ближе к кладбищам. И некоторые безнравственные люди (например, эдинбуржцы Уильям Берк и Уильям Хэйр) действительно убивали людей, чтобы затем продать их трупы в медицинские школы. Но как только это стало публичным достоянием, общественность взбунтовалась.

Анатомический акт

В 1832 году в Соединенном Королевстве был принят Анатомический акт, по которому казненных убийц больше не ждало посмертное наказание в виде вскрытия, а лицензированные врачи могли закупать для обучающих целей только невостребованные трупы из больниц, психиатрических лечебниц и работных домов. Но, учитывая, что чаще всего невостребованными оставались родственники бедняков, эта и без того уязвимая прослойка населения посмертно становилась еще более уязвимой. В Соединенных Штатах Америки приняли целый ряд анатомических актов, первый из которых был опубликован в штате Массачусетс в 1831 году. Однако некоторые южные штаты разрешали анатомическое вскрытие умерших в тюрьмах, подавляющее большинство заключенных в которых было афроамериканцами. Подобные практики оставили в истории анатомии жуткий след.

Эту фотографию кафедры анатомии Кембриджского университета сделали примерно в 1890 году.

Зверства нацистов

Важным приоритетом германского Третьего рейха (существовал с 1933 по 1945 г.) было одно из ответвлений движения евгеники – преподавание и проведение анатомических исследований. Ученые рейха пытались лучше понять строение человеческого тела, чтобы доказать превосходство «высшей» арийской расы над «низшими» людьми. Для своих исследований многие немецкие анатомы использовали жертв нацистского геноцида.

В основном такими жертвами становились заключенные из концентрационных лагерей: евреи, западные и восточные цыгане, жители Восточной Европы, военнопленные, те, кого сочли «людьми с сексуальными отклонениями», антинацисты или преступники, а также пациенты психиатрических лечебниц. В анатомические отделения по всей Германии и на оккупированные территории, к которым относились Польша, Австрия и Чешская Республика, привозили их тела. Точное число трупов, доставленных для вскрытий, доподлинно неизвестно, однако их количество исчисляется десятками тысяч.

Те, кто проводил вскрытия, не всегда были только пассивными получателями. Хотя некоторые задавались вопросами нравственности подобных методик, другие становились активными участниками процесса. К числу последних можно отнести профессоров-анатомов Эдуарда Пернкопфа и Августа Хирта. В 1943 году Хирт, будучи офицером СС, приказал убить 86 евреев, чтобы он мог составить скелет для выставки в Институте анатомии Рейхского университета в Страсбурге. Он хотел показать гостям, чем, по его мнению, евреи отличаются от других людей. Его приказ выполнили, но публике экспонат так и не представили.

Атлас Пернкопфа

Пернкопф создал один из самых точных и подробных учебников по анатомии человека. Чтобы завершить «Атлас топографической и прикладной анатомии человека», опубликованный в 1950-х годах, Пернкопфу понадобилось более 20 лет. Многотомная карта человеческого тела стала первым изданием, в котором использовалась четырехцветная офсетная печать. Это помогало анатомам и хирургам по всему миру точнее идентифицировать структуры, которые в реальной жизни выглядели почти так же, как на картинках. Лишь после расследования в конце XX века выяснилось, что изображения в атласе «писались» с жертв геноцида. Некоторые ученые настаивали на отказе от использования атласа, а другие считали, что в память о жертвах нацистов мы должны пользоваться им, чтобы учить медицинской этике, истории и анатомии.

Уроки прошлого

Теперь, когда уроки прошлого усвоены, мы должны навсегда запомнить всех тех, кого лишили человеческого достоинства ради расширения наших знаний по анатомии. Анатомические препараты многих музеев и коллекций содержат образцы неизвестного происхождения, многие из которых были получены без согласия человека. Большинство таких препаратов служат постоянным и суровым напоминанием о темном прошлом анатомии. Остальные все же были должным образом захоронены в память о бессмертной и недобровольной жертве их «доноров».

Анатом Джон Хантер рядом со скелетом (ногами) «ирландского гиганта» Чарльза Бирна. Экспонат выставлялся против посмертной воли самого Бирна

Говоря на языке анатомии

После того, как вы разобрались с ключевыми событиями истории анатомии, глубже погрузиться в тему вам поможет понимание ее языка. Для описания анатомических структур и их топографического расположения используют термины, происходящие из языков, на которых говорили первые анатомы.

Анатомические плоскости

При препарировании трупа срезы выполняются в следующих плоскостях.

Медиальная. Сечение выполняют вертикально вниз по середине тела через среднюю линию; препарат разделяют на две равные половины – правую и левую. Если разрез проводят по срединной (медиальной) плоскости, но с ассиметричным смещением влево или вправо, то такая плоскость называется сагиттальной.

Основные анатомические плоскости используются не только в препарировании, но и в медицинской визуализации. Их используют для описания различных проекций тела при проведении компьютерной (КТ) или магнитно-резонансной томографии (МРТ).

Фронтальная. Срез выполняется вертикально под прямым углом к медиальной плоскости; препарат разделяют на переднюю и заднюю половины.

Горизонтальная (или аксиальная, или поперечная). Срез выполняют горизонтально под прямым углом к фронтальной и медиальной плоскостям; препарат разделяют на верхнюю и нижнюю половины.

Анатомическое расположение

Под анатомическим, или стандартным, расположением понимают такое положение тела, при котором человек стоит прямо, лицо обращено вперед, руки опущены, предплечья супинированы (пальцы выпрямлены, ладони открыты и обращены вперед, большой палец каждой руки смотрит вбок). Если ладонь обращена назад, а большой палец смотрит в сторону тела, то такое положение предплечья называется пронированным. Все описания топографического расположения структур в организме приведены по отношению к стандартному положению. Это контрольная точка, помогающая медицинским специалистам лучше ориентироваться в нашем теле.

Глава 2
По крупицам

Организация вашего тела

Древнегреческий философ и биолог Аристотель как-то сказал: «Целое больше суммы своих частей». Но так ли это, если говорить о человеческом теле? Поговорки из серии «дьявол в деталях» и «мал золотник, да дорог» прочно вошли в наш лексикон. А говоря о строении человека, можно с уверенностью утверждать, что целое зависит от коллективной работы всех составляющих.

Наше тело наглядно демонстрирует принцип командной работы. Это классическая биологическая структура, в которой каждый участник одинаково ценен и выполняет свою жизненно важную функцию. И действительно: крупные структуры не смогли бы существовать без своих «подчиненных».

На этой магнитно-резонансной томограмме (МРТ) изображен мозг. У человека есть несколько органов, без которых он не сможет жить, а мозг является единственным незаменяемым.

Чтобы лучше разобраться в различных органах и системах внутри организма, можно воспользоваться наглядной схемой всех ее составляющих. Давайте представим человеческое тело в виде иерархической структуры. Это упорядоченная пирамидальная система, коротко, от простого к сложному описывающая основы архитектуры человеческого тела.

Строение клетки

Первооткрывателем клетки считают английского естествоиспытателя Роберта Гука (1635–1703 гг.). В 1665 году он изучал срезы пробки с помощью ранней версии микроскопа. Ученый заметил, что все срезы были похожи на маленькие комнатки – кельи, в которых жили монахи (лат. cellula, отсюда пошло английское название клетки – cell). На самом деле Гук увидел мертвые стенки растительных клеток с сотоподобной структурой.

На протяжении веков талантливые ученые открывали разные элементы клетки. В XIX веке немецкие ученые Теодор Шванн, Маттиас Якоб Шлейден и Рудольф Вирхов помогли сформулировать клеточную теорию. Один из ее принципов дал идеальную отправную точку для развития науки: он гласит, что клетка является базовой единицей жизни.

Самая большая и самая маленькая

В организме человека «живет» около 200 типов клеток, но самые большие и самые маленькие – те, которые отвечают за само наше существование. Яйцеклетка видна даже невооруженным глазом: ее размер составляет 0,5 мм в диаметре. В отличие от нее сперматозоид можно увидеть лишь под микроскопом, а длина его головки не превышает 0,004 мм.

Наше тело состоит из триллионов клеток. Довольно часто назначение клетки определяется ее строением (и наоборот). Но есть и фундаментальные структурные сходства. Все клетки, вне зависимости от своего типа, заполнены водянистым желеобразным матриксом, который заключен в наружную клеточную мембрану. Этот желеобразный матрикс, или цитоплазма, контролирует все, что входит и выходит, и поддерживает структуру клетки. Кроме того, в цитоплазме расположены микроскопические органоиды (органеллы), которые помогают клеткам выполнять специальные функции. С этой точки зрения отличия упираются в то, какие органеллы есть в клетке и сколько их.

Ядро

Во всех наших клетках присутствует (или присутствовал в начале их существования) некий центр управления под названием «ядро». Этот «командир» органелл определяет, к какому таксономическому типу отнести их обладателя: к простому, например бактериям, у которых нет ядра, или более сложному организму, обладающему собственным ядром. Ядро – это мозговой центр клетки, поэтому оно занимает центральное положение. Ядро содержит специальный код – нашу генетическую информацию – в форме дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК). О привилегированном положении ядра в клетке свидетельствует и то, что у него есть собственный матрикс, и то, что оно покрыто «двойной» мембраной.

Митохондрии

Если какая-то органелла и способная оспорить главенствующую роль ядра, то это колбасовидная структура под названием «митохондрия». Это не просто эволюционные гиганты с двойной мембраной и собственной генетической системой, именно они решают, будет ли клетка жить или умрет. Считается, что митохондрии развились из бактерий, которые когда-то давно проникли в клетку. Эти биологические «поселенцы» смогли обосноваться в определенной части клетки, установив симбиотические отношения с клеткой-хозяином.

В отличие от электрических генераторов, митохондрии сами вырабатывают всю необходимую для жизни энергию. Без этой способности они были бы не более чем плавающими частичками детрита. Митохондрии пользуются молекулами кислорода для преобразования энергии из питательных веществ (глюкозы) в высокоэнергетические молекулы (аденозинтрифосфат, или АТФ), нужные для всех химических реакций в организме. В результате этого процесса, известного как аэробное клеточное дыхание, выделяются углекислый газ, вода и тепло. Сам АТФ необходим клеткам для производства белков.

Эндоплазмическая сеть и рибосомы

По команде ядра в органеллы начинают каскадным способом передаваться белковые структуры. Первые «получатели» – это рибосомы, свободно плавающие в цитоплазме или связанные с мембранной сетью каналов, которую называют эндоплазматической сетью (ЭПС). Сферические рибосомы получают шаблон, на основе которого создаются белки.

Митохондрия

Эндоплазматическая сеть

Аппарат Гольджи

Вакуоль

Лизосома

ЭПС работает как конвейерная лента и получает готовые белки, собранные связанными рибосомами. Эти плоские и изогнутые мембраны помогают продуктам из ядра проникать глубоко в цитоплазму. Они поддерживают внутреннюю транспортировку и выведение таких белков, как антитела (используются в иммунной системе) и ферменты (ускоряют химические реакции). Не у всех ЭПС есть связанные рибосомы. ЭПС, которые не содержат рибосом, называют гладкими. Они производят компоненты жиров, а также гормоны и химические ионы, запускающие реакции.

Аппарат Гольджи

Было бы настоящим упущением не рассказать о том, как клеточные продукты связываются и упаковываются для использования внутри и вне клетки. Стопки мембран, более известных как диктиосомы, или аппарат Гольджи, были названы в честь итальянского биолога Камилло Гольджи (1843–1926 гг.). Эти органеллы отвечают за двустороннюю транспортировку веществ и добавляют финальные штрихи белкам из ЭПС перед тем, как упаковать их в маленькие мембраносвязанные везикулы (пузырьки).

Вакуоль

Эти крупные и заполненные жидкостью пузырьки служат плавающими контейнерами для хранения нужных клеткам веществ (питания и ферментов) либо специально изолированных субстанций.

Лизосома

В клетке проходит множество процессов, поэтому она должна тщательно следить за внутренним порядком. К счастью, в каждой клетке есть собственный центр переработки – лизосомы. Вам бы точно не захотелось очутиться внутри лизосом: они заполнены ферментами, которые перерабатывают и переваривают изношенные компоненты клетки, а также воздействуют на инвазивные инородные тела и саму клетку (если она повреждена и не подлежит восстановлению).

ДНК: все дело в основе

Клетки создают белки, а схему для их сборки берут напрямую из самих генов в ядре. Эти упорядоченные последовательности биологических данных, которые мы наследуем от родителей, влияют на работу организма. Все, начиная с нашего внешнего вида и заканчивая тем, как мы перевариваем пищу, представлено в виде инструкций, которые закодированы в основных единицах наследственности – удивительных молекулах ДНК.

Лауреаты Нобелевской премии Джеймс Уотсон (слева) и Фрэнсис Крик (справа) вывели молекулярную структуру ДНК на базе работ рентгеновских кристаллографов Мориса Уилкинса и Розалинд Франклин.

Было бы настоящим кощунством описать структуру ДНК и не упомянуть Джеймса Уотсона (род. в 1928 г.) и Фрэнсиса Крика (1916–2004 гг.). В 1953 году эти кембриджские выпускники смогли определить молекулярную структуру ДНК. Говоря простым языком, структура молекулы похожа на винтовую лестницу, которую вертикально разрезали на две равные части. Обе части, или полотна лестницы, состоят из двух последовательно расположенных соединений: фосфатной группы и молекулы сахара, известной как дезоксирибоза. Это и есть основа ДНК. Под углом в 90 градусов к каждой связанной молекуле сахара одного полотна прикрепляется органическая молекула – углеродное основание, формирующее одну половину ступени. Эти основания бывают разных типов: А (аденин), Ц (цитозин), Г (гуанин) и Т (тимин). Порядок их расположения является ключом к расшифровке генетического кода.

Каждое основание в двойной спирали ДНК связывается с сахарной частью сахаро-фосфатного остова и комплементарной парой с помощью слабых водородных связей

Если совместить два этих полотна и объединить их углеродные основания с помощью слабых водородных связей, то образуются подвесные ступени, или пары оснований. (Водородная связь представляет собой особый тип силы, или притяжения, между атомом водорода и каким-то другим атомом.) Для конечной «подгонки» нужно соединить основания одной ступени с правильными (комплементарными) основаниями другой. В молекуле ДНК A связывается только с T, а Г – только с Ц. Далее лестница закручивается в спираль – и вуаля! – у вас получилась модель ДНК.

К чему этот поворот?

Не очень приятно думать, что мы обязаны всем одной цепочке молекул, скрученной как зефирная трубочка. Но давайте разберемся. В этой конструкции скрыто гениальное преимущество. Считается, что витки спирали защищают основания от деструктивных взаимодействий и поддерживают суперспирализацию ДНК в плотно упакованных хромосомах (см. параграф «Свертывание в хромосомы», стр. 34–35). Именно поэтому такие молекулы могут втиснуть 6 миллионов пар оснований в одну клетку. ДНК-основания гидрофобны, то есть не переносят воду, а наши клетки во многом состоят именно из нее. Поэтому можно с уверенностью предположить, что перекрученная структура молекулы обеспечивает максимальную защиту ее самых чувствительных областей.

Производство белков

Белки – это длинные молекулы, состоящие из цепочек одной или нескольких аминокислот. Порядок расположения аминокислот определяется последовательностями оснований в конкретной части ДНК. Белки необходимы для создания и работы всех клеток, тканей и органов человека. Но каким образом ДНК из двойной спирали переходит к созданию белков? Недостающим звеном процесса является рибонуклеиновая кислота (РНК).

ДНК и РНК очень похожи. С той лишь разницей, что РНК – это одиночная цепочка, а ее сахарный компонент состоит из рибозы (не «дезокси-», поскольку в данном случае он не пропускает атом кислорода). В отличие от ДНК, РНК связывает аденин (A) не с тимином (T), а с урацилом (У). Существует теория, согласно которой в ходе эволюции ДНК променяла свой урацил на тимин, поскольку последний создает более прочные структуры, через которые не могут пройти опасные частицы. Очевидно, что таким образом дальновидная ДНК изобрела куда более безопасный способ для хранения генетической информации.

Транскрипция

Как только ген включается для производства белка, или экспрессируется, определенная часть ДНК, кодирующая этот ген, раскручивается и начинает постепенно распаковываться. При этом молекула передает свои основания в белок под названием «РНК-полимераза». Этот фермент транскрибирует код из одной цепочки ДНК, совмещая последовательные блоки из фосфатной группы, рибозу (сахар) и присоединяемое основание (все вместе это называется рибонуклеотидом). Кроме того, РНК-полимераза следит за комплементарностью пар оснований по правилу Г – Ц и А – У. В результате образуется особая молекула РНК – матричная РНК (мРНК), а сам процесс называют транскрипцией.

Одна цепочка ДНК служит матрицей для транскрипции. Новообразованная молекула мРНК превращается в шаблон для связывания аминокислот при производстве белков.

Очевидно, что перемещать внутри клетки копии кода, а не священную ДНК, – в разы безопаснее. Завершив транскрипцию, мРНК выходит из ядра через пору мембраны и попадает в цитоплазму. Там она вступает во взаимодействие с рибосомами и продолжает процесс трансляции кода в аминокислоты.

Новые белки

Новые белки могут использоваться внутри клетки или готовиться для экспорта во вне. Ферменты ускоряют химические реакции, поэтому такие белки используются и внутри, и вне клетки. К внутриклеточным белкам относятся рецепторы, которые внедряются в наружную мембрану. Они преобразуют внешние сигналы во внутриклеточные действия. Мембранные белки можно сравнить со светофорами, регулирующими движение молекул на клеточной мембране.

Мембранные белки, характерные для клеточной мембраны, называются интегральными. Их функции зависят от их структуры.

Свертывание в хромосомы

Хромосомы – это ДНК, которая плотно обмотана вокруг своеобразных «катушек» – белков, называемых гистонами. Все наши клетки, кроме половых, содержат по 23 пары (или 46 единиц) хромосом, что называют диплоидным числом хромосом. Один набор берется от отца, а другой наследуется от матери. ДНК сворачивается в хромосомы, только когда клетка готовится к делению. И именно в этот момент хромосомы можно увидеть под микроскопом. Если бы ДНК не превращалась в хромосомы, то при делении клетки превращались бы в запутанные клубки.

В процессе репликации ДНК геликаза разделяет цепочки, а праймаза создает праймер, который указывает ДНК-полимеразе, с чего начинать копирование.

Перед тем как начать делиться, клетка должна реплицировать свою ДНК. А для упрощения процесса необходимо раскрутить спираль ДНК. Основная задача состоит в том, чтобы создать две копии одного и того же генетического материала. Тогда одна из копий будет передаваться из родительской клетки новым потомкам. Этот процесс регулируется ферментом – ДНК-полимеразой, которому помогают и другие белки. Например, ДНК-геликаза раскручивает спираль.

Короткое плечо хромосомы называют P-плечом, а длинное – Q-плечом.

Крайне важно, чтобы эти новые «комплементарные» цепочки ДНК копировались правильно. Поэтому, перед тем как новая ДНК будет закручена в двойную спираль, произойдет ее коррекция. Сформировавшаяся цепочка ДНК получается гибридной: одна ее половина – новая, а вторая является частью матричной цепи. По сравнению с объединением двух совершенно новых цепей, такая схема дает более точный результат.

Форма хромосом

Две копии ДНК, или сестринские хроматиды, сближаются и склеиваются в корсетоподобной перетяжке – центромере. Она разделяет хромосому на две части, или плеча. Каждую хромосому образует своя двойная спираль с собственным набором связанных генов.

Пары хромосом

Наша ДНК кодирует от 20 000 до 25 000 генов, в каждом из которых содержатся инструкции по созданию белков. Полный набор генов, или геном, распределяется между 23 парами хромосом, но неоднородно. Самой длинной является первая пара хромосом (в ней содержится около 2100 генов). Давайте сравним ее с последней парой (23), определяющей пол. Самая крупная из пар половых хромосом называется Х-хромосомой; меньшая по размеру – это Y-хромосома. (Эти термины не имеют ничего общего с формами хромосом.) Те, кто наследуют две копии Х-хромосомы, развиваются в особей женского пола. Получившие ХY-набор хромосом превращаются в особей мужского пола. У мужчин Y-хромосома, унаследованная от отца, короче материнской Х-хромосомы. Это объясняется тем, что вместо 800 генов в ней содержится лишь 50–70 единиц.

Деление клетки

Чтобы заменять мертвые или поврежденные структуры, клеткам нужно делиться. Кроме того, деление необходимо для роста и создания половых клеток, которые «собирают» нас из оплодотворенного яйца и превращают во взрослого человека. Деление клеток является сложным процессом, который подчиняется строгим правилам. Невыполнение этих правил может не только нести катастрофические последствия отдельной клетке, но и поставить под удар сам факт нашего существования.

В зависимости от сообщений, получаемых клеткой, она может находиться в состоянии покоя и выполнять свои обычные задачи, либо переходить в фазу активного деления. Часть клеточного цикла, предшествующая непосредственному делению, называют интерфазой. Во время этой фазы клетка увеличивается в размере, удваивает количество органелл, реплицирует ДНК и готовится к делению. Далее, в зависимости от типа клетки, она будет делиться с помощью митоза или мейоза.

Мейоз

Для полового размножения характерен тип деления клетки под названием «мейоз», при котором образуются сперматозоиды и яйцеклетки. Мейоз создает четыре неидентичные дочерние клетки, каждая из которых содержит половину хромосомного набора родителя (гаплоидное число хромосом). Это происходит, потому что клетка делится дважды. В отличие от митоза, дочерние клетки в данном случае генетически отличаются друг от друга и от клеток родителей.

Перед 1-м делением мейоза сперматоцит (будущий сперматозоид) проходит через интерфазу. Затем начинается первая фаза – профаза 1, в ходе которой гомологические пары хромосом обмениваются генетическим материалом. У яйцеклеток 2-е деление мейоза завершается при оплодотворении.

Митоз

В результате митоза образуются две идентичные дочерние клетки, каждая из которых содержит то же диплоидное число хромосом, что и родительская клетка. Клетка делится один раз, но хромосомы исполняют причудливый четырехфазный танец.

Профаза.

На первом этапе деления, называемом профазой, растворяется ядерная оболочка и конденсируются сестринские хроматиды. Хроматиды сходятся на центромере, чтобы затем объединиться с парами хроматид, унаследованных от другого родителя.

Метафаза.

Все хромосомы сходятся на экваторе (в центре). Им помогают канатовидные белки, или микротрубочки, которые связывают между собой центромеры каждой хромосомы. Сами же микротрубочки прикрепляются к лебедкообразной перетяжке – центросоме, которая располагает их в нужном порядке.

Анафаза.

Центросома катализирует следующую фазу – анафазу, в которой сестринские хроматиды расходятся к противоположным полюсам клетки.

Телофаза.

Вокруг новообразованных хроматид вновь формируется ядерная оболочка, а цитоплазма разделяется на две части.

Цитокинез.

В процессе цитокинеза клетка окончательно расщепляется на две части и «оборачивается» в клеточную мембрану.

Многообразие клеток

Клетки в организме трудятся на благо своего хозяина, то есть нас. Эта внутренняя рабочая сила с различным опытом, компетенциями и ролями позволяет создавать более крепкую и динамичную структуру. Именно поэтому мы не похожи на гигантскую амебу или пласт однообразных клеток. По последним данным, в нас «живет» порядка 206 различных типов клеток, каждая из которых по-своему выполняет нужные команды. Давайте познакомимся с некоторыми из этих типов.

Фоторецепторы

Фоторецепторы – это клетки сетчатки, расположенной на задней стенке глаза. Они содержат светочувствительные пигменты, которые отвечают за реакцию на входящий свет, благодаря чему мы можем видеть. Эти уникальные клетки созданы для преобразования картинки, попадающей в глаз, в нервный импульс, который наш мозг интерпретирует как визуальный образ. Существует два типа фоторецепторов: палочки улавливают свет, темноту и движение, а колбочки отвечают за восприятие цвета.

Палочки и колбочки заселяют наружные слои тонкой ткани специализированных клеток, которые называются сетчаткой. Палочки более многочисленны, особенно на краях сетчатки. В центре сетчатки больше колбочек.

Вдоль кишечника и дыхательных Микроворсинки путей располагаются бокаловидные клетки. Они содержат множество секреторных пузырьков, которые вырабатывают защитное вещество – слизь.

Красные кровяные тельца

Чтобы выполнять важнейшую функцию в клетке, эритроцитам пришлось пожертвовать своим ядром в обмен на дополнительную рабочую поверхность. Структурная модификация, отличающая эритроциты от остальных клеток организма, позволяет им переносить как можно больше кислорода и доставлять этот жизнеобеспечивающий газ в наши ткани. Это чрезвычайно важная работа, поэтому эритроциты составляют почти треть всей популяции клеток в организме.

Гормоны и создание ферментов

Клетки, расположенные в эндокринной и пищеварительной системах, выполняют свои функции с помощь дополнительных инструментов. В этих клетках содержатся дополнительные рибосомы и комплексы Гольджи. Они нужны для производства и упаковки гормонов и пищеварительных ферментов, которые затем выделяются в кровь (гормоны) или желудок (ферменты).

Остеоцит занимает определенную костную область – лакуну. Его множество отростков (выростов цитоплазмы) соединяются с другими остеоцитами с помощью крошечных каналов, называемых канальцами.

Костные клетки

Самые твердые клетки располагаются в костном отделе, который постоянно обновляется и перестраивается. Эту работу делят три типа клеток. Остеобласты создают основу (матрикс) для формирования кости. Некоторые остеобласты «дорастают» до клеток остеоцитов, которые в буквальном смысле врастают в создаваемую ими субстанцию. Остеоциты – самый распространенный тип костных клеток. Они образуют большую часть кости, а также помогают в ее координации и перестройке, особенно при стрессе. Остеокласты, наоборот, реабсорбируют костный материал для высвобождения необходимых минералов (например, кальция) из матрикса или после периодов бездействия.

Стволовые клетки

Существует особый тип клеток, который выделяется среди других своими скрытыми регенеративными способностями. Стволовые клетки могут самообновляться и создавать клетки любого типа. В нескольких тканях и органах эти клетки терпеливо ждут своей активации.

Стволовые клетки, в отличие от большинства типов, не дифференцированы. Это означает, что они не являются специализированными и не выполняют каких-либо строго обозначенных ролей или функций. Получив зеленый свет для начала деления, стволовая клетка дает потомство – по одной специализированной и недифференцированной клетке.

Эмбриональные стволовые клетки

По источнику происхождения стволовые клетки делятся на два основных типа. Эмбриональные стволовые клетки присутствуют только у очень молодых эмбрионов, называемых бластоцистами. Они могут естественным образом превращаться в клетки любого типа, поэтому их назвали плюрипотентными.

Эмбриональные стволовые клетки образуются из внутренней клеточной массы бластоциста – области, которая развивается в плод. Трофобласт превращается в плаценту.

Зрелые стволовые клетки

Зрелые (или дифференцированные) стволовые клетки присутствуют почти во всех тканях взрослого человека. До недавнего времени считалось, что такие клетки способны создавать лишь ограниченное количество клеточных типов – в зависимости от расположения в ткани. Однако исследования доказали, что эти «многоцелевые» клетки не так ограничены, как нам казалось. И действительно: теперь исследователи научились химически стимулировать стволовые клетки из различных тканей, запуская преобразование в любые клеточные типы. Кроме того, ученые научились перепрограммировать, или индуцировать, «обычные» (не стволовые) взрослые клетки с уже оформленной дифференциацией или специализацией в структуры с плюрипотентными свойствами.

Трансформационный потенциал этих возможностей в регенеративной медицине просто огромен. Он не только позволит обойти этическую дилемму при использовании человеческих эмбрионов для сбора плюрипотентных клеток, но и станет панацеей в борьбе с отторжением трансплантатов со стороны иммунной системы.

На этой растрово-электронной микроскопии (РЭМ) изображена стволовая клетка костного мозга. Такие клетки, известные как зрелые, или соматические, встречаются и у детей, и у взрослых.

Квартет тканей

Наши клетки, как и сам зародыш, проходят через определенные этапы дифференциации, необходимые для того, чтобы в дальнейшем сформировать четыре типа тканей. Эти типы возникли эволюционным путем, когда специализированные клетки «узнали» друг о друге и стали объединяться в четко выраженные колонии эпителиальных, мышечных, соединительных и нервных клеток.

Соединительная ткань

Если стволовые клетки являются по отношению к другим типам мультипотентными, то клетки соединительной ткани считаются убиквитарными – потому что они есть повсюду. Соединительную ткань в организме можно найти везде. Эти клетки образуют костную и жировую ткань, хрящи, сухожилия, связки и даже кровь, поскольку имеют общее эмбриональное происхождение (они происходят из мезодермы, или среднего зародышевого листка). Как следует из названия, клетки данного типа соединяют различные части тела с помощью матрикса определенной консистенции (от жидкой до твердой или волокнистой), который прикрепляется к своим клеткам-создателям. Соединительная, или поддерживающая, ткань связывает различные ткани внутри органов, амортизирует чувствительные структуры, сохраняет энергию и держит форму.

Мышечная ткань

Клеточный компонент мышечной ткани – это мышечное волокно, названное так из-за вытянутой формы клеток. Ядра мышечных клеток располагаются по краю клеточной мембраны, благодаря чему остается больше места для тысяч мышечных нитей (миофиламентов). Миофиламенты располагаются внахлест, как переплетенные пальцы, и скользят по поверхности друг друга, отвечая за сокращение мышц и укорачивание клетки. Подробнее о структуре мышц см. параграф «Архитектура мышц», стр. 96–97.

Нервная ткань

Нервная ткань – основная в нервной системе. Она нужна для выработки и проведения электрических импульсов, благодаря которым осуществляется движение и/или выделение физиологических жидкостей. Основной единицей нервной ткани считается нейрон, или нервная клетка, который связывается с другими с помощью специфических соединений – синапсов. Нейронам помогают глиальные клетки: они поставляют питательные вещества и участвуют в проведении нервных импульсов. Подробнее см. параграф «Нейроны» на стр. 190–191.

Эпителиальная ткань

Эпителиальная ткань встречается в пограничных областях: коже, слизистой оболочке пищеварительной системы и глазах. Она также выстилает поверхность внутренних органов и дыхательных путей, носа, рта и легких. Эта ткань присутствует в различных формах – от однослойных плоских или кубических клеток до сложных многослойных видов. Эпителиальные клетки создают барьер между органами и инвазивными веществами или микроорганизмами. В этом деле им помогает один слой клеток и базальная мембрана, которая прикрепляет эпителий к остальным частям тела и регулирует все, что попадает внутрь. В модифицированной эпителиальной ткани присутствуют специальные секреторные железы, помогающие носу вырабатывать слизь, желудку – выделять пищеварительные ферменты, а коже – производить пот и себум (кожное сало).

Эпителиальные клетки, которые выстилают стенки кишечника, называются слизистой оболочкой, или мукозой.

Подсчет органов

В нашем теле можно насчитать от 78 до 79 различных органов. Эта неточность объясняется тем, что четкое определение понятия «орган» отсутствует. Но однозначно ясно, что орган представляет собой сочетание слаженно работающих тканей, выполняющих определенную функцию в организме.

Говоря об органах, подавляющее большинство людей вспоминает лишь пять известных представителей: мозг, сердце, почки, печень и легкие. Однако в одной только мочевыделительной системе, кроме почек, есть еще три важных органа: мочевой пузырь, мочеточник и мочеиспускательный канал. Самым крупным внутренним, или висцеральным, органом в нашем теле считается печень. Печень среднестатистического человека весит 1,8 кг. Но в номинации «самый тяжелый орган» все-таки побеждает кожа с весом в 2,7 кг.

Мозг, достойный собственного чемпионского звания, является самым энергозатратным органом, потребляющим порядка 20 % от всей генерируемой энергии. Мозг стал домом и для самого маленького органа – шишковидной железы. Она вырабатывает гормон мелатонин, помогающий нам заснуть.

Системы органов

С классификацией систем органов ситуация обстоит так же, как и с подсчетом точного количества органов в организме. Эта книга познакомит вас с 10 системами органов:

• покровной; • опорно-двигательной;

• сердечно-сосудистой; • лимфатической;

• дыхательной; • нервной;

• эндокринной; • пищеварительной;

• половой.

Некоторые эксперты считают, что иммунная система не входит в состав лимфатической, а мышечная относится к скелетной. Другие же объединяют лимфатическую, иммунную и сердечно-сосудистую в одну – кровеносную. Абстрагируясь от подобных вариантов, стоит помнить, что системы органов не работают изолированно: в разных системах есть множество перекликающихся функций, из-за чего точность классификации отходит на второй план.

Внутренний баланс

Наши системы органов отвечают за поддержание двух взаимосвязанных процессов: метаболизма и гомеостаза. Метаболизм не сводится к скорости, с которой мы перерабатываем пищу, чтобы производить энергию. Метаболизм представляет собой сумму всех химических реакций, происходящих внутри организма. Гомеостаз – это способ, которым организм достигает постоянства внутреннего состояния, вне зависимости от внешних условий.

Метаболизм

Метаболизм – это больше, чем деление пищи на составные элементы (белки, углеводы и сахара) в процессе, который называют катаболизмом. К метаболизму относится и обратный процесс – анаболизм. Он описывает, как именно организм использует молекулы меньшего размера (амино- и жирные кислоты) для создания более сложных молекул, способных накапливаться в виде энергии или использоваться для различных целей – от роста до борьбы с инфекциями. Скорость данных процессов зависит от различных факторов, включая возраст, пол и наследственность.

Форма активного участка фермента уникальна (напоминает замок). Реакция может происходить, только когда субстрат (ключ) подходит к ферменту (замку). В результате продукты могут соединяться или расщепляться.

К эффекторам метаболизма иногда относят ферменты, потому что они являются биологическими катализаторами, ускоряющими химические реакции в клетке. Катализировать реакции этим белкам позволяет их особая шаровидная структура. В ферментах присутствуют щели (или активные центры), в которые попадают «правильные» молекулы (субстраты). Затем эти вещества распадаются (разлагаются) на две составляющие либо соединяются, образуя более крупную молекулу. Ферменты легко узнать по названию – все они пишутся с суффиксом «-аза» (например, полимераза, амилаза и дегидрогеназа). Большинство ферментов находится внутри клетки. Наличие ферментов в крови может указывать на возможное повреждение тканей. Например, лактатдегидрогеназа (ЛДГ) обычно присутствует в клетках печени и сердца, поэтому повышение ее уровня в крови говорит о возможных повреждениях данных органов. Объем вырабатываемых ферментов строго ограничен – во избежание любой реакции (слишком быстрой или медленной), способной пошатнуть баланс веществ в организме и в конечном счете повлиять на гомеостаз.

Гомеостаз

Гомеостаз – это динамический и автоматический процесс, направленный на достижение внутреннего физиологического покоя. Гомеостаз во многом зависит от обратной связи со стороны различных систем органов, в частности – от нервной и эндокринной систем. Благодаря циклу отрицательной обратной связи наш организм способен управлять реакциями и минимизировать любые дисбалансы. Ведь иначе подобные реакции могут привести к болезни и, в худшем случае, к смерти.

Гомеостаз в действии

Несколько систем органов отвечает за регуляцию водного обмена в организме. При обезвоживании объем воды в крови падает. Тогда особая мозговая структура – гипоталамус – замечает изменение в состоянии и подает сигнал, который мы воспринимаем как жажду. Далее гипоталамус начинает выделять гормоны, которые заставляют почки экономить воду. Мы пьем воду до тех пор, пока ее уровень в крови не восстановится. После этого гипоталамус регистрирует это новое состояние и начинает постепенно снижать уровень гормонов, посылаемых в почки.

Когда клетки умирают

Главной особенностью всех живых существ, будь то одноклеточные или многоклеточные, является их гарантированная смерть. Это довольно парадоксальная черта, ведь, с одной стороны, она определяет, что такое быть живым, а с другой – лишний раз подчеркивает факт неизбежной гибели. На клеточном уровне смерть – примечательное событие. Сигнальные пути, отвечающие за эту важную процедуру, так же сложны и разнообразны, как и сама жизнь.

Для одноклеточного организма гибель клетки – это рок, обрывающий жизнь. Но у многоклеточных организмов, как мы знаем с начала XX века, смерть клеток играет важную роль в нормальном процессе развития. Исторически мы привыкли рассматривать смерть клетки в зрелом организме как некоего врага жизни, проводя аналогию с часами, замедляющими свой ход из-за пагубных влияний среды. Эта точка зрения потеряла свою актуальность: теперь мы понимаем, что многие травмы, вызванные внешними агентами, способны запускать суицидальную программу и активировать процедуру по избавлению от поврежденных клеток. С адаптационной точки зрения данный процесс является оптимальным решением.

С начала 1990-х годов в понимании механизмов клеточной гибели произошел радикальный сдвиг. В результате было выделено два явных сценария: случайная и запрограммированная гибель.

Недостаток кислорода или питательных веществ (или воздействие токсических веществ) может привести к гибели клеток печени из-за некроза. Обратите внимание на их бледную цитоплазму, потерю ядра, тканевую структуру и очаги воспалительных клеток (черные точки).

При некрозе клетки теряют способность управлять транспортом веществ внутри себя. Клетки и органеллы набухают, а затем лопаются, выбрасывая содержимое во внеклеточную жидкость.

Случайная гибель клетки: некроз

Случайная гибель клеток происходит неожиданно и не имеет четко выраженной цели. Она пагубна для всего организма. Такой сценарий иногда называют патологической гибелью клеток, или некрозом (от греч. nekros – мертвый). Некрозные клетки почти всегда отмирают вследствие острой или тяжелой травмы, вызванной:

• экстремальными изменениями в водно-электролитном балансе (электролиты – это соли и минералы);

• внезапной и продолжительной нехваткой питательных веществ;

• резким недостатком кислорода (аноксия);

• сильнейшими физическими и химическими травмами из-за интенсивного воздействия тепла, токсичных веществ или давления.

Некроз используют для описания всех изменений, через которые клетки и ткани проходят в процессе гибели. Клетки и органеллы не могут контролировать собственный объем и начинают набухать. В результате они лопаются и изливают свое содержимое на близлежащие области. Это очень грязный процесс, вызывающий локальную воспалительную реакцию.

Запрограммированная гибель клетки: апоптоз

В отличие от некроза, запрограммированная гибель клеток (PCD – от англ. programmed cell death) представляет собой планируемый или регулируемый сценарий гибели. PCD – это строго регламентированная процедура, происходящая в развитии организма по плану. Естественная, или «физиологическая», гибель клеток может происходить в определенных тканях на отдельных этапах развития либо затрагивать весь жизненный цикл (например, при обновлении иммунных клеток). PCD удаляет нежелательные и потенциально опасные клетки. Таким образом, PCD может возникать из-за различных стимулов, однако сам механизм гибели клеток подчинен определенному процессу под названием «апоптоз».

На этом рисунке показаны основные стадии апоптоза. Митохондрии сохраняются в клетке до самых поздних стадий, так как апоптоз является энергетически затратным процессом.

Понятие «апоптоз» происходит от греческого слова, обозначающего «листопад». Этот термин ввели патологоанатом Эндрю Уилли и его коллеги в 1971 году. Апоптоз – это «встроенная» программа гибели внутри клеток, эффективный и чистый способ избавления от нежелательных и умирающих клеток. Несмотря на то что термины «PCD» и «апоптоз» часто используются как синонимы, бывают случаи, когда PCD не является апоптозом. Например, клетки, выстилающие матку, запрограммированы на гибель к началу менструации, но по факту они погибают от некроза в результате недостаточного кровоснабжения.

В отличие от некротических клеток, на апоптозные действует ряд белков, которые называются каспазами. Апоптозные клетки не разбухают, а, наоборот, сжимаются и со временем распадаются на мембранно-связанные везикулы (апоптозные тельца). На поверхности этих везикул располагаются специальные маркеры, которые привлекают белые кровяные тельца (фагоциты), поглощающие клетки. Клеточные компоненты оборачиваются защитной протеиновой оболочкой, благодаря чему в апоптозе, в отличие от некроза, нет «утечки» потенциально вредных субстратов.

Темная сторона апоптоза

Апоптоз отвечает за поддержание нормального тканевого баланса, но в то же время связан и с рядом заболеваний. Следовательно, у апоптоза, как и у некроза, есть своя темная сторона.

Слишком слабый апоптоз (в клетке с аномальной устойчивостью к апоптозу) вызывает следующее.

Врожденные дефекты.

Лишние клетки не отмирают.

Аутоиммунные заболевания.

Накапливаются аутоиммунные реактивные клетки.

Рак.

Клетки с поврежденными генами, управляющими ростом, не умирают и продолжают расти.

Чрезмерный апоптоз (когда апоптоз активируется в клетке, в которой его быть не должно) может иметь следующие последствия.

Синдром приобретенного иммунодефицита (СПИД).

Белые кровяные тельца (Т-клетки) начинают погибать после заражения вирусом иммунодефицита человека (ВИЧ). Подробнее см. «Иммунодефицит» на стр. 163.

Дегенеративные заболевания нервной системы.

Начинают гибнуть нейроны, что ведет к ухудшению работы мозга. Подробнее см. параграф «Нейроны» на стр. 190–191.

Инсульт.

Временный недостаток кислорода в клетках головного мозга приводит к их гибели от апоптоза.

Глава 3
Идеальная обертка

Покровная система

Известная компания по уходу за кожей говорит нам: «Любите кожу, в которой вы живете». И это справедливо, ведь кожа у нас одна. Хотя на самом деле кожа обновляется чуть ли не каждый месяц, но меняется только ее поверхностный слой…

Кожа относится к покровной системе. Кожа и ее производные формируют покровный слой, или интегумент (от лат. integumentum – покрытие). Кожа не только покрывает всю поверхность тела, но и выстилает ротовую полость, а также анальный канал. Так почему же мы должны любить свою кожу? Вот несколько причин:

• это самая заметная часть тела, влияющая на внешний вид;

• кожа бывает разных оттенков;

• это основной барьер между нами и внешним миром – кожа является первой линией защиты от вредных химических веществ и микробов;

• кожа помогает контролировать температуру тела;

• под действием солнца она вырабатывает важнейший укрепитель костей – витамин D;

• кожа эластична, но прочна, непроницаема, но не позволяет организму высыхать;

• кожа передает сенсорную информацию об окружающей среде;

• она помогает защитить нас от ультрафиолетового излучения.

Что здесь можно не любить? Конечно же, кожа заслуживает должного внимания. В отличие от многих герметичных оболочек, кожа представляет собой необычайно активный и разноплановый, дышащий и секреторный орган. Кроме того, она весьма скрупулезно следит за всем, что попадает внутрь. Например, если бы мы были жирорастворимым химическим веществом и отчаянно пытались пройти фейсконтроль в клуб под названием «организм», то нам стоило бы обходить стороной ступни, чтобы на входе не прождать слишком долго. Быстрее всего мы пройдем фейсконтроль в мошонке. Так что, если нам вдруг захочется поскорее попасть в организм, заходить лучше оттуда.

Кожный покров состоит из трех слоев: эпидермиса, дермы и нижнего слоя – гиподермы.

Слои кожного покрова

Существует три защитных слоя покровной ткани. Внешний слой, или эпидермис, прочно соединен с более глубоким слоем – дермой. Именно на такую глубину набиваются татуировки. Под этими слоями располагается гиподерма, которая состоит в основном из жировых клеток и соединяет кожу с мышцами и костями.

К вспомогательным структурам кожи относят волосы и ногти, а также секреторные железы, выделяющие пот или маслянистое вещество под названием «себум» (кожное сало). Все они образуются из одного эмбрионального слоя, который затем развивается в эпидермис и простирается вплоть до дермы.

При повреждении кожного покрова тяжесть и последствия травмы зависят от количества пораженных слоев – чем глубже поражение, тем серьезнее травма. К счастью, кожа является одной из самых быстро восстанавливающихся частей тела. Подробнее о целительных способностях кожи см. параграфы «Реакция на занозу» и «Обитель тромбоцитов» на стр. 157–161.

Эпидермис

Верить в то, что эпидермис – это не более чем верхний слой кожи, простительно. Но если копнуть чуть глубже, выяснится, что сам эпидермис состоит из нескольких слоев, число которых может доходить до пяти.

Самый нижний слой эпидермиса – это базальный слой. Он располагается чуть выше дермы и образуется одним слоем «живых» эпителиальных клеток (см. параграф «Квартет тканей» на стр. 43). Такие клетки называются кератиноцитами. Остальные слои эпидермиса состоят из клеток, которые в буквальном смысле доживают последние дни. И действительно: эпидермис – это место, где мертвые покоятся над живыми.

На этом микроснимке показаны клетки эпидермиса. Клетки всех слоев над самым глубоким, или базальным, слоем называются кератиноцитами. Постепенно они отмирают, сплющиваются и затвердевают, а под давлением новых клеток выталкиваются ближе к поверхности.

Зародышевый слой – зачастую так называют базальные кератиноциты. Они постоянно делятся и создают новые клетки, которые затем выталкиваются в поверхностный слой. В процессе этого движения кератиноциты вырабатывают белок – кератин, который придает эпидермису прочность и водостойкость. По мере продвижения на поверхность кератиноциты сплющиваются, теряют ядро, затвердевают и умирают, лишая верхний слой живых клеток. Этот верхний, или роговой, слой отпадает в результате ежедневной активности человека. Крайне важно, чтобы клетки в базальном слое обновлялись с той же скоростью, с которой они отмирают в роговом слое. Дисбаланс может привести к развитию псориаза. При такой патологии клетки заменяются слишком быстро (каждые 3–7 дней) и скапливаются в утолщенных чешуеобразных пятнах.

Создан защищать

Толщина кожи по всему телу неоднородна. Она зависит от количества слоев эпидермиса и интенсивности воздействия, которому подвергается кожа. Самый тонкий участок кожи – веки, а самый толстый – ладони и ступки. В них, помимо стандартных четырех слоев эпидермиса, присутствует еще и пятый. Также в эпидермисе содержатся иммунные клетки – клетки Лангерганса, которые очищают кожу от инвазивных микроорганизмов.

Кератиноциты в нижних слоях эпидермиса склеиваются между собой в определенных участках – десмосомах, что повышает механическую прочность кожи.

Эта модель показывает молекулярную структуру белка кератина, который присутствует в эпидермисе, волосах и ногтях.

Базальная мембрана

Эпидермис крепится к следующему слою – дерме – с помощью межклеточного вещества, которое называют базальной мембраной. Эта мембрана выполняет адгезивную функцию, а также защищает нижние структуры кожи от потенциально опасных объектов, включая наши собственные клетки, которые могут мутировать и превращаться в злокачественные.

Меланин защищает ДНК наших клеток от вредного ультрафиолетового излучения. Он поглощает ультрафиолетовые лучи, отводя их от ДНК. Нарушение этого процесса вызывает мутацию, способную привести к развитию рака.

Цвет кожи

Люди всех цветов кожи вырабатывают одинаковое количество меланоцитов. Темный оттенок кожи определяется степенью активности меланоцитов и количеством дендритов, которые могут «дотягиваться» до других клеток. У темнокожих людей более крупные меланоциты. Такие клетки вырабатывают больше меланина, а большее количество дендритов в клетках охватывает большую поверхность кожи.

Как бы странно это ни звучало, но у альбиносов тоже есть меланоциты, однако их способность вырабатывать и распространять меланин ограничена генетической мутацией. Все это приводит к тому, что кератиноциты лишаются пигмента.

Родинки, или невусы, образуются при скоплении групп меланоцитов. Веснушки появляются, когда под действием ультрафиолета гиперактивные меланоциты начинают вырабатывать много меланосом. И группы кератиноцитов в огромном количестве поглощают эти меланосомы.

Чаще всего веснушки встречаются у бледнокожих и рыжеволосых людей, поскольку такие люди являются носителями варианта гена MC1R.

Меланоциты

Одной из популяций клеток, которая чаще всего превращается в злокачественную, являются особые клетки – меланоциты. Эти клетки располагаются вдоль базального слоя и вырабатывают темный пигмент меланин. Именно он придает окрас нашей коже, волосам и радужной оболочке глаз. Это возможно благодаря дендритам – пальцевидным отросткам цитоплазмы меланина. Дендриты встречаются не только у меланоцитов, они широко распространены и в нервных клетках. Меланоциты и клетки нервной системы очень похожи, ведь когда-то, когда мы еще были развивающимися эмбрионами, группа клеток, которой суждено было стать меланоцитами, отделилась от области, из которой в дальнейшем сформировался спинной мозг.

Меланоциты, как альтруистичные осьминоги, упаковывают меланин в гранулы (меланосомы) и распределяют их по соседним кератиноцитам для дальнейшего всасывания. Оказавшись внутри, меланосомы распадаются, а клетки наполняются меланином. Это «клеточное подношение» повторяется по всей поверхности кожи, делая ее способной разрушать ультрафиолетовое излучение.

Дерма

Эпидермис аваскулярен, то есть в нем отсутствуют кровеносные сосуды. Именно поэтому поверхностные порезы кожи не кровоточат и болят не так сильно. Однако если рана рассекает эпидермис насквозь, то обнажается белоснежный слой плоти, и начинается кровотечение. Если травма доходит до дермы с ее внутренними системами восстановления и сетями кровеносных и лимфатических сосудов, то после заживления остается шрам.

Этот толстый слой соединительной ткани отвечает за питание эпидермиса. Скрученные белковые волокна коллагена и эластина помогают дерме создавать прочный и эластичный каркас, который позволяет нашей коже растягиваться и сжиматься. Между этими волокнами располагается целая популяция различных структур.

Наша способность различать тактильные ощущения, незначительную боль и тепло зависит от всех этих структур.

Сосочки

Сосочки – это крошечные кожные отростки, или бугорки, выступающие из дермы в эпидермис. Лучше всего сосочки видны на стопах и ладонях. Там они образуют петли и завитки, из которых складываются отпечатки пальцев. Под микроскопом сосочки видны как завитки крошечных кровеносных сосудов (капилляров), которые объединяются в вертикальные дуги. Кстати, именно эти дуги вызывают точечные кровоизлияния при ссадинах.

Сосочки дермы питают эпидермис и содержат тактильные рецепторы, или осязательные тельца Мейснера. Тельца Мейснера позволяют различать даже легкие прикосновения.

Сенсорные рецепторы

Дермальные нервы проходят через эпидермис, благодаря чему оба слоя могут передавать сенсорную информацию в головной мозг. Большинство сенсорных рецепторов реагирует на давление, температуру и осязание.

Эти специально приспособленные нервные окончания располагаются в дерме на разной глубине, именно поэтому мы можем реагировать на различные типы прикосновений. Малейшее нарушение или искажение запускает нервный импульс, который либо заглушает реакцию, и мы забываем о происходящем (например, при трении одежды о кожу), либо посылает сигналы для привлечения нашего внимания (например, когда мы испытываем боль).

Потовые железы

Говорят, что лошади – взмыливаются, мужчины – покрываются испариной, а женщины сияют.

Но что это: пережиток викторианских культурных традиций или научный факт? Японское исследование, проведенное в 2010 году, доказало научную обоснованность этого утверждения. Ученые выяснили, что небольшая группа женщин из 37 испытуемых начинала потеть только после повышения температуры тела. В то время как у мужчин подобной закономерности не отмечалось. Мужчины начинали потеть быстрее, возможно под влиянием тестостерона.

Наше тело содержит миллионы потовых пор (показаны на микроснимке), которые образуют изогнутые каналы у основания дермы.

Другие ученые оспорили эти результаты, указав на ограниченность исследования и подчеркнув тот факт, что потоотделение регулируется абсолютной силой, а не половой принадлежностью.

Если оставить в стороне научные объяснения, то получается, что все мы потеем, даже находясь в покое. Но не всегда замечаем это. Процесс потоотделения реализует потовая железа – длинный, полый и извитый проток эпидермальных клеток.

В нашей коже можно насчитать до 3 миллионов потовых желез. Они вырабатывают водянистый секрет, который помогает телу охлаждаться и сохранять постоянную температуру, или, метафорически говоря, остывать. И в каждом из этих случаев потовыми железами управляет нервная система.

Извитый клубок потовой железы располагается глубоко в слое дермы, а проток позволяет выводить пот на поверхность. Но не все потовые железы одинаковы, как известно вашему носу. Существует два типа потовых желез.

Апокринные. Эти потовые железы располагаются в волосистых областях кожи (подмышки и пах), а также вокруг сосков. В период полового созревания апокринные железы стимулируют выделение пота с характерным запахом. Этот запах вызывают сочетание продуктов распада, выделяемых бактериями на поверхности кожи при разрушении углеводных, белковых и жировых компонентов пота, и мускусный аромат феромонов, связанных с сексуальной привлекательностью.

Эккринные. Эккринные потовые железы встречаются чаще и располагаются по всей поверхности тела, кроме губ и определенных участков гениталий. Наиболее распространены на ладонях и ступнях. В основном эккринные железы выделяют воду, соль и продукты распада, включая незначительное количество мочевины. В жаркий день мы можем терять с потом до 2 л жидкости, поскольку организм охлаждается за счет того, что тепло собственного тела испаряется через пот.

Еще одним типом секреции является ушная сера, или cerumen. Ее вырабатывает церуминозная железа – видоизмененная потовая железа в ухе. Она выделяет липкий воскоподобный субстрат, состоящий из пота и маслянистого себума. Сера служит защитной для барабанной перепонки.

Сальные железы

Сальные железы вызывают прыщи. Но имейте в виду: это происходит только при закупорке или инфицировании желез. Эти специализированные эпидермальные клетки служат для тела источником естественного увлажнения. Они присутствуют повсюду (кроме век) и прикрепляются к волосяному фолликулу, в который выделяют маслянистую жирную субстанцию для смазки кожи и волос. Если не мыть лицо или голову несколько дней подряд, то этот жир – кожное сало – накапливается.

Кожное сало, которое вырабатывают сальные железы, может смешиваться с омертвевшими клетками кожи и вызывать появление угрей. Угрем (комедоном) называют закупоренный волосяной фолликул. Черные или белые угри инфицируются бактериями, что приводит к воспалению, повреждению и возможному рубцеванию кожи или волосяного фолликула.

Кожное сало не только поддерживает водостойкость кожи, но и создает неблагоприятную среду для определенных типов бактерий и грибков, поскольку при смешивании с потом окисляет поверхность кожи. Количество выделяемого кожного сала (себума) зависит от наших половых гормонов. Эти гормоны активируются в период полового созревания, поэтому подростковые годы сопровождаются появлением характерных прыщей.

Мышцы волоса

В коже есть все четыре типа тканей: эпителиальная, нервная, соединительная и мышечная (см. параграф «Квартет тканей» на стр. 43–44). Мышечная ткань представлена в виде arrector pili – мышцы, поднимающей волос. Эти небольшие пучки гладких мышц располагаются по диагонали и в непосредственной близости к волосяным фолликулам. Контролировать их мы не можем. Когда нам холодно или страшно, мышцы сами сокращаются, натягивая основание волоса и приподнимая его кончик. Это называется пилоэрекцией.

Гусиная кожа, или мурашки, – это эволюционное наследие от наших предков – волосатых обезьян.

Скорее всего, пилоэрекция знакома вам под названием «гусиная кожа» или «мурашки». В те времена, когда наши предки выглядели как йети, это была необычайно важная функция. Сейчас же пилоэрекция больше нужна мохнатым животным, ведь она удерживает у поверхности тела воздух, повышая теплоизоляцию. Кроме того, в ситуациях «бей или беги» пилоэрекция помогает животным выглядеть крупнее. К счастью, у нас не бывает гусиной кожи на лице (а также в бровях, ресницах, усах и носах). У таких волосков нет мышц.

Гиподерма

Термин «гиподерма» происходит от греческих слов, означающих «под кожей». Гиподерму часто называют подкожно-жировым слоем или подкожной фасцией. Технически гиподерма не является частью кожи, но она соединяет кожу с остальной частью тела и сливается с соединительными тканями, покрывающими мышцы.

Гиподерма, которая состоит в основном из белой жировой ткани (подкожно-жировой клетчатки), кровеносных сосудов и белковых волокон, выполняет сразу несколько функций:

• коллагеновые волокна гиподермы позволяют коже без труда перемещаться по низлежащей мышечной ткани;

• большое содержание жира в гиподерме служит теплоизолятором, амортизатором и резервным запасом энергии;

• жировая ткань является основным эндокринным органом, секретирующим гормоны. Она выделяет небольшое количество эстрогена (у мужчин и женщин), а также гормон лептин, который управляет чувством голода. Гиподерма содержит рецепторы, позволяющие ей реагировать на сигналы других эндокринных органов и нервной системы.

Типы жировой ткани

Около 50 % гиподермы здорового взрослого человека состоит из жира. Этот тип называют белой жировой тканью, она накапливается в организме, когда вы набираете вес. Бурый жир, также известный как бурая жировая ткань, располагается в передней и задней частях шеи и в верхней части спины. В бурых жировых клетках много митохондрий, а железо, содержащееся в этих митохондриях, придает клеткам бурый оттенок. Наше тело использует бурый жир только для сжигания калорий и выработки тепла. В отличие от белой жировой ткани, бурый жир не откладывается про запас, а физические упражнения, сон и воздействие холодных температур, наоборот, увеличивают количество такого жира в организме.

Висцеральный жир при метаболическом синдроме. Это серьезная патология, при которой вокруг органов скапливается большое количество белой жировой ткани.

Увядание кожи

Одним из преимуществ или недостатков нашей кожи является то, что она наглядно демонстрирует процесс старения. Как правило, возрастные изменения в коже начинаются после тридцати лет. Из-за образа жизни и невоздержанности этот процесс может ускоряться. С возрастом наша кожа теряет свою эластичность: клетки уменьшаются в размерах, а в эпидермисе и дерме увеличивается количество аномалий. Если базальный слой замедляет производство новых клеток и не поспевает за скоростью отмирания клеток из рогового слоя, то эпидермис истончается. С возрастом коллагеновые и эластиновые волокна дермы, обеспечивающие прочную структуру кожи, теряют свою упругость и деформируются, что приводит к образованию морщин. К возрастным изменениям в гиподерме относится потеря жировой ткани, особенно в руках и ногах. Это лишний раз подчеркивает изменения в дерме и способствует обвисанию кожи. А с потерей упругости кровеносные сосуды становятся более уязвимыми к перфорации и ушибам.

Разве вы не волосаты?

Наши волосы – это еще одна разновидность мертвых клеток эпидермиса. Для многих людей волосы в равной мере повод и для гордости, и для беспокойства. Около 5 миллионов белковых волокон, или филаментов, испещряют поверхность кожи. У большинства людей с густой шевелюрой свыше 100 000 прядей на голове.

Волосы выполняют множество функций, включая:

• теплоизоляцию;

• защиту носа и ушей от попадания вредных микробов;

• защиту внутренних структур от солнечных лучей. Этим и объясняется высочайшая плотность волосяного покрова на голове: он защищает ценнейший орган нашего тела – мозг.

Со временем во всех трех слоях кожи происходят изменения.

Структура волос

Стержень: волосы развиваются так же, как и верхний слой кожи. Видимая часть пряди, или стержень волоса, – это особая форма кератина. Он состоит из трех слоев: губчатого внутреннего ядра (мозгового слоя), среднего – кортекса (коркового вещества) и наружного, прозрачного слоя кутикулы. Все клетки стержня – неживые.

Фолликул: стержень удерживается на коже благодаря трубке эпидермальных клеток – волосяному фолликулу, который проникает в дерму. Волосяные фолликулы формируют скрытую часть пряди – корень волоса. Форма волосяных фолликулов определяет тип волос: вьющиеся, прямые или волнистые.

Луковица: если рассмотреть корень волоса повнимательнее, можно увидеть, что он имеет форму луковицы, чем-то напоминающую лук-батун. Луковица – это место, откуда волос растет. Зародышевый слой базальных кератиноцитов постоянно вырабатывает новые клетки, которые выталкивают вышестоящие вверх, подальше от целебных питательных веществ, поставляемых волосяным сосочком. Сосочек – это структура у основания волосяного фолликула, в которой крошечные кровеносные сосуды переносят кровь, кислород и питательные вещества в волосяную луковицу. Базальные клетки луковицы – одни из самых быстро делящихся клеток. В процессе нашего развития их активные профили заставляют эпидермальные клетки погружаться все глубже в дерму для достаточного кровоснабжения. Также здесь присутствуют и меланоциты, которые поставляют меланин в корневые клетки, а затем окрашивают внутреннюю и среднюю области волосяного стержня.

Сплетение: обвивает волосяную луковицу. Сплетение – так закручено называют сеть сенсорных нервов, которые помогают нам ощущать движение волос.

От прямых волос до афрокудряшек: тип волос определяется формой волосяных фолликулов.

Рост волос

Клетки наших волос – одни из самых активных во всем организме, поэтому иногда им нужна передышка. Вот почему наши волосы периодически входят в стадию активного роста или отдыха, а затем выпадают. За свою жизнь каждый волосяной фолликул может пройти этот цикл как минимум 25 раз.

Этот рисунок показывает три фазы роста волос. Максимальная длина волоса определяется тем, как долго он пребывает в стадии анагена.

Анаген. Длина активной фазы роста, также известной как анаген, различается у волос, растущих в разных местах. У волос на голове она занимает порядка 2–6 лет. В других участках (брови или ноги) анаген длится недели или месяцы, чем объясняется короткий период жизни этих волос. В ходе анагена различные факторы роста стимулируют волосяные фолликулы к созданию новых клеток. В любой отрезок времени в этой фазе будет находиться около 80 % всех волос. Волосы на голове растут примерно на 1,25 см в месяц. Известно, что повышенный уровень женского гормона эстрогена во время беременности продлевает эту фазу и награждает женщин более густыми и длинными волосами.

Катаген. Затем волосяной фолликул переходит в следующую фазу – катаген. В этой фазе активный рост прекращается. Фолликул сжимается и разворачивается, из-за чего волосяная луковица отрывается от корня и лишается питания. Эта короткая фаза длится всего 2–3 недели.

Телоген. В течение нескольких недель волосы не растут, но затем волосяной фолликул активируется. Тогда он начинает создавать новые волосы и избавляется от старых, вынуждая их выпасть во время мытья или расчесывания. Таким образом, ежедневно мы теряем по 50–100 волосков на голове.

Потеря волос

Факторы, влияющие на волосяной фолликул или повреждающие его, могут привести к замедлению роста волос или их выпадению (алопеции):

• старение влияет на количество активных волосяных фолликулов;

• стресс может способствовать ускоренному приходу фазы телогена для большого количества волосяных фолликулов, что приведет к интенсивному выпадению волос;

• считается, что гормон дигидротестостерон (ДГТ), получаемый из главного мужского гормона тестостерона, снижает количество волосяных фолликулов у мужчин (и некоторых женщин) с генетической восприимчивостью к данному гормону. Это приводит к замедлению роста волос и классическому облысению по мужскому типу;

• фолликулит – частое заболевание кожи, которое вызывают бактерии или грибки, поражающие волосяной фолликул. Фолликул воспаляется и заполняется гноем, образуя красные и болезненные пустулы;

• очаговая алопеция заставляет наши иммунные клетки воспринимать волосяные фолликулы как «чужаков» и нападать на них.

A, O и M – это различные типы облысения по мужскому типу. Они наследуются по материнской линии.

Цвет волос

Цвет волос определяют только три фактора, не считая парикмахеров. Благодаря меланоцитам, солнцу и возрасту наши волосы превращаются в настоящих хамелеонов.

Меланоциты. Под действием фермента тирозиназы меланоциты из волосяных фолликулов вырабатывают два типа пигмента меланина: светлый (феомеланин) и темный (эумеланин). Если у вас светлые волосы, то ваши меланоциты вырабатывают феомеланин. Если у вас каштановые или черные волосы, то ваши меланоциты вырабатывают много эумеланина. Если цвет ваших волос лежит посреди между этими двумя оттенками, то у вас вырабатывается смесь двух меланиновых пигментов.

Черный и каштановый – самые распространенные цвета волос в мире.

Солнечный свет. У меланоцитов в коже складываются совершенно особенные отношения с солнечными лучами, чего не скажешь о наших волосах. Попадание солнца на кожу вызывает окисление меланина. Меланоциты не переносят окисленный меланин, поэтому в ответ начинают вырабатывать еще больше меланина, из-за чего наша кожа темнеет. Если же солнце достигает меланина в стержне волоса и окисляет его, то со временем этот волос светлеет (или обесцвечивается). Это происходит, потому что в стержне нет меланоцитов, которые могли бы нейтрализовать солнечное воздействие.

Серая седина может появляться и тогда, когда белые волосы равномерно распределены среди волос с нормальной пигментацией. Как правило, белые волосы являются признаком старения и отключения тирозиназы.

Старение. С возрастом фермент тирозиназа замедляет свою активность и начинает выделять слишком мало пигмента. Так появляется серая седина. Если же тирозиназа полностью исчезает и перестает вырабатывать пигмент, то волосы становятся совершенно белыми.