Reakcja stresowa wywołana działaniem współczulnego układu nerwowego jest pierwszą drogą, dzięki której mózg aktywuje organizm w odpowiedzi na bodziec stresowy. Niezwykle ważne w tym kontekście jest wydzielanie hormonów i neuroprzekaźników. To one bowiem stanowią kluczowy element w tej kaskadzie zdarzeń.
Kiedy mówimy o aktywności hormonów, a kiedy o działaniu neuroprzekaźników?
Jeśli komórka nerwowa wytwarza substancję, która wywołuje odmienną reakcję na sąsiednią komórkę (zwykle inny neuron) – wytwarza wówczas neuroprzekaźnik. Przykładowo – jeśli zakończenia układu współczulnego w sercu wydzielają noradrenalinę, która zmienia jego pracę – jest ona wówczas neuroprzekaźnikiem. Natomiast jeśli neuron lub każda inna komórka wydziela substancję przekaźnikową, która działa na znacznie bardziej odległe rejony organizmu, do czynienia mamy z hormonem.
Jaki jest zatem związek mózgu z narządami, które wydzielają hormony?
Być może Was zaskoczę, ale jeszcze w niedalekiej przeszłości (początki XX wieku) sądzono, że… żaden. Zgodnie z przekonaniami ówczesnych naukowców, trzustka, nadnercza, jajniki i jądra same „wiedziały” co i kiedy mają wydzielać, posiadały swego rodzaju „czujniki” i traktowane były jako narządy całkowicie autonomiczne. Nie uwzględniano wówczas w ogóle nadrzędnego istnienia innego organu. Te błędne przypuszczenia spowodowały pojawienie się pewnego niezwykle ciekawego procederu. Naukowcy stwierdzili, że wraz z postępującym wiekiem spada poziom wydzielanego przez jądra tajemniczego „czynnika męskości” (nie wiedziano wówczas jeszcze o istnieniu testosteronu), co skutkuje obniżeniem popędu płciowego u mężczyzn. Po obwieszczeniu tego odkrycia starsi, bogaci mężczyźni rozpoczęli masowe poddawanie się codziennym nakłuciom swoich jąder. Stosowane zastrzyki zawierały wyciągi z tych właśnie narządów pochodzących od małp, psów i kogutów. Co ciekawe, Panowie mogli nawet sami wybrać sobie nieszczęśnika, z którego „męskości” będą korzystać! W szwajcarskim sanatorium znajdowały się bowiem specjalne klatki z hodowanymi dla tych celów zwierząt.
Idąc dalej, proceder ten przyczynił się do do narodzin tzw. organoterapii, czyli przeszczepiania całych narządów, bowiem kolejnym krokiem tej „terapii” była nawet transplantacja całych jąder. Jak można się domyślać – efektem tego leczenia był… brak tego efektu. Przede wszystkim, w pozyskiwanych ekstraktach z jąder, wcale nie było testosteronu. Pacjenci dostawali co prawda zastrzyki z wodnym wyciągiem tego hormonu, co istotne jednak – testosteron nie rozpuszcza się w wodzie. Przeszczepiane fragmenty narządów również nie wykazywały żadnego leczniczego działania, ponieważ natychmiast obumierały. Nawet jeśli przeszczepiony gruczoł jakimś cudem by się przyjął – nie miał by szansy wydzielać hormonów. “Nowozaimplementowane” jądra nie mogą wykazywać endokrynnego działania, jeśli brakuje sygnału, który stymulował by ich pracę. Wówczas jednak jeszcze o tym nie wiedziano. Co ciekawe jednak, zarówno dla badaczy jak i mężczyzn podejmujących tę cudowną „terapię” nie był to żaden problem. Prawie wszyscy uczestnicy tego procederu zgłaszali rewelacyjne efekty nowatorskiego leczenia. Był to chyba jeden z najbardziej spektakularnych efektów placebo.
Historia odkrycia mechanizmu komunikacji mózgu z pozostałymi organami
Z czasem świat naukowy zorientował się, że zarówno jądra jak i inne gruczoły wydzielające hormony nie działają samodzielnie, w sposób autonomiczny, lecz muszą znajdować się pod kontrolą jakiegoś “centrum dowodzenia”. Jako pierwsza, szczególne zainteresowanie zyskała przysadka mózgowa, struktura znajdująca się na spodniej części mózgu. Wiedziano bowiem, że schorzenia przysadki lub jej zniszczenie istotnie zaburzają wydzielanie hormonów w obrębie całego organizmu. Wraz z początkiem XX wieku odkryto, że każdy gruczoł obwodowy (jądro, jajnik czy tarczyca) posiada zdolność wydzielania hormonów tylko wtedy, gdy otrzyma uprzedni sygnał właśnie od przysadki – nadano jej wówczas zaszczytne miano nadrzędnego gruczołu wewnątrzwydzielniczego. To spektakularne wówczas odkrycie rozeszło się głośnym echem, między innymi za sprawą czasopisma Reader’s Digest, w którym opublikowano serię artykułów cyklu I Am Joe’s (I Am Joe’s Pancreas, I Am Joe’s Ovaries itd), w jednym z nich, poświęconym przysadce właśnie, istotnie podkreślano jej kluczowe znaczenie.
Tok rozumowania naukowców zmienił się jednak w latach 50-tych, kiedy to zaczęto podważać przyjęte za pewnik dogmaty. Najprostszym dowodem była obserwacja, że usunięcie z mózgu przysadki i umieszczenie jej w naczyniu z niezbędnymi składnikami odżywczymi prowadzi do całkowitego zaburzenia jej funkcji – liczne hormony, które powinny być przez nią wydzielane, przestają się uwalniać. Oczywiście od razu nasuwa się myśl, że nie jest to nic dziwnego – przecież narząd umieszczony poza organizmem wcale nie musi, a wręcz nie powinien prawidłowo funkcjonować. Ale co ciekawe, taka wyizolowana przysadka przestawała wydzielać określone hormony, inne zaś… wydzielała w znacznych ilościach. Jak się okazało, wyizolowana z mózgu struktura nie straciła swojej aktywności lecz po prostu działała niewłaściwie – wcale nie dysponowała całościowym planem dotyczącym gospodarki hormonalnej. Umieszczona w “normalnych warunkach”, w organizmie wydzielałaby hormony zgodnie z instrukcjami wydawanymi przez mózg, ale w warunkach eksperymentalnych pozbawiona została “dostępu” do centralnego organu, który wyznaczałby jej aktywność i działanie. Dziś już wiemy jak ścisła jest to zależność – uszkodzenie części mózgu znajdującego się obok przysadki powoduje zahamowanie wydzielania przez nią niektórych hormonów i nadmierną produkcję innych. Oznacza to, że to mózg kontroluje określone hormony przysadki, zwiększając lub hamując ich wydzielanie.
Jednym z pierwszych prekursorów tego twierdzenia był fizjolog Geoffrey Harris, który to w 1944 roku wysnuł tezę, że mózg także jest narządem wewnątrzwydzielniczym, który wydziela hormony przedostające się do przysadki, a w konsekwencji – sterujące jej pracą. Wielu uczonych uznało pomysł Harrisa za niedorzeczny, bowiem w przeciwieństwie do trzustki czy jajników, ciężko było sobie wyobrazić analizę i pozyskanie hormonów z mózgu. Było to fantazyjne przedsięwzięcie zarówno pod względem naukowym jak i etycznym.
Znaleźli się jednak śmiałkowie. Poszukiwania owych, pochodzących z mózgu hormonów rozpoczęli dwaj badacze – Roger Guillemin i Andrew Schally. Dla ówczesnego środowiska naukowego było to działanie niemożliwe do zrealizowania, ponieważ mózg komunikuje się z przysadką za pomocą niezwykle małego układu krążenia, nie można było zatem poszukiwać tych mózgowych hormonów w ogólnym krwiobiegu. Jeśli takie związki miały rzeczywiście istnieć, to w momencie przedostania się do ogólnego obiegu krwi identyfikacja chociażby ich śladowych ilości byłaby niezwykle trudna, jeśli nie – niewykonalna. Trzeba było zatem dokonać analizy tkanki mózgowej zlokalizowanej u podstaw mózgu, tam bowiem znajdowały się naczynia krwionośne łączące go z przysadką. Materiałem badawczym zdeterminowanych naukowców stały się pozyskane z rzeźni zwierzęce mózgi. Wycinano części zlokalizowane blisko przysadki, umieszczano w mikserze i tak otrzymany, oczyszczony chemicznie homogenat, wstrzykiwano szczurom laboratoryjnym (dzisiejsze procedury laboratoryjne niewiele się różnią – sama również przygotowywałam homogenaty mózgów zwierzęcych – rozpoczynałam od fragmentu tkanki, poprzez działania rozdrabniające w towarzystwie odczynników chemicznych, na mlecznej “papce” kończywszy). Kolejnym krokiem była oczywiście obserwacja, czy przysadki ostrzykniętych, analizowanych zwierząt zmienią wzorce wydzielania przez siebie hormonów. Jak można się jednak łatwo domyślić, kluczowym problemem w tym doświadczeniu była – ilość poszukiwanych hormonów. Nawet najlepszy scenariusz wskazywał bowiem, że w każdym pojedynczym mózgu znajdować się będzie mikroskopijna ilość badanych substancji. Rozpoczęła się zatem gigantyczna analiza pozyskanych z rzeźni organów, która dała zarazem początek badawczej pracy zespołowej. W zapoczątkowane przez dwóch badaczy przedsięwzięcie zaangażowały się zespoły fizjologów, chemików i biochemików. Efektu tych działań nie da się przecenić, bowiem te trwające 14 lat poszukiwania zakończyły się opublikowaniem struktury chemicznej pierwszego hormonu uwalniającego. Dwa lata później, w 1971 roku Schally ujawnił światu sekwencję kolejnego hormonu podwzgórza (Guillemin opublikował ją jedynie 2 miesiące później…).
Podsumowując…
… obecnie wiemy już, że ani “suplementacja” magicznym wyciągiem, wstrzyknięcie ekstraktu z jąder, czy nawet ich transplantacja nie rozwiąże problemów z wydzielanymi przez nie hormonami. Pieczę nad przekaźnictwem hormonalnym trzyma bowiem mózg – nadrzędny gruczoł wewnątrzwydzielniczy. Dziś wiadomo również, że struktura znajdująca się u jego podstawy – to podwzgórze. To tutaj znajduje się miejsce wydzielania ogromnej ilości uwalniających i hamujących hormonów, które z kolei instruuje przysadkę, dając jej czerwone bądź zielone światło do oddziaływania na obwodowe gruczoły organizmu.
Bezapelacyjne “dzięki” dla Guillemina i Schally’ego!
Guillemin, R., Hearn, W. H., Cheek, W. R., and Housholder, D. E., Endocrinol., 60, 488 (1957).
Schally, A. V., Saffran, M., and Zimmerman, B., Biochem. J., 70, 97 (1958).
Schally, A. V., and Guillemin, R., Tex. Rep. Biol. Med., 18, 133 (1960).
Guillemin, R., and Schally, A. V., Endocrinol., 65, 555 (1959).
R.M. Sapolsky “Dlaczego zebry nie mają wrzodów”
