А что происходит с алкоголем? Последний тип клеток в трио “клеток-дирижеров” (или в квартете, если считать клетки мозга) – клетки печени, гепатоциты. Клетки печени отвечают одновременно за запасание веществ и выведение отработанных продуктов, за секрецию, синтез белков, а также десяток других функций. Выведение отработанных продуктов – очень важный процесс для организма, и печень играет в нем такую большую роль, что об этом стоит поговорить подробнее.
Мы воспринимаем метаболизм как механизм выработки энергии. С другой стороны, одновременно в ходе этого процесса образуются отходы. Часть из них удаляется с мочой через почки. Но почки – не завод по обезвреживанию отходов, они просто сбрасывают их в слив.
А вот клетки печени как раз имеют десятки механизмов для обезвреживания и удаления отходов24. В одном таком механизме задействована “жертвенная” молекула, которая связывается с потенциально опасным веществом и инактивирует его, а дальше обе молекулы расщепляются до тех пор, пока яд не обезвреживается. Другие отходы расщепляются в ходе специализированных реакций. В частности, спирт обезвреживается в серии реакций, распадаясь на безопасные химические соединения. В печени также есть специализированные клетки, которые поедают мертвые или умирающие клетки, в том числе эритроциты. Компоненты мертвых клеток, которые можно использовать повторно, отправляются на переработку. Другие выделяются в кишечник или выводятся через почки. Короче говоря, клетки печени – тоже часть аппарата регуляции и постоянства, с той только разницей, что, в отличие от островковых клеток поджелудочной железы, они выполняют регуляторную функцию на месте. Панкреатические клетки поддерживают метаболическое постоянство, клетки почек – солевой баланс, а клетки печени отвечают за химическое постоянство организма.
В начале весны 2020 года лаборатории оказались закрыты: COVID-19 распространял свои “метастазы” по Нью-Йорку и всему миру. Я принимал мало пациентов – отчасти потому, что не был привит (вакцины еще не прошли сертификацию) и боялся передать инфекцию своим пациентам, проходящим курс химиотерапии, ведь их иммунная система могла не справиться со смертоносным вирусом. Но я все же посещал самых тяжелобольных. Отделение онкологии героически держалось благодаря медсестрам.
Когда я не работал в госпитале или в лаборатории, я уезжал на выходные в дом на берегу пролива Лонг-Айленд. В геометрических пересечениях солнечных лучей раннего утра, скользящих над лужайкой, как свет из призмы, я глядел на двух скоп, свивших здесь гнездо. Они летали над океаном, а потом чудесным образом зависали в воздухе, даже когда капризные порывы ветра налетали с одной или другой стороны. Писатель Карл Циммер описывал такое же поведение у летучих мышей. Он писал, что их удивительная способность зависать в воздухе – тоже форма гомеостаза25.
Печень, поджелудочная железа, мозг и почки – четыре главных органа гомеостаза[138]. Панкреатические бета-клетки контролируют метаболический гомеостаз с помощью гормона инсулина. Почечные нефроны контролируют количество соли и воды, поддерживая постоянство солевого состава крови. Печень помимо многих других функций предотвращает отравление организма токсичными продуктами, в том числе этиловым спиртом. Мозг координирует все эти действия, регистрируя концентрацию веществ, посылая гормоны и выступая в роли дирижера в поддержании баланса.
Тишина. Считаем до двенадцати. Как писал Пабло Неруда, “теперь сосчитаем до двенадцати и помолчим”. Возможно, это наша самая недооцененная способность.
Конечно, в итоге все мы будем сбиты с ног жестоким порывом того или иного патологического процесса в одной или другой системе клеток. Но четыре хранителя гомеостаза, действующие совместно, как перья крыльев и хвоста, которые контролируют положение тела при смене ветра, удерживают организм в правильной позиции. Пока эти системы работают, система стабильна. Она жива. Когда они перестают действовать, тонкое равновесие нарушается. И скопа больше не может зависать в воздухе.
Часть шестаяПерерождение
“Старость – это жестокое убийство”, – писал Филип Рот1. Но, по правде говоря, старость – это истощение, постоянное накопление повреждений, безостановочный процесс превращения функций в дисфункцию и неуклонная потеря гибкости.
Люди преодолевают это угасание за счет двух перекрывающихся процессов – репарации и омоложения. Под репарацией я понимаю каскад клеточных процессов, начинающийся при повреждении. Обычно он характеризуется воспалением, вслед за которым начинается рост клеток, призванных ликвидировать повреждение. Напротив, омоложение – это непрерывная замена клеток в ответ на естественную гибель и распад, причем новые клетки обычно происходят от стволовых или клеток-предшественников. С возрастом количество стволовых клеток и их функциональность очень сильно понижаются. Скорость репарации уменьшается. Источник омоложения оскудевает.
Одна из нерешенных загадок клеточной биологии касается того, почему одни органы подвергаются репарации или омоложению, а другие теряют эту способность. Стволовые клетки крови полностью восстанавливают кровь. Но после смерти одного нейрона на его месте почти никогда не появляется новый. В других органах наблюдается смешанная ситуация. Наверное, к числу наиболее сложных систем относятся кости: они противостоят распаду, используя механизмы и репарации, и омоложения. Клетки, способные восстанавливать костную ткань, сохраняются на протяжении всей жизни человека, хотя их функция с возрастом значительно ослабевает. А вот клетки хрящевой ткани в суставах разрушаются с возрастом очень значительно. Когда мама сломала лодыжку, кость медленно, но срослась. А вот ее коленные суставы распухли необратимо и уже никогда не обретут вновь той гибкости, как в детстве, когда она проворно лазила по деревьям гуайявы.
Наконец, существует клетка, которая способна противостоять распаду, – это раковая клетка, а точнее, разные раковые клетки. В том ли дело, что некоторые опухоли ведут себя как органы, обладающие резервуаром омоложения – раковыми стволовыми клетками? Или просто одни клетки дают начало другим, как это происходит после повреждения органа? Рак – болезнь репарации или омоложения либо же и того и другого?
Есть еще одна нерешенная загадка рака: почему в одних органах злокачественные клетки растут, а в других— отказываются? Есть ли в локальной клеточной среде что-то такое, что поддерживает или отторгает рак? Какие-то питательные вещества?
Пока мы недостаточно понимаем клеточную экологию рака. И поэтому завершим нашу историю о клетках, пытаясь разобраться в понятиях экологии. Мы уже узнали кое-что о клетках, системах клеток, об органах и тканях. Но есть еще один уровень организации, о котором нужно знать: экосистемы клеток. Мелодия, направляющая сложную клеточную физиологию (а также плейлист злокачественной патологии), остается еще одной неразгаданной тайной клеточной биологии.
Обновляющиеся клетки. Стволовые клетки и зарождение трансплантации
“Рождение – не занятие, занятие – это умирание”. <…> Всю долгую восходящую часть жизни вы рождаетесь, а затем, после пика, вы умираете: в этом логика1.
Стволовые клетки не просто превращаются в другие клетки (в процессе клеточной дифференцировки), чтобы создать то, в чем нуждается тело, а потом, когда работа сделана, тихонько исчезнуть. Они больше, чем предшественники других клеток. Они воспроизводят и сами себя (в неопределенном, недифференцированном состоянии), так что могут ответить на призыв позднее, когда системе крови потребуется перестройка2.
Шестого августа 1945 года в 8:15 утра на высоте около тридцати тысяч футов над японским городом Хиросима с борта американского бомбардировщика В-29, прозванного Enola Gay, была сброшена атомная бомба под кодовым названием “Малыш”3. Около сорока пяти секунд бомба падала, а потом разорвалась в воздухе на высоте девятнадцать тысяч футов над хирургическим госпиталем Сима, где медсестры и врачи занимались обычными делами, а пациенты все еще были в постелях. Мощность взрыва равнялась пятнадцати килотоннам в тротиловом эквиваленте, что сравнимо с одновременным взрывом тридцати пяти тысяч начиненных взрывчаткой машин. Зона поражения составила круг радиусом более четырех миль, внутри которого ударная волна снесла все на своем пути. На улицах закипел асфальт. Стекло текло, как вода. Дома рассыпались полностью, будто под ударом гигантской пламенной ладони. Человек, сидевший на каменных ступенях банка “Сумитомо”, испарился в одно мгновение, оставив после себя только тень, заметную на выгоревшем добела камне.
Волны последовавших за взрывом смертей имели три пика. От семидесяти до восьмидесяти тысяч человек – примерно 30 % населения города – сгорели заживо почти мгновенно. “Я пытался описать гриб [облако], эту турбулентную массу, – писал один из артиллеристов самолета. – Я видел огонь, вспыхивавший в разных местах, как на угольном пласте… как будто лава или патока накрыла весь город и потекла наружу, к подножиям холмов, где маленькие долины переходили в равнину, и повсюду начинался огонь”4.
Потом пришла вторая волна смертей – от лучевой болезни (“болезни атомной бомбы”, как ее назвали первоначально). Психиатр Роберт Джей Лифтон писал: “Выжившие замечали у себя странную болезнь. Она заключалась в тошноте, рвоте и потере аппетита, была кровавая диарея, лихорадка и слабость, на разных частях тела от кожных кровотечений появлялись лиловые точки… воспаление и изъязвление ротовой полости, гортани и десен”5.
Но была еще и третья волна. У людей, получивших самую низкую дозу облучения, начал вырождаться костный мозг, что приводило к хронической анемии. Количество белых клеток в их крови резко выросло, потом стало уменьшаться и через несколько месяцев сократилось катастрофически. Как писали исследователи Ирвинг Вайсман и Джудит Шицуру, “те, кто умер от минимальной летальной дозы облучения, почти наверняка умерли от нарушения гемопоэза [процесса кроветворения]”