За все время существования человечества яды сгубили огромное количество людей. Бытует мнение, что Моцарт преждевременно окончил свои дни оттого, что его отравил завистник Сальери. Супруга гениального композитора Констанция Моцарт рассказывала, что незадолго до смерти он предчувствовал, что погибнет от действия яда, и приводила такие его слова: «Я чувствую себя слишком плохо и долго не протяну: конечно, мне дали яду!»
Ученые же, напротив, стараются обратить вредные вещества на пользу человеку.
Нередко в поиске способов лечения различных заболеваний и при разработке новых лекарств исследователи обращаются к зоотоксинам — веществам, которые вырабатываются в теле животных в защитных целях и обладают ядовитым действием.
Недавно отдел науки «Газеты.Ru» рассказывал, какими терапевтическими свойствами могут обладать яды различных животных. Теперь свой вклад в исследование ядов животных решил внести коллектив ученых из США и Австралии. Новое исследование описывает токсины из яда африканского древесного паука-птицееда (Heteroscodra maculata) и их влияние на передачу сигналов боли, связанных с сенсорной гиперчувствительностью. Полный текст исследования был опубликован в последнем номере журнала Nature.
В широком смысле боль можно описать как любое неприятное ощущение в организме, которое вызвано внешними раздражителями. По источникам возникновения она делится на механическую боль, или местную (от соприкосновения или давления), и термическую (возникает под влиянием повышенных либо пониженных температур). Рассказывая о физиологии боли, ученые используют специальный термин «ноцицепция». Этим понятием описывается физический механизм передачи боли без учета эмоциональной составляющей.
Как правило, биологи подчеркивают, что прохождение болевых сигналов в ноцицептивной системе не равно самому чувству боли.
Возникновение болевых ощущений можно описать следующим образом: сначала клетку атакует «неприятель» и повреждает ее, а затем от чувствительных нервных окончаний по нервным же волокнам в центральную нервную систему поступает информация о поломке. На втором этапе добавляются и сопутствующие чувства: тревога, страхи, беспокойства. В организме клетки находятся либо в потенциале покоя (ПП), либо в потенциале действия (ПД). И если с покоем все понятно, то потенциал действия служит одним из показателей возбуждения, а точнее, реакции живых клеток (нервных, мышечных, железистых) на раздражение. Таким образом, ПД можно называть физиологической основой нервного импульса.
Для того чтобы инициировать электрические импульсы, которые сообщат мозгу о боли, через клеточную стенку сквозь специальные поры должны пройти ионы натрия (Na). Такие отверстия называются потенциал-зависимыми натриевыми каналами. В состоянии покоя клетки «ворота» натриевых каналов плотно закрыты, а когда клетка возбуждается, проницаемость мембраны увеличивается. Натриевые каналы играют основную роль для возникновения потенциалов действия во всех возбудимых клетках. Каналы особенно важны в возбудимых волокнах клеток головного мозга, гладкой мускулатуры желудочно-кишечного тракта, скелетных мышц, периферической нервной системы, спинного мозга и дыхательных путей.
Потенциал-зависимые натриевые каналы включают девять различных подтипов — Nav1.1 — Nav1.9 — и кодируются геном SCN9A. Знания о работе потенциал-зависимых натриевых каналов получены из большого количества ранее проведенных исследований. Например, в отношении одного из подтипов — Nav1.1 — было установлено, что
мутации, влияющие на его нормальное функционирование, могут вызывать расстройства центральной нервной системы (ЦНС), в частности такие заболевания, как эпилепсия, аутизм и болезнь Альцгеймера.
Однако роль Nav1.1 в ноцицептивной системе, то есть механизме передачи боли, до сих пор не была детально рассмотрена. На этом и решили сфокусировать свое внимание американские и австралийские биологи в серии недавних экспериментов.
Один из авторов работы, американский физиолог Дэвид Джулиус, вместе с коллегами выделил и описал два вида токсинов из яда паука-птицееда (Heteroscodra maculata), которые способны напрямую поражать белки в составе нервных волокон. Предварительно токсичные вещества были получены методом слабой электрической стимуляции хелицер паука — специальных ротовых придатков с протоками ядовитых желез. Пауки, как и скорпионы или змеи, относятся к активно-ядовитым животным: токсины из их ядов имеют белковую природу. Ранее учеными было установлено, что в передаче информации о боли от одной клетки к другой участвуют нейропептиды. По структуре белки и пептиды довольно схожи и отличаются лишь количеством аминокислот.
Все необходимые эксперименты проводились на мышах, организм которых был отравлен ядом. Действие первого токсина — Hm1a — наглядно продемонстрировало, что нервные волокна, участвующие в работе канала подтипа Nav1.1, играют важную роль в образовании механической, но не термической боли.
Активация Nav1.1 под влиянием токсина Hm1a вызвала у мышей, в организме которых не наблюдалось воспалительных процессов, резкую боль.
За повышенную чувствительность кишечника к механической боли ответственен оказался также Nav1.1 — его активация под действием токсина вызвала у подопытных синдром раздраженного кишечника. Из этого следует, что при лечении данного синдрома, показательным симптомом которого является абдоминальная боль, средства должны быть направлены на нормализацию работы исследуемого потенциал-зависимого канала.
В ходе изучения подтип канала Nav1.1 открылся биологам с неожиданной стороны, а именно как регулятор уровня чувствительности нервных волокон, которые опосредуют механическую боль. Было замечено, что
животные стали сверхчувствительными к прикосновениям, но начали меньше реагировать на тепловое воздействие, то есть иначе воспринимать термическую боль.
Выделенные токсины Hm1a и Hm1b могут быть полезны в повышении активности каналов Nav, частичная потеря функций которых ранее связывалась с болезнью Альцгеймера и синдромом Дравета (одна из разновидностей эпилепсии). Полученные результаты однозначно указывают на Nav1.1 в ноцицептивной системе как на переносчика нервных импульсов. Ответной реакции волокон, использующих потенциал-зависимые натриевые каналы, достаточно, чтобы вызвать в организме появление острой боли или аллодинии (боль вследствие раздражителей, ее не вызывающих).
Проведенные эксперименты с мышами выявили, что блокирование подтипа канала Nav1.1 с помощью лекарственных средств представляет новую возможность ослабления хронической боли при синдроме раздраженного кишечника. Кроме того, возможно предположить, что именно на Nav1.1 следует обращать внимание при исследовании возникновения любых механических болей. В этот список может войти и мигрень. Страдающие этим заболеванием смогут подтвердить, что резко возникающая головная боль, как правило, локальна и вызывает чувства сдавливания. Кроме того, в будущем ученые планируют изучить подтип канала Nav1.1 как рецептора острой и хронической боли.