Страница:
В эндокринологии принято считать, что, если неочищенная вытяжка железы может быть разделена на две фракции, обладающие качественно различным действием, то это служит доказательством того, что первоначальный неочищенный препарат содержал две активные составляющие, которые различались по химическому составу и которые теперь отделены друг от друга. В отношении таких желез (как, например, гипофиз и плацента), вырабатывающих различные гормоны, эта аксиома была и продолжает оставаться основой каждой дискуссии, касающейся предполагаемого открытия новых гормонов. И при всем при том она ложна, и вот каким образом мы это доказали.
Если приготовить раствор, содержащий в определенной пропорции (скажем, 1:1) два химически чистых, но фармакологически антагонистических гормона, то, давая один и тот же раствор в малых и больших дозах, мы можем получить качественно различные (а иногда и диаметрально противоположные) эффекты. Давно известно, к примеру, что фолликулоид или "эстрогенное" соединение (например, эстрадиол) вызывает у крыс ороговение влагалища, в то время как соединение желтого тела (например, прогестерон) -- выделение слизи. Если малые дозы эстрадиола, как раз достаточные, чтобы вызвать ороговение, даются совместно с высокими дозами прогестерона, эффект ороговения полностью устраняется вторым соединением и влагалище начинает выделять слизь. Мы показали, впрочем, что раствор, содержащий в фиксированной пропорции смесь эстрадиола и прогестерона, в низких дозах вызывает ороговение, а в высоких -- выделение слизи. По-видимому, очень малые дозы эстрадиола способны производить практически максимальный эффект, который не устраняется малыми дозами прогестерона. Но по мере того как дозы обоих соединений возрастают, блокирующее действие прогестерона постепенно начинает преобладать, поскольку интенсивность его продолжает возрастать по мере увеличения дозы, в то время как противоположное действие эстрадиола не усиливается.
Чтобы продемонстрировать широкую применимость этой концепции, рассмотрим еще один пример из другой области эндокринологии. Хорошо известно что у крыс с удаленными надпочечниками развитие экспериментально вызванного воспаления может быть приостановлено с помощью обладающего антивоспалительным действием кортикоида (например, кортизола) и что такое ингибирование воспалительного процесса в свою очередь блокируется способствующим воспалению гормоном (например, дезоксикортикостеронацетатом, или ДКА). Однако можно приготовить смесь, содержащую оба этих гормона в некоей заданной пропорции, и тогда ее малое количество будет стимулировать, а большое ингибировать воспаление. Действительно, если теперь разбавить часть этого раствора, то воспалительному действию разведенного раствора можно воспрепятствовать одновременным введением более концентрированного исходного раствора. Это явление опять-таки объясняется законом пересекающихся кривых "доза -- эффект", как это показано на рисунке.
Заметим, что эффект действия ДКА резко возрастает, но быстро достигает постоянного уровня при величине дозы, обозначенной "1". Эффект действия кортизола возрастает медленнее, но в итоге достигает значительно более высокого плато при дозе "2". Эти кривые подходят также и для иллюстрации ранее упомянутого антагонизма между эстрадиолом и прогестероном, с той лишь разницей, что при этом "мишенью" является не воспаление, а ороговение влагалища.
Следует помнить, что закон пересекающихся кривых "доза -эффект" обусловлен не взаимной химической нейтрализацией двух соединений, а противодействующими взаимосвязями между двумя фармакологическими свойствами. Вот почему он может проявляться
кортизол
1 доза 2
даже в различных дозах одного и того же соединения, если последнее обладает двумя независимыми и потенциально антагонистическими фармакологическими свойствами. Тестостерон как раз и является таким соединением, поскольку он вызывает ороговение влагалища при низких дозах и выделение слизи -- при высоких. Мы также видели, что в силу аналогичных причин тестостерон вызывает атрофию надпочечников при низких, а гипертрофию -- при высоких дозах.
Из сказанного может сложиться впечатление, что явление пересекающихся кривых "доза -- эффект" способно ввести в заблуждение только в том случае, если фармакологические свойства одного препарата противоречат свойствам другого. В действительности же это явление может даже порождать качественно новые эффекты. Например, как видно из вышеприведенного рисунка, ни воспалительные, ни противовоспалительные свойства кортикоидной смеси не являются однозначными в точке пересечения; таким образом, ни одно из действий этой смеси избирательно устраняется из общей картины. А поскольку другие свойства ДКА и кортизола не являются взаимно противоречивыми (например, согласно рисунку, влияние кортизола на отложение гликогена в печени не подавляется ДКА ни при каких дозах), постольку их другие действия (скажем, поддержание кортикоидами жизнеспособности при недостаточности надпочечников) взаимно усиливаются. Легко представить себе, что исследователь, имеющий несколько пробирок, содержащих только эти два стероида в одной и той же пропорции, но с различной концентрацией раствора, может прийти к заключению, что во всех пробирках содержатся совершенно различные гормоны в чистом виде или по крайней мере ряд гормонов в различных пропорциях.
Я рассмотрел явление пересекающихся кривых "доза -эффект" довольно подробно, поскольку оно представляет собой наиболее распространенную причину ошибок в тех областях науки, которыми я занимаюсь,-- эндокринологии и исследовании стресса.
РАСХОДЯЩИЕСЯ КРИВЫЕ "ВРЕМЯ -- ЭФФЕКТ".
Аналогичная проблема возникает в том случае, когда различные действия одного и того же фактора проявляются не одновременно.
Приведем пример из наших исследований по стрессу и общему адаптационному синдрому. Переход между тремя типичными стадиями синдрома (реакция тревоги, стадия устойчивости и стадия истощения) не резкий: наблюдается некоторая размытость границ и определенные признаки проявления двух стадий. Справедливость сказанного не зависит от того, каким стрессором вызван синдром, поэтому нижеприведенный рисунок может послужить иллюстрацией расходящихся кривых "время -- эффект" при стрессе вообще.
Мы видим, что кривые, описывающие соответственно тенденцию к отеку, липиды надпочечников, устойчивость к стрессу и вес тимуса, не пересекаются одновременно при смене стадии реакции тревоги стадией устойчивости и затем стадией истощения. Это объясняется различной степенью "инерции" у разных "мишеней" стресса.
Очевидно, если любой агент вызывает такие расходящиеся кривые "время -- эффект" в разных "мишенях", то общий вид реакции может оказаться совершенно различным в двух экспериментах просто потому, что они были закончены и подвергнуты анализу в разное время. Разумеется, степень развития синдрома в целом к данному моменту времени зависит также от множества прочих факторов, которые нелегко контролировать и даже распознавать (например, состояние питания, дозировка и скорость поглощения вводимого вещества -стрессора, влияние не поддающихся контролю загрязнений, температура окружающей среды).
ПЕРЕДАТОЧНАЯ СТАНЦИЯ.
Предположим, наблюдения показали, что как стимул S, так и гормон эндокринной железы Т могут действовать на "мишень" Т1. В таком случае, несомненно, теория, утверждающая, что только Т способен воздействовать на Т1, будет явно ложной. Но если проблема сформулирована именно таким образом, весьма соблазнительно счесть вышеупомянутое "утверждение самоочевидным. Однако оно оставляет без внимания возможные осложнения, обусловленные тем, что передача осуществлялась через Т. Хотя любой эндокринолог знает, что в конечном счете всякое стимулирующее воздействие "гландулотропных" гормонов гипофиза на железы передается именно таким образом, тем не менее на практике эта ошибка весьма распространена.
Ложность вышеприведенной и, казалось бы, не вызывающей сомнения аксиомы становится очевидной при рассмотрении следующей схемы:
Хотя, как показано на схеме, 8 может очевидным образом воздействовать на Т1, однако столь же справедливо было бы утверждать, что только Т в состоянии воздействовать на Т1, поскольку 5 оказывает действие на конечную "мишень" именно через эту передаточную станцию.
В нашем институте мы столкнулись с данной проблемой с связи с воспроизведением одного почечного заболевания, нефросклероза, с помощью метиландростендиола (МАД). Как я ранее показал в систематических экспериментах с несколькими сотнями стероидов, нефросклероз вызывают только те из них, которые обладают минералокортикоидной активностью. Поэтому обобщение, согласно которому нефросклеротическое действие тесно связано с минералокортикоидным эффектом, представлялось оправданным.
Затем один из моих бывших студентов, Флойд Скелтон, опубликовал чрезвычайно интересную статью, в которой он показал, что МАД также вызывает нефросклероз. Это соединение представляет собой тестоид, или мужской половой гормон. Оно определенно не обладает никакими минералокортикоидными свойствами, более того, ему вообще не свойственна кортикоидная активность. Даже в химическом отношении оно совершенно отлично от всех гормонов коры надпочечников.
Этот факт интриговал нас в течение известного времени, пока в сотрудничестве с Эрнесто Сальгадо мы не обнаружили, что МАД не оказывает нефросклеротического действия на крыс с удаленными надпочечниками, хотя на его тестоидное действие (стимуляция мужских вторичных половых признаков) удаление надпочечников не влияет.
Таким образом, стало очевидным, что, хотя удаление надпочечников никоим образом не препятствует действиям, характерным для МАД, оно не позволяет ему вызывать нефросклероз. Объяснением этому явлению, по всей видимости, может служить то обстоятельство, что нефросклеротическое действие МАД является следствием какой-то "ошибки обмена" в самой коре надпочечников; под его влиянием клетки коры вырабатывают преимущественно минералокортикоидоподобные гормоны.
АЛЬТЕРНАТИВНЫЕ ПУТИ.
Эта ошибка нередко вызывается явлением, которое я назвал "обусловливание" -- зависимостью определенного действия от изменяющихся факторов. Здесь типичен следующий ход рассуждений: если стимул S действует на мишень Т1 только в присутствии эндокринной железы Т, то чрезвычайно вероятно, что S воздействует на Т1 через Т. Еcли затем можно показать, что гормоны железы Т действуют на Т1 (в том же смысле, в каком S воздействует на Т1 в присутствии Т), то можно считать практически установленным, что S действует на Т1 через посредство Т (как показано на предыдущей схеме).
Это заключение также ложно, как видно из следующей схемы:
Очевидно, при данных условиях S может воздействовать на Т непосредственно по пути Р, но это действие может проявиться лишь в присутствии гормонов Т. В этом случае мы говорим, что Р обусловливает гормональное действие Т, но сам по себе действенным не является.
Изучение кортикоидов дало нам бесчисленные примеры взаимосвязей такого типа. Скажем, у крысы с удаленными надпочечниками в отличие от не подвергавшихся этой операции крыс воздействие стрессором (например, формалином, холодом) не вызывает резкой временной дегенерации тимуса. В то же время кор-тизол обусловливает дегенерацию тимуса даже у крысы с удаленными надпочечниками и подпороговые дозы кортизола (которые сами по себе были бы неэффективными) цогут оказаться эффективными за счет одновременного воздействия Стрессоров даже в отсутствие надпочечников. В подобных случаях можно сказать, что стрессоры обусловливают или повышают чувствительность "мишени" (тимуса) к кортизолу. Практически то же самое взаимодействие между стрессорами и кортизолом было подтверждено для катаболического, противовоспалительного и многих других действий этого стероида.
Существует несколько разновидностей этого типа взаимодействия. Например, определенная реакция Т (на предыдущей схеме) может не иметь места ни под влиянием гормонов железы Т, ни под влиянием стимула S, если железа Т отсутствует. В подобных случаях реакция может быть все-таки получена при одновременном воздействии и гормонов Т, и стимула S.
Подходящим примером, с которым я столкнулся в процессе своей собственной работы по изучению кортикоидов, является воспроизведение почечного поражения, называемого нефросклерозом, посредством ДКА. У нормальной крысы, получающей диету с малым содержанием натрия, практически невозможно вызвать нефросклероз с помощью ДКА. Умеренное увеличение потребления хлорида натрия само по себе также не способно вызвать нефросклероз при данных условиях. Однако одновременное воздействие ДКА и малых добавок в пищу хлорида натрия неминуемо приводит к сильному нефросклерозу.
РАЗВЕТВЛЯЮЩИЕСЯ ПУТИ.
Общий принцип наиболее распространенной ошибки, случающейся при "разветвлении путей" между стимулом и "мишенью", иллюстрируется следующей схемой:
Предположим, что, когда действие стимула впервые подверглось изучению, все первоначальные исследования оказались посвященными его воздействию на Т1 Т2 и Т3. Большие усилия были затрачены на определение того, как именно действует 5, и в результате для каждой из трех "мишеней" было с определенностью установлено, что все действия осуществляются через посредство передаточной точки Т. С течением лет способность S воздействовать только через Т приобрела характер классического примера и вошла в учебники. Если теперь обнаружится, что S действует также и на "мишень" Т4, то искушение предположить, что и в этом случае воздействие опосредуется все той же передаточной точкой, будет очень велико. на самом деле S все же может осуществлять свое воздействие напрямую. (как показано на рисунке) или через какую-либо передаточную точку, отличную от Т, но к настоящему времени существует психологический барьер, препятствующий даже рассмотрению такой возможности.
Мы столкнулись с этой конкретной проблемой в связи с нашей работой по изучению прямого воздействия препаратов АКТГ. Когда мы начали исследование, считалось общепринятым, что АКТГ действует лишь путем стимуляции выработки кортикоидов надпочечниками, поскольку все его известные эффекты могли быть устранены удалением надпочечников. Затем оказалось, что даже самые очищенные препараты АКТГ стимулируют препуциальные железы у крыс. Эти образования, будучи вторичными половыми признаками, регулируются половыми железами. Поэтому мы повторили свою работу на кастрированных животных, чтобы проверить возможность опосредования через половые железы. Подобного действия продемонстрировать не удалось, поскольку АКТГ сохранил свою активность и в отсутствие половых желез. Поэтому мы с уверенностью предположили, что имеем дело с обычным, то есть опосредованным надпочечниками, действием самого АКТГ, а не с действием примесей, стимулирующих половые железы.
Потребовалось известное время, прежде чем мы пришли к выводу о необходимости проверки того, действительно ли это конкретное действие АКТГ Зависит от присутствия надпочечников. В итоге, когда эксперименты были повторены на животных с удаленными надпочечниками, мы обнаружили, что, как ни странно, эффект стимуляции препуциальных желез в отличие от всех других известных эффектов действия данного гормона не устраняется этой операцией. Таким образом, мы установили, что сам АКТГ (или какое-то вещество, присутствующее даже в самых очищенных препаратах АКТГ) оказывает на надпочечники прямые воздействия. Оглядываясь назад, осознаешь, что проверка идеи об опосредующем действии надпочечников в общем-то элементарна. И тем не менее ни в одной из множество статей, описывающих стимуляцию препуциальных желез АКТГ, не было никаких данных об опытах на животных с удаленными надпочечниками. Считалось очевидным, что АКТГ может лишь стимулировать процесс выработки кортикоидов, что другие возможные его действия просто не проиходили в голову.
К сожалению, занимаясь воспроизведением нефросклероза с помощью больших доз СТГ, я опять допустил ту же ошибку. Бесчисленными наблюдениями было твердо установлено, что СТГ не действует посредством надпочечников ни на какой ранее изученный вид ткани. Когда мы выяснили, что у соответствующим образом сенсибилизированных крыс большие дозы СТГ способны вызывать нефросклероз, вопрос о возможности опосредования надпочечниками долгое время даже не приходил мне в голову. В конце концов, правда, мы рассмотрели такую возможность и обнаружили, что у животных с удаленными надпочечниками никакие дозы СТГ нефросклероз не вызывают. В этом отношении даже проведение терапии с применением различных кортикоидов не может компенсировать отсутствующий надпочечник. Очевидно, нефросклеротическое действие СТГ (или какого-то вещества, неотделимого от СТГ и потому присутствующего во всех его соединениях) опосредуется надпочечниками.
Так называемая теория обратной связи при секреции АКТГ во время стресса, которая была столь популярна всего лишь несколько лет назад, основывалась на том же самом заблуждении. Сначала со всей определенностью было установлено что во время реакции тревоги гипофиз выделяет АКТГ, который в свою очередь стимулирует выработку кортикоидов. В то же время было известно, что кортикоиды создают "компенсаторную атрофию" надпочечников посредством сокращения выделения АКТГ гипофизом. Очевидно, здесь мы имеем дело с механизмом обратной связи. С учетом всего этого соблазнительно было предположить, что во. время стресса выделение АКТГ стимулируется тем же самым механизмом, то есть потребление кортикоидов возрастает вплоть до возникновения состояния функциональной кортикоидной недостаточности. Эта недостаточность может затем стать стимулом для увеличения выработки АКТГ.
На самом деле фактических свидетельств увеличенного потребления кортикоидов с последующей кортикоидной недостаточностью на стадии реакции тревоги не существует. На практике концентрация кортикоидов в крови значительно возрастает во время стресса. Несколько лет назад мы показали также, что даже у животных, которым вводились чрезмерно завышенные дозы различных кортикоидов, стресс все же мог стимулировать надпочечник. Эти результаты привели нас к выводу о том, что уровень кортикоидов в крови регулирует выделение АКТГ только на околофизиологических уровнях. Фактической предпосылкой нормальной реакции стресса является необходимость хотя бы частичного выключения этого механизма обратной связи. В противном случае не было бы характерного значительного увеличения выработки кортикоидов. Тем не менее психологический барьер, препятствующий рассмотрению альтернативных вариантов, был столь значителен, что теория "обратной связи" оставалась в ходу в течение ряда лет.
ОБОБЩАЮЩЕЕ НАЗВАНИЕ, ИЛИ ЛОВУШКА ЭКСТРАПОЛЯЦИИ.
Очевидно, что многие проблемы, которые мы до сих пор рассматривали под разными названиями, в определенной степени перекрывают друг друга. Впрочем, как я уже говорил, я описывал эти заблуждения не столько для того, чтобы дать их четкую классификацию, сколько для того, чтобы представить их в том виде, в каком они сами себя обычно проявляют. Избегать подобных ловушек будет значительно проще, если познакомиться с их способами маскировки.
К примеру, та заслуживающая особого внимания мыслительная ошибка, которую у себя в лаборатории мы называем "дутый авторитет обобщающего названия", до известной степени перекрывается ошибками "разветвляющихся" и "альтернативных путей". Мне все же кажется, что было бы неплохо специально ее рассмотреть и соотнести с тем, какое значение приобретает проблема обобщающих- названий. Ибо не секрет, что слишком часто непосредственным источником ошибки фактически является сам используемый термин. Для иллюстрации используем следующую схему:
Рассматриваемая "мишень" (изображенная в виде столбчатой структуры в центре рисунка) обладает рядом общих характеристик. Это единственная причина, по которой мы может пользоваться единым обобщающим названием, скажем "Т-столбик", вместо того чтобы всякий раз перечислять все его части, от Т1 до Т8. Такие общие характеристики не обязательно обусловливаются анатомическим сходством частей, они могут иметь чисто функциональную основу (скажем, почти повсеместно встречающиеся клетки ретикулоэндотелиальной системы тем не менее реагируют как единое целое).
Подобные обобщающие названия удобны, но они могут и вводить в заблуждение. На примере нашей схематической модели предположим, что некий исследователь доказал путем наблюдения семи составляющих Т-столбик частей, что S стимулирует развитие Т-столбика при воздействии на части Т1 -- Т7, а S1 препятствует такому развитию при воздействии на части Т2 -- Т7. Предположим далее, что к тому времени, как он получил эти результаты, его запас стимулов S1 исчерпался. В подобном случае велико искушение заявить, что, конечно же, действия и S, и S1 на Т1 и Т8 также будут взаимно нейтрализовать друг друга. Дело в том, что мы привыкли думать об S как о единственном стимулирующем факторе (широкая общая часть стрелок на рисунке слева), а об S1--как о единственном препятствующем факторе, или ингибиторе (гребенчатая общая часть стрелок справа). На самом же деле, если рассмотреть схему более внимательно, то окажется, что как S, так и S1 действуют на Т1 стимулирующим образом, в то время как на Т8 S оказывает стимулирующее влияние, а S1 -- вообще никакого. В данном случае использование трех обобщающих названий (и понятий), а именно: S как стимулятора, S1 как ингибитора и Т как "мишени", оправданно и удобно. Но при этом данные общие обозначения сами по себе становятся главной причиной того психологического барьера, который мешает видеть возможные исключения, имеющие место в отдельных точках (а именно в Т1 и Т8).
В качестве реального примера возьмем первичные и вторичные мужские половые признаки. Они представляют собой составную мишень, включающую ряд совершенно различных в структурном отношении тканей (семенники и борода у человека, рога у оленя, гребень у петуха и т. п.). Мы называем их единым обобщающим названием "мужские половые признаки", поскольку, несмотря на различия в их внешнем виде, функциях и расположении, они характерным образом развиты у особей мужского, а не женского пола. Далее, эти признаки в целом подвержены стимулирующему влиянию тестоидных "мужских" гормонов (например, тестостерона) и ингибируются фолликулоидными "женскими" гормонами (например, эстрадиолом). Это в свою очередь приводит нас к мысли о том, что точно так же целая группа других мужских гормонов действует как стимуляторы (андростерон, метилтестостерон), а женские гормоны (эстрон, эстрадиол) -- как ингибиторы. Рост петушиного гребня и в самом деле стимулируется тестостероном, андростероном и метилтестостероном, а сдерживается эстрадиолом, эстроном и эстриолом. После того как при изучении многочисленных других мужских половых признаков было отмечено подобное взаимное противодействие, понятие гормонального антагонизма в половой сфере настолько прочно укоренилось в нашем сознании, что мы не замечаем исключения. А ведь молочные железы самца крысы стимулируются обоими типами гормонов, в то время как препуциальные железы стимулируются тестоидами, но не подвержены ингибирующему влиянию фолликулоидов.
Выявление подобных исключений неизбежно побуждает некоторых критиков оспаривать разумность использования обобщающих названий для совместного рассмотрения различных частей изучаемой "мишени" или для всего разнообразия индивидуальных действий стимулов. Подобный критический настрой совершенно неоправдан. Если судить по рассмотренному выше примеру, то обходиться без понятия "мужские половые признаки" или же "мужские гормоны" было бы неудобно, несмотря на исключительное, необычное поведение некоторых составных частей, к объединению которых тяготеет обобщающее название. Очевидно, было бы невозможно, скажем, перечислить все известные (а вообще говоря, и все еще не открытые) мужские гормоны каждый раз, когда мы хотим сказать, что определенный орган стимулируется не только тестостероном, метилтестостероном и андростероном, но и, насколько известно, всеми мужскими гормонами. Так уж устроен человеческий мозг, что в мыслительных процессах почти всегда используются символы, которые действуют в качестве кратких обозначений целых классов родственных сущностей. В противном случае мы погрязли бы в массе деталей, с которыми нам приходится иметь дело. Решение, сотоит не в том, чтобы отказаться от обобщающих названий, а в том, чтобы понять их ограничения и не наделять абсолютным авторитетом, которым они не обладают. Хорошее обобщающее название сослужит нам добрую службу, но лишь в том случае, если мы осознаем, что оно относится к исходным, но не к идентичным вещам.
В процессе моей собственной работы по изучению коры надпочечников мне пришлось столкнуться с несколько иной проблемой. Предлагая термины "минералокортикоид" и "глюкокортикоид" для двух основных клас-сов жизненно важных эффектов гормонов коры надпочечников, я настойчиво стремился подчеркнуть, что одно и то же химическое соединение может проявлять оба вида активности, хотя и в разной степени. Таким образом, этими терминами предполагалось обозначать эффекты, а не химические соединения.
Если приготовить раствор, содержащий в определенной пропорции (скажем, 1:1) два химически чистых, но фармакологически антагонистических гормона, то, давая один и тот же раствор в малых и больших дозах, мы можем получить качественно различные (а иногда и диаметрально противоположные) эффекты. Давно известно, к примеру, что фолликулоид или "эстрогенное" соединение (например, эстрадиол) вызывает у крыс ороговение влагалища, в то время как соединение желтого тела (например, прогестерон) -- выделение слизи. Если малые дозы эстрадиола, как раз достаточные, чтобы вызвать ороговение, даются совместно с высокими дозами прогестерона, эффект ороговения полностью устраняется вторым соединением и влагалище начинает выделять слизь. Мы показали, впрочем, что раствор, содержащий в фиксированной пропорции смесь эстрадиола и прогестерона, в низких дозах вызывает ороговение, а в высоких -- выделение слизи. По-видимому, очень малые дозы эстрадиола способны производить практически максимальный эффект, который не устраняется малыми дозами прогестерона. Но по мере того как дозы обоих соединений возрастают, блокирующее действие прогестерона постепенно начинает преобладать, поскольку интенсивность его продолжает возрастать по мере увеличения дозы, в то время как противоположное действие эстрадиола не усиливается.
Чтобы продемонстрировать широкую применимость этой концепции, рассмотрим еще один пример из другой области эндокринологии. Хорошо известно что у крыс с удаленными надпочечниками развитие экспериментально вызванного воспаления может быть приостановлено с помощью обладающего антивоспалительным действием кортикоида (например, кортизола) и что такое ингибирование воспалительного процесса в свою очередь блокируется способствующим воспалению гормоном (например, дезоксикортикостеронацетатом, или ДКА). Однако можно приготовить смесь, содержащую оба этих гормона в некоей заданной пропорции, и тогда ее малое количество будет стимулировать, а большое ингибировать воспаление. Действительно, если теперь разбавить часть этого раствора, то воспалительному действию разведенного раствора можно воспрепятствовать одновременным введением более концентрированного исходного раствора. Это явление опять-таки объясняется законом пересекающихся кривых "доза -- эффект", как это показано на рисунке.
Заметим, что эффект действия ДКА резко возрастает, но быстро достигает постоянного уровня при величине дозы, обозначенной "1". Эффект действия кортизола возрастает медленнее, но в итоге достигает значительно более высокого плато при дозе "2". Эти кривые подходят также и для иллюстрации ранее упомянутого антагонизма между эстрадиолом и прогестероном, с той лишь разницей, что при этом "мишенью" является не воспаление, а ороговение влагалища.
Следует помнить, что закон пересекающихся кривых "доза -эффект" обусловлен не взаимной химической нейтрализацией двух соединений, а противодействующими взаимосвязями между двумя фармакологическими свойствами. Вот почему он может проявляться
кортизол
1 доза 2
даже в различных дозах одного и того же соединения, если последнее обладает двумя независимыми и потенциально антагонистическими фармакологическими свойствами. Тестостерон как раз и является таким соединением, поскольку он вызывает ороговение влагалища при низких дозах и выделение слизи -- при высоких. Мы также видели, что в силу аналогичных причин тестостерон вызывает атрофию надпочечников при низких, а гипертрофию -- при высоких дозах.
Из сказанного может сложиться впечатление, что явление пересекающихся кривых "доза -- эффект" способно ввести в заблуждение только в том случае, если фармакологические свойства одного препарата противоречат свойствам другого. В действительности же это явление может даже порождать качественно новые эффекты. Например, как видно из вышеприведенного рисунка, ни воспалительные, ни противовоспалительные свойства кортикоидной смеси не являются однозначными в точке пересечения; таким образом, ни одно из действий этой смеси избирательно устраняется из общей картины. А поскольку другие свойства ДКА и кортизола не являются взаимно противоречивыми (например, согласно рисунку, влияние кортизола на отложение гликогена в печени не подавляется ДКА ни при каких дозах), постольку их другие действия (скажем, поддержание кортикоидами жизнеспособности при недостаточности надпочечников) взаимно усиливаются. Легко представить себе, что исследователь, имеющий несколько пробирок, содержащих только эти два стероида в одной и той же пропорции, но с различной концентрацией раствора, может прийти к заключению, что во всех пробирках содержатся совершенно различные гормоны в чистом виде или по крайней мере ряд гормонов в различных пропорциях.
Я рассмотрел явление пересекающихся кривых "доза -эффект" довольно подробно, поскольку оно представляет собой наиболее распространенную причину ошибок в тех областях науки, которыми я занимаюсь,-- эндокринологии и исследовании стресса.
РАСХОДЯЩИЕСЯ КРИВЫЕ "ВРЕМЯ -- ЭФФЕКТ".
Аналогичная проблема возникает в том случае, когда различные действия одного и того же фактора проявляются не одновременно.
Приведем пример из наших исследований по стрессу и общему адаптационному синдрому. Переход между тремя типичными стадиями синдрома (реакция тревоги, стадия устойчивости и стадия истощения) не резкий: наблюдается некоторая размытость границ и определенные признаки проявления двух стадий. Справедливость сказанного не зависит от того, каким стрессором вызван синдром, поэтому нижеприведенный рисунок может послужить иллюстрацией расходящихся кривых "время -- эффект" при стрессе вообще.
Мы видим, что кривые, описывающие соответственно тенденцию к отеку, липиды надпочечников, устойчивость к стрессу и вес тимуса, не пересекаются одновременно при смене стадии реакции тревоги стадией устойчивости и затем стадией истощения. Это объясняется различной степенью "инерции" у разных "мишеней" стресса.
Очевидно, если любой агент вызывает такие расходящиеся кривые "время -- эффект" в разных "мишенях", то общий вид реакции может оказаться совершенно различным в двух экспериментах просто потому, что они были закончены и подвергнуты анализу в разное время. Разумеется, степень развития синдрома в целом к данному моменту времени зависит также от множества прочих факторов, которые нелегко контролировать и даже распознавать (например, состояние питания, дозировка и скорость поглощения вводимого вещества -стрессора, влияние не поддающихся контролю загрязнений, температура окружающей среды).
ПЕРЕДАТОЧНАЯ СТАНЦИЯ.
Предположим, наблюдения показали, что как стимул S, так и гормон эндокринной железы Т могут действовать на "мишень" Т1. В таком случае, несомненно, теория, утверждающая, что только Т способен воздействовать на Т1, будет явно ложной. Но если проблема сформулирована именно таким образом, весьма соблазнительно счесть вышеупомянутое "утверждение самоочевидным. Однако оно оставляет без внимания возможные осложнения, обусловленные тем, что передача осуществлялась через Т. Хотя любой эндокринолог знает, что в конечном счете всякое стимулирующее воздействие "гландулотропных" гормонов гипофиза на железы передается именно таким образом, тем не менее на практике эта ошибка весьма распространена.
Ложность вышеприведенной и, казалось бы, не вызывающей сомнения аксиомы становится очевидной при рассмотрении следующей схемы:
Хотя, как показано на схеме, 8 может очевидным образом воздействовать на Т1, однако столь же справедливо было бы утверждать, что только Т в состоянии воздействовать на Т1, поскольку 5 оказывает действие на конечную "мишень" именно через эту передаточную станцию.
В нашем институте мы столкнулись с данной проблемой с связи с воспроизведением одного почечного заболевания, нефросклероза, с помощью метиландростендиола (МАД). Как я ранее показал в систематических экспериментах с несколькими сотнями стероидов, нефросклероз вызывают только те из них, которые обладают минералокортикоидной активностью. Поэтому обобщение, согласно которому нефросклеротическое действие тесно связано с минералокортикоидным эффектом, представлялось оправданным.
Затем один из моих бывших студентов, Флойд Скелтон, опубликовал чрезвычайно интересную статью, в которой он показал, что МАД также вызывает нефросклероз. Это соединение представляет собой тестоид, или мужской половой гормон. Оно определенно не обладает никакими минералокортикоидными свойствами, более того, ему вообще не свойственна кортикоидная активность. Даже в химическом отношении оно совершенно отлично от всех гормонов коры надпочечников.
Этот факт интриговал нас в течение известного времени, пока в сотрудничестве с Эрнесто Сальгадо мы не обнаружили, что МАД не оказывает нефросклеротического действия на крыс с удаленными надпочечниками, хотя на его тестоидное действие (стимуляция мужских вторичных половых признаков) удаление надпочечников не влияет.
Таким образом, стало очевидным, что, хотя удаление надпочечников никоим образом не препятствует действиям, характерным для МАД, оно не позволяет ему вызывать нефросклероз. Объяснением этому явлению, по всей видимости, может служить то обстоятельство, что нефросклеротическое действие МАД является следствием какой-то "ошибки обмена" в самой коре надпочечников; под его влиянием клетки коры вырабатывают преимущественно минералокортикоидоподобные гормоны.
АЛЬТЕРНАТИВНЫЕ ПУТИ.
Эта ошибка нередко вызывается явлением, которое я назвал "обусловливание" -- зависимостью определенного действия от изменяющихся факторов. Здесь типичен следующий ход рассуждений: если стимул S действует на мишень Т1 только в присутствии эндокринной железы Т, то чрезвычайно вероятно, что S воздействует на Т1 через Т. Еcли затем можно показать, что гормоны железы Т действуют на Т1 (в том же смысле, в каком S воздействует на Т1 в присутствии Т), то можно считать практически установленным, что S действует на Т1 через посредство Т (как показано на предыдущей схеме).
Это заключение также ложно, как видно из следующей схемы:
Очевидно, при данных условиях S может воздействовать на Т непосредственно по пути Р, но это действие может проявиться лишь в присутствии гормонов Т. В этом случае мы говорим, что Р обусловливает гормональное действие Т, но сам по себе действенным не является.
Изучение кортикоидов дало нам бесчисленные примеры взаимосвязей такого типа. Скажем, у крысы с удаленными надпочечниками в отличие от не подвергавшихся этой операции крыс воздействие стрессором (например, формалином, холодом) не вызывает резкой временной дегенерации тимуса. В то же время кор-тизол обусловливает дегенерацию тимуса даже у крысы с удаленными надпочечниками и подпороговые дозы кортизола (которые сами по себе были бы неэффективными) цогут оказаться эффективными за счет одновременного воздействия Стрессоров даже в отсутствие надпочечников. В подобных случаях можно сказать, что стрессоры обусловливают или повышают чувствительность "мишени" (тимуса) к кортизолу. Практически то же самое взаимодействие между стрессорами и кортизолом было подтверждено для катаболического, противовоспалительного и многих других действий этого стероида.
Существует несколько разновидностей этого типа взаимодействия. Например, определенная реакция Т (на предыдущей схеме) может не иметь места ни под влиянием гормонов железы Т, ни под влиянием стимула S, если железа Т отсутствует. В подобных случаях реакция может быть все-таки получена при одновременном воздействии и гормонов Т, и стимула S.
Подходящим примером, с которым я столкнулся в процессе своей собственной работы по изучению кортикоидов, является воспроизведение почечного поражения, называемого нефросклерозом, посредством ДКА. У нормальной крысы, получающей диету с малым содержанием натрия, практически невозможно вызвать нефросклероз с помощью ДКА. Умеренное увеличение потребления хлорида натрия само по себе также не способно вызвать нефросклероз при данных условиях. Однако одновременное воздействие ДКА и малых добавок в пищу хлорида натрия неминуемо приводит к сильному нефросклерозу.
РАЗВЕТВЛЯЮЩИЕСЯ ПУТИ.
Общий принцип наиболее распространенной ошибки, случающейся при "разветвлении путей" между стимулом и "мишенью", иллюстрируется следующей схемой:
Предположим, что, когда действие стимула впервые подверглось изучению, все первоначальные исследования оказались посвященными его воздействию на Т1 Т2 и Т3. Большие усилия были затрачены на определение того, как именно действует 5, и в результате для каждой из трех "мишеней" было с определенностью установлено, что все действия осуществляются через посредство передаточной точки Т. С течением лет способность S воздействовать только через Т приобрела характер классического примера и вошла в учебники. Если теперь обнаружится, что S действует также и на "мишень" Т4, то искушение предположить, что и в этом случае воздействие опосредуется все той же передаточной точкой, будет очень велико. на самом деле S все же может осуществлять свое воздействие напрямую. (как показано на рисунке) или через какую-либо передаточную точку, отличную от Т, но к настоящему времени существует психологический барьер, препятствующий даже рассмотрению такой возможности.
Мы столкнулись с этой конкретной проблемой в связи с нашей работой по изучению прямого воздействия препаратов АКТГ. Когда мы начали исследование, считалось общепринятым, что АКТГ действует лишь путем стимуляции выработки кортикоидов надпочечниками, поскольку все его известные эффекты могли быть устранены удалением надпочечников. Затем оказалось, что даже самые очищенные препараты АКТГ стимулируют препуциальные железы у крыс. Эти образования, будучи вторичными половыми признаками, регулируются половыми железами. Поэтому мы повторили свою работу на кастрированных животных, чтобы проверить возможность опосредования через половые железы. Подобного действия продемонстрировать не удалось, поскольку АКТГ сохранил свою активность и в отсутствие половых желез. Поэтому мы с уверенностью предположили, что имеем дело с обычным, то есть опосредованным надпочечниками, действием самого АКТГ, а не с действием примесей, стимулирующих половые железы.
Потребовалось известное время, прежде чем мы пришли к выводу о необходимости проверки того, действительно ли это конкретное действие АКТГ Зависит от присутствия надпочечников. В итоге, когда эксперименты были повторены на животных с удаленными надпочечниками, мы обнаружили, что, как ни странно, эффект стимуляции препуциальных желез в отличие от всех других известных эффектов действия данного гормона не устраняется этой операцией. Таким образом, мы установили, что сам АКТГ (или какое-то вещество, присутствующее даже в самых очищенных препаратах АКТГ) оказывает на надпочечники прямые воздействия. Оглядываясь назад, осознаешь, что проверка идеи об опосредующем действии надпочечников в общем-то элементарна. И тем не менее ни в одной из множество статей, описывающих стимуляцию препуциальных желез АКТГ, не было никаких данных об опытах на животных с удаленными надпочечниками. Считалось очевидным, что АКТГ может лишь стимулировать процесс выработки кортикоидов, что другие возможные его действия просто не проиходили в голову.
К сожалению, занимаясь воспроизведением нефросклероза с помощью больших доз СТГ, я опять допустил ту же ошибку. Бесчисленными наблюдениями было твердо установлено, что СТГ не действует посредством надпочечников ни на какой ранее изученный вид ткани. Когда мы выяснили, что у соответствующим образом сенсибилизированных крыс большие дозы СТГ способны вызывать нефросклероз, вопрос о возможности опосредования надпочечниками долгое время даже не приходил мне в голову. В конце концов, правда, мы рассмотрели такую возможность и обнаружили, что у животных с удаленными надпочечниками никакие дозы СТГ нефросклероз не вызывают. В этом отношении даже проведение терапии с применением различных кортикоидов не может компенсировать отсутствующий надпочечник. Очевидно, нефросклеротическое действие СТГ (или какого-то вещества, неотделимого от СТГ и потому присутствующего во всех его соединениях) опосредуется надпочечниками.
Так называемая теория обратной связи при секреции АКТГ во время стресса, которая была столь популярна всего лишь несколько лет назад, основывалась на том же самом заблуждении. Сначала со всей определенностью было установлено что во время реакции тревоги гипофиз выделяет АКТГ, который в свою очередь стимулирует выработку кортикоидов. В то же время было известно, что кортикоиды создают "компенсаторную атрофию" надпочечников посредством сокращения выделения АКТГ гипофизом. Очевидно, здесь мы имеем дело с механизмом обратной связи. С учетом всего этого соблазнительно было предположить, что во. время стресса выделение АКТГ стимулируется тем же самым механизмом, то есть потребление кортикоидов возрастает вплоть до возникновения состояния функциональной кортикоидной недостаточности. Эта недостаточность может затем стать стимулом для увеличения выработки АКТГ.
На самом деле фактических свидетельств увеличенного потребления кортикоидов с последующей кортикоидной недостаточностью на стадии реакции тревоги не существует. На практике концентрация кортикоидов в крови значительно возрастает во время стресса. Несколько лет назад мы показали также, что даже у животных, которым вводились чрезмерно завышенные дозы различных кортикоидов, стресс все же мог стимулировать надпочечник. Эти результаты привели нас к выводу о том, что уровень кортикоидов в крови регулирует выделение АКТГ только на околофизиологических уровнях. Фактической предпосылкой нормальной реакции стресса является необходимость хотя бы частичного выключения этого механизма обратной связи. В противном случае не было бы характерного значительного увеличения выработки кортикоидов. Тем не менее психологический барьер, препятствующий рассмотрению альтернативных вариантов, был столь значителен, что теория "обратной связи" оставалась в ходу в течение ряда лет.
ОБОБЩАЮЩЕЕ НАЗВАНИЕ, ИЛИ ЛОВУШКА ЭКСТРАПОЛЯЦИИ.
Очевидно, что многие проблемы, которые мы до сих пор рассматривали под разными названиями, в определенной степени перекрывают друг друга. Впрочем, как я уже говорил, я описывал эти заблуждения не столько для того, чтобы дать их четкую классификацию, сколько для того, чтобы представить их в том виде, в каком они сами себя обычно проявляют. Избегать подобных ловушек будет значительно проще, если познакомиться с их способами маскировки.
К примеру, та заслуживающая особого внимания мыслительная ошибка, которую у себя в лаборатории мы называем "дутый авторитет обобщающего названия", до известной степени перекрывается ошибками "разветвляющихся" и "альтернативных путей". Мне все же кажется, что было бы неплохо специально ее рассмотреть и соотнести с тем, какое значение приобретает проблема обобщающих- названий. Ибо не секрет, что слишком часто непосредственным источником ошибки фактически является сам используемый термин. Для иллюстрации используем следующую схему:
Рассматриваемая "мишень" (изображенная в виде столбчатой структуры в центре рисунка) обладает рядом общих характеристик. Это единственная причина, по которой мы может пользоваться единым обобщающим названием, скажем "Т-столбик", вместо того чтобы всякий раз перечислять все его части, от Т1 до Т8. Такие общие характеристики не обязательно обусловливаются анатомическим сходством частей, они могут иметь чисто функциональную основу (скажем, почти повсеместно встречающиеся клетки ретикулоэндотелиальной системы тем не менее реагируют как единое целое).
Подобные обобщающие названия удобны, но они могут и вводить в заблуждение. На примере нашей схематической модели предположим, что некий исследователь доказал путем наблюдения семи составляющих Т-столбик частей, что S стимулирует развитие Т-столбика при воздействии на части Т1 -- Т7, а S1 препятствует такому развитию при воздействии на части Т2 -- Т7. Предположим далее, что к тому времени, как он получил эти результаты, его запас стимулов S1 исчерпался. В подобном случае велико искушение заявить, что, конечно же, действия и S, и S1 на Т1 и Т8 также будут взаимно нейтрализовать друг друга. Дело в том, что мы привыкли думать об S как о единственном стимулирующем факторе (широкая общая часть стрелок на рисунке слева), а об S1--как о единственном препятствующем факторе, или ингибиторе (гребенчатая общая часть стрелок справа). На самом же деле, если рассмотреть схему более внимательно, то окажется, что как S, так и S1 действуют на Т1 стимулирующим образом, в то время как на Т8 S оказывает стимулирующее влияние, а S1 -- вообще никакого. В данном случае использование трех обобщающих названий (и понятий), а именно: S как стимулятора, S1 как ингибитора и Т как "мишени", оправданно и удобно. Но при этом данные общие обозначения сами по себе становятся главной причиной того психологического барьера, который мешает видеть возможные исключения, имеющие место в отдельных точках (а именно в Т1 и Т8).
В качестве реального примера возьмем первичные и вторичные мужские половые признаки. Они представляют собой составную мишень, включающую ряд совершенно различных в структурном отношении тканей (семенники и борода у человека, рога у оленя, гребень у петуха и т. п.). Мы называем их единым обобщающим названием "мужские половые признаки", поскольку, несмотря на различия в их внешнем виде, функциях и расположении, они характерным образом развиты у особей мужского, а не женского пола. Далее, эти признаки в целом подвержены стимулирующему влиянию тестоидных "мужских" гормонов (например, тестостерона) и ингибируются фолликулоидными "женскими" гормонами (например, эстрадиолом). Это в свою очередь приводит нас к мысли о том, что точно так же целая группа других мужских гормонов действует как стимуляторы (андростерон, метилтестостерон), а женские гормоны (эстрон, эстрадиол) -- как ингибиторы. Рост петушиного гребня и в самом деле стимулируется тестостероном, андростероном и метилтестостероном, а сдерживается эстрадиолом, эстроном и эстриолом. После того как при изучении многочисленных других мужских половых признаков было отмечено подобное взаимное противодействие, понятие гормонального антагонизма в половой сфере настолько прочно укоренилось в нашем сознании, что мы не замечаем исключения. А ведь молочные железы самца крысы стимулируются обоими типами гормонов, в то время как препуциальные железы стимулируются тестоидами, но не подвержены ингибирующему влиянию фолликулоидов.
Выявление подобных исключений неизбежно побуждает некоторых критиков оспаривать разумность использования обобщающих названий для совместного рассмотрения различных частей изучаемой "мишени" или для всего разнообразия индивидуальных действий стимулов. Подобный критический настрой совершенно неоправдан. Если судить по рассмотренному выше примеру, то обходиться без понятия "мужские половые признаки" или же "мужские гормоны" было бы неудобно, несмотря на исключительное, необычное поведение некоторых составных частей, к объединению которых тяготеет обобщающее название. Очевидно, было бы невозможно, скажем, перечислить все известные (а вообще говоря, и все еще не открытые) мужские гормоны каждый раз, когда мы хотим сказать, что определенный орган стимулируется не только тестостероном, метилтестостероном и андростероном, но и, насколько известно, всеми мужскими гормонами. Так уж устроен человеческий мозг, что в мыслительных процессах почти всегда используются символы, которые действуют в качестве кратких обозначений целых классов родственных сущностей. В противном случае мы погрязли бы в массе деталей, с которыми нам приходится иметь дело. Решение, сотоит не в том, чтобы отказаться от обобщающих названий, а в том, чтобы понять их ограничения и не наделять абсолютным авторитетом, которым они не обладают. Хорошее обобщающее название сослужит нам добрую службу, но лишь в том случае, если мы осознаем, что оно относится к исходным, но не к идентичным вещам.
В процессе моей собственной работы по изучению коры надпочечников мне пришлось столкнуться с несколько иной проблемой. Предлагая термины "минералокортикоид" и "глюкокортикоид" для двух основных клас-сов жизненно важных эффектов гормонов коры надпочечников, я настойчиво стремился подчеркнуть, что одно и то же химическое соединение может проявлять оба вида активности, хотя и в разной степени. Таким образом, этими терминами предполагалось обозначать эффекты, а не химические соединения.