Полезней кошки зверя нет | Научно-популярный журнал "Химия и Жизнь"

Полезней кошки зверя нет
Ястребова С.
(«ХиЖ», 2017, №2)

Кто кому нужнее — люди кошкам или кошки людям? Если вспомнить историю медицины, больше похоже на то, что это мы зависим от гуляющих сами по себе, а не они от нас. Анатомия и физиология кошек оказалась настолько близкой к нашей и одновременно удобной для изучения, что вряд ли получится назвать область медицины, которая не извлекла бы пользы из экспериментов с кошками. Инфекционные болезни, воспаление, работа органов чувств — обо всем этом мы многое узнали благодаря представителям вида Felis catus.


Кошки и цистит

Потенциальный кошачий обед, крыс и мышей, для медицинских исследований разводят в лабораториях, а вот подопытные кошки далеко не всегда могут похвастаться хоть какой-то родословной, а также идеальным здоровьем. Их получают с улиц, из приютов и т. д. Такая неоднородность экспериментальных животных — не лучший вариант: слишком много переменных нужно учитывать при анализе результатов. Обычно, наоборот, стараются, чтобы объекты одного исследования были максимально близки друг другу по возрасту, условиям жизни и генам. В случае лабораторных грызунов скрещивают близкородственные особи, чтобы получить животных, которым можно пересадить лоскут кожи собрата, и этот лоскут не будет отвергнут иммунной системой реципиента. Нужные для эксперимента особенности физиологии, например, имитирующие болезни человека, получают, «выключая» те или иные гены или усиливая их работу, а также создавая интересующие исследователя дефекты хирургическим способом.

Однако анализ эффективности 16 животных моделей интерстициального цистита («Journal of Urology», 2002;167, 2 (Pt 1), 694—702, PMID: 11792956) показал, что уравнивающие лабораторных животных манипуляции при изучении данной болезни только мешают, а ближе всего к «человеческому» циститу состояние, самопроизвольно возникающее у кошек самого различного происхождения.

Симптомы цистита хорошо известны. Если чуть подробнее о причинах, интерстициальный цистит — это заболевание, при котором нарушается структура слизистой оболочки мочевого пузыря и раздражающие вещества (ирританты) проникают в его интерстиций — ткань, где расположены нервные окончания. Постоянная их стимуляция ирритантами приводит к учащенному мочеиспусканию и бьолям в животе.

По данным Национального института диабета, болезней пищеварительной системы и почек, только в США симптомы интерстициального цистита наблюдаются у 3,3 миллиона женщин старше 18 и у 1,6 миллиона мужчин в возрасте от 30 до 79. Понятно, что столь широко распространенную болезнь активно изучают. И как выяснилось, цистит удобно исследовать на кошках, «самостоятельно» заболевших, а не на грызунах, у которых болезнь вызвали искусственно. Внешние проявления этого недуга у кошек те же, да и ход физиологических изменений в мочевом пузыре, по всей видимости, тот же. Нервные окончания в интерстиции мочевого пузыря у больных кошек более чувствительны к растяжению стенок этого органа, чем у здоровых («Journal of Urology», 2005, 173, 3, 1011—1015, doi 10.1097/01.ju.0000145591.35569.9e) и у тех, которым специально повредили этот орган. Получается, что цистит — это заболевание нейронов, а не только клеток эпителия.


Кошки и борьба со СПИДом

Вирусы иммунодефицита заражают не только приматов. ВИК, или вирус иммунодефицита кошек, как следует из названия, ослабляет иммунитет этих животных, проникая в CD4+ и CD8+ T-лимфоциты, а также B-лимфоциты и макрофаги. В итоге кошки погибают от сопутствующих заболеваний, которые здоровым особям зачастую не опасны.

Вирус кошачьего иммунодефицита был открыт в 1986 году в США, тогда же, когда получил свое официальное название вирус иммунодефицита человека. А в 2005-м появились данные, что до 11% кошек по всему миру ВИК-инфицированы («Biologicals», 2005, 33, 4, 215—217, doi: 10.1016/j.biologicals.2005.08.004, PMID 16257536). В то время уже разработали первые образцы вакцины против ВИК, и благодаря этому лучше поняли, какие подходы помогут создавать вакцины от ВИЧ. Правда, с вакцинами против ВИК есть ряд нерешенных вопросов. С одной стороны, считается, что они эффективнее в долгосрочной перспективе, чем вакцины от ВИЧ первого типа («Vaccine», 2014; 32, 6, 746-754, doi:10.1016/j.vaccine.2013.05.024). С другой стороны, определить, сработала ли вакцина от ВИК, непросто, потому что количества антител к вирусу примерно одинаковы в крови как вакцинированных, так и невакцинированных больных животных и вирус может долгое время внешне никак не проявлять себя.

Еще одно серьезное отличие между кошачьим и человеческим вирусами: ВИЧ нередко передается половым путем, а для ВИК подобные случаи пока неизвестны — чаще всего источником заразы становится укус инфицированной особи. Что немаловажно, человек не может заразиться ВИК от кошки, а значит, с ними не так опасно работать, как, скажем, с ВИЧ-инфицированными обезьянами.


Кошки и сосуды

Лауреат Нобелевской премии по физиологии или медицине 1912 года Алексис Каррель немалую часть своих экспериментов провел на кошках. Высшую научную награду он получил за «работы по сосудистому шву и трансплантации кровеносных сосудов и органов». В 1894 году будущий нобелиат был потрясен смертью президента Франции Мари Франсуа Сади Карно — племянника того самого физика, который описал цикл Карно. Президент погиб в результате покушения: террорист ранил его ножом, повредив крупную артерию, а сшивать сосуды в то время еще толком не умели, сильное кровотечение так и не удалось остановить. Каррель решил отработать технику сшивания, чтобы уменьшить число подобных случаев в дальнейшем.

Естественно, хирурги пытались чинить сосуды и раньше, но до Карреля никто не мог понять, как сшивать их стенки так, чтобы они и не сужались, образовывая стеноз, и не закупоривались из-за тромбов. Сначала француз опробовал свою технику на биоматериале умерших людей, но, чтобы оценить ее эффективность в полной мере, нужно было провести операцию на сосудах, по которым течет живая кровь. Поэтому Каррель продолжил эксперименты на собаках и кошках. Он изучал и вены, и артерии различного диаметра и даже пересаживал фрагменты сонной артерии собак на аорту кошек. Как ни странно, такие фрагменты часто приживались, то есть иммунная система животных не отторгала их сразу. Участки стенки сосудов человека нормально чувствовали себя и в сосудах собак, но при этом пересадка фрагмента артерии от одного человека другому практически всегда заканчивалась отторжением чужеродной ткани.

Сшивание сосудов интересовало Карреля не только само по себе, но и как необходимое условие удачной трансплантации органов. Он понимал, что любой части тела требуется кровоснабжение, поэтому первое, что нужно сделать при пересадке, — «пришить» кровеносные сосуды к новому органу. Ученый трансплантировал уши собакам и почки кошкам, и, хотя после некоторых операций животные умирали через пару месяцев или ранее, Каррель каждый раз проверял состояние кровеносных сосудов, питавших пересаженный орган, и всегда убеждался, что дело было не в плохой сшивке, а в чем-то еще. Он также установил, что операции должны проводиться в условиях стерильности, а сосуды перед процедурой нужно промывать раствором солей, известным как «раствор Рингера».

Своими экспериментами Каррель проложил дорогу современной трансплантологии. В признание заслуг в 1924 году его выбрали членом-корреспондентом Академии наук СССР, а в 1927-м — ее почетным членом. Однако взгляды Карреля во многом были отталкивающими. Ближе к концу жизни, в 1930-х годах, он увлекся евгеникой, утверждал, что представители рабочего класса умственно неполноценны, причем неполноценность передается по наследству. Впрочем, к его опытам на кошках это не имеет отношения.


Кошки и зрение

pic_2017_02_36.jpg

Реакции отдельного нейрона зрительной коры кошки на объект, движущийся в том или ином направлении. Вертикальными черточками на двух прямых отмечены импульсы, которые один и тот же нейрон выдает при смещение горизонтальной (1, 3) или вертикальной (2, 4) линии на экране в ту или иную сторону. Данная клетка активируется, когда «видит» горизонтальные, а не вертикальные линии, и особенно сильно реагирует на движение горизонтальной линии вниз. (Из нобелевской лекции Дэвида Хьюбела)

Кошки внесли большой вклад не только в медицину, но и в фундаментальную науку. Эксперименты с их участием принесли львиную долю знаний о строении зрительной коры, в которую попадает информация с сетчатки глаза. Дэвид Хьюбел и Торстен Визель в конце 1950-х годов вживляли в затылочные доли кошек электроды, которые регистрировали активность отдельных клеток зрительной коры («The Journal of Physiology», 1959, 148, 3, 574—591). Чтобы вызвать эту активность, Хьюбел и Визель показывали животным на светлом экране темные объекты простой формы — например, круги.

Вот только нейроны долгое время не желали посылать никаких импульсов, что, конечно, приводило исследователей в отчаяние. И однажды совершенно случайно, во время очередного эксперимента с проекцией точек на экран, одна из клеток в зрительной коре кошки начала выдавать сигналы пачками! Это было хорошо заметно, поскольку каждый импульс, регистрируемый электродом, сопровождался щелчком. В предыдущих попытках экспериментальная установка иногда выдавала одиночные щелчки, а в этот раз Хьюбел и Визель услышали продолжительный треск. Оказалось, что клетка прореагировала на перемещение черной точки по экрану в определенном направлении. Если бы направление было немного другим, никакого ответа от клетки экспериментаторы не добились бы: как мы знаем теперь, отдельные нейроны зрительной коры реагируют лишь на определенные изменения в зрительном поле, игнорируя все, что «вне их компетенции».

Таким образом выяснилось, что в зрительной коре есть клетки, реагирующие на движение в одном направлении (а позже оказалось, что клетки, реагирующие на близкие направления, образуют целые трехмерные колонки). Позднее Хьюбел, Визель и их коллеги открыли типы нейронов, выдающие сигналы в ответ на другие простые свойства изображений. Но именно за эксперименты с клетками, чувствительными к направлению движения, Хьюбелу и Визелю присудили в 1981 году Нобелевскую премию по физиологии или медицине.

Кроме того, на примере котят те же исследователи показали, насколько важны для развития мозга своевременно полученные первые впечатления. Сразу же после того, как у котят открывались глаза, на один глаз им надевали непрозрачную повязку («The Journal of Physiology», 1970, 206, 2, 419). Через несколько недель повязку снимали, и каждый раз выяснялось, что котенок этим глазом ничего не видит, хотя ни сам глаз, ни отходящие от него нервы не были повреждены. Изменения происходили фактически только в зрительной коре — часть ее клеток имела аномально малое количество связей с другими нейронами. Значит, чтобы нормально видеть, нужно не только иметь здоровые от рождения зрительные структуры, но и регулярно «тренировать» их, проще говоря — смотреть на что-нибудь. Однако если так же закрыть глаз взрослой кошке, на ее зрение это не повлияет — ведь когда она была котенком, у нее не было недостатка в визуальных стимулах, и ее зрительная кора нормально развивалась.


pic_2017_02_37.jpg

Развитие зрительной коры котят, которым вскоре после рождения закрывали один или два глаза, по сравнению с контролем. (Это не работа Хьюбела и Визеля, но она была сделана по сходной методике.) В данном случае изучали экспрессию гена zif268 с 10-го по 30-й день жизни. Работу белка этого гена связывают с активностью нейронов. Чем темнее слой, тем сильнее в нем экспрессия zif268 и, вероятно, тем чаще его клетки обрабатывают информацию. КП — пик критического периода развития связей в зрительной коре.

«Cerebral Cortex», 2008, 18, 5, 1221—1231, doi: 10.1093/cercor/bhm157, полный текст

Еще по теме

prev_2017_01_36.jpgОрганизмы, которые волей-неволей поучаствовали в приумножении медицинского знания, крайне разнообразны: тут и черви, и мухи, и лягушки, и многие другие. Но хочется сосредоточиться на тех, кто и так человеку ближе всех, — на домашних животных. Из них, пожалуй, самые популярные и самые давние наши друзья — собаки.

>>

prev_2017_03_30.jpg Во многих языках есть выражение, обозначающее подневольное существо, на котором буквально или фигурально ставят опыты. В русском, например, чаще всего можно услышать «лабораторная мышь» или «подопытная крыса». А в англоязычных странах — guinea pig, по-нашему морская свинка. И хотя сейчас исследования по всему миру гораздо чаще проводят на других грызунах, этот домашний любимец вполне заслуженно носит статус главного подопытного.

>>
prev_2017_06_24.jpg

Курица — это не только вкусное мясо или материал для нелестных сравнений вроде «куриные мозги». За последние два века куры принесли наукам о жизни немало новой информации. Именно благодаря этим современным родичам динозавров человек узнал многое о ранних стадиях развития эмбрионов, открыл вызывающие рак вирусы, а также нашел эффективный способ получения ряда вакцин.

>>
prev_2017_07_24.jpg

На сей раз речь пойдет о необычном животном. В отличие от всех предыдущих героев рубрики, дома и в подсобных хозяйствах его не держат. В России и близлежащих странах существо это в принципе встретишь нечасто, разве что в зоопарке. Это девятипоясный броненосец — одно из немногих животных, помимо человека, болеющее проказой.

>>