Половое созревание сопровождается развитием гениталий и расширением области соматосенсорной коры, которая соответствует гениталиям. Эти процессы можно запустить, если допустить физический контакт самцов и самок. Более того, искусственная стимуляция гениталий также способствует раннему развитию соответствующей области мозга, но только если не заблокировать ее нейротоксином. Немецкие ученые выяснили это в результате ряда опытов на крысах. Работа опубликована в журнале PLOS BIology.
Возраст наступления половой зрелости зависит уровня половых гормонов и от некоторых внешних факторов, например, культуры и личного опыта. Ученые, исследующие половое созревание крыс нередко указывали на роль феромонов, контакт с которыми может замедлить (если это женские феромоны) или ускорить (мужские феромоны) вход в пубертат (период полового созревания). Однако результаты исследований указывали и на другие важные факторы, такие как тактильная стимуляция. Ученые из Университета Гумбольдта в Берлине решили проверить, как гормоны, тактильные прикосновения, и соответствующая гениталиям область в соматосенсорной коре (S1) головного мозга влияют на половое развитие молодых самок крыс.
Для этого ученые провели несколько экспериментов. В первом из них самкам удалили яичники в возрасте двадцати дней (P20), то есть в допубертатном возрасте, и после вступления в пубертат, на 42-день (P42). Вступление в пубертат у крыс происходит на 34-38 день. Для оценки результатов ученые брали срез мозга животных, изучали активность областей соматосенсорной коры, и создавали ее карты. Важными показателями выступали размер всей соматосенсорной области, и размер области, отвечающей за гениталии. Здоровых молодых самок в возрасте P25 и P42 сравнили со взрослыми самками без яичников в возрасте P42 (эктомия сделана до наступления пубертатного периода) и в возрасте P60 (эктомия сделана после пубертата).
В результате генитальная область здоровых молодых самок оказалась небольшой, но увеличилась почти вдвое на 42-й день (P < 0.01). Размер генитальной области у самок, которым удалили яичники на 20-й день, оказался такой же, как у здоровых самок в возрасте 25 дней, но значительно меньше, чем у самок P60, которым удалили яичники в возрасте P42 (P < 0.01).
В другом эксперименте ученые не лишали самок гормонов а, наоборот, вкалывали их дополнительно: эстрадиол кололи самкам с 26 по 30-й день жизни, и изменения оценили на 30-й день. Помимо среза, ученые взвешивали матки самок, и оценивали раскрытие их вагины по шкале от нуля до единицы, где ноль — закрытая вагина, единица — открытая, а 0,5 — готовая к раскрытию.
Результаты подтвердили, что после приема гормонов генитальная область грызунов увеличилась как в абсолютном (P < 0.0001), так и в относительном (P < 0.0001) выражении. В контрольной группе у шести самок из семи вагина не раскрылась на 30-й день, тогда как у шести из семи принимавших гормоны самок вагина раскрылась. Результат оказался статистически значимым (P < 0.001). Средний вес матки в гормональной группе также оказался выше, но разница не достигла статистической значимости (P = 0.08)
В еще одном эксперименте ученые разделили влияние тактильных контактов и не тактильных стимулов (вида и запаха самцов). Для этого часть молодых самок (P21) поселили с сексуально опытными взрослыми самками, часть — с сексуально опытными самцами, и часть — с такими же самцами, но их отделяла сетка, так что прикосновения между самцами и самками были исключены.
Оказалось, что значительное расширение генитальной области произошло лишь у самок, которые имели контакт с самцами (P < 0.01). Размер соматосенсорной области остался одинаковым во всех трех группах.
Затем ученые оценили влияние тактильных контактов отдельно от феромонов: для этого женщина-экспериментатор искусственно осуществляла тактильную стимуляцию внешних половых органов самок (P23) при помощи кисточки в течение семи дней. На тридцатый день ученые оценили изменения.
Активная стимуляция привела к значительному увеличению генитальной области в абсолютном и относительном выражении (P < 0.01), но соматосенсорная кора не увеличилась в размерах. В группе, которую стимулировали искусственно, у большинства особей матка увеличилась в размерах, и в среднем она весила больше, чем в контрольной группе (P = 0.03).
В последнем эксперименте ученые решили заблокировать генитальную область самок с 23-го по 30-й день с помощью имплантата, который содержал и постепенно высвобождал нейротоксин (тетродотоксин). Сразу после имплантации животных поселили в общую клетку с сексуально опытными взрослыми самцами, и на 30-й день оценили изменения.
В группе с имплантатом размер генитальной области оказался меньше, чем в контрольной группе, как в абсолютном (P < 0.0001), так и в относительном выражении (P < 0.0001). Среднее раскрытие вагины в контрольной группе по сравнению с экспериментальной оказалось значимым (P < 0.01), но на вес матки прием тетродотоксина не повлиял.
В целом ученые не обнаружили связи между размером генитальной области и весом матки по итогам всех экспериментов, но отметили, что тяжелая матка редко встречалась среди особей с небольшой генитальной областью мозга. Результаты также свидетельствуют о том, что гормоны участвуют в развитии изменений, свойственных для полового созревания, и могут ускорить процесс, но они не важны для сохранения этих изменений. Для полового созревания важен и тактильный контакт, который может ускорить его наступление, а также соответствующая гениталиям область мозга в соматосенсорной коре, чья работа необходима для полового развития. В то же время визуальные стимулы или запах самцов, согласно результатам, не влияют на скорость полового созревания самок.
Половое созревание сопровождается увеличением половых гормонов в крови. Иногда в организме происходят гормональные нарушения, и половая зрелость наступает рано: так, мы писали об индийском мальчике, у которого половое созревание началось еще в младенчестве. Немного о том, как связаны гены, возраст начала вступления в половую жизнь, и возраст полового созревания, можно прочитать здесь.
Анна Зинина
Чем страшны сказки о поседевших за ночь
Февральский ветер шуршит по иглам дугласовых пихт. С одной из колючих веток разноголосый дрозд с любопытством оглядывает сонный городок в штате Вашингтон. Дремать ему, впрочем, осталось недолго — на берегу реки найдено тело школьницы Лоры Палмер. В первом сезоне «Твин Пикса», пока агент Дейл Купер объедается вишневыми пирогами, отец убитой Лоры, юрист Лиланд Палмер, мечется по грани между горем и безумием. Наутро второго сезона он проснется белым как полярная лисица. Поседевший за ночь Лиланд обретет спокойствие причудливого характера: будет петь и танцевать, иногда срываясь на истерический хохот. Считается, что из-за сильного эмоционального потрясения, вроде того, что пережил Лиланд, можно резко растерять пигмент кожи и волос — меланин — и поседеть. Синдром, при котором волосы стремительно белеют, называют синдромом Марии-Антуанетты. Согласно легенде, перед казнью сверженная королева Франции тоже поседела за ночь. «Blanche par le malheur», побелевшая от горя, — написала Мария-Антуанетта на кольце, которое отправила принцессе де Ламбаль с несколькими прядями седых волос. Ей, как и Лиланду, было о чем понервничать. В историях и легендах внезапно поседевшие люди встречаются часто, а на страницах медицинских журналов — редко. К тому же эти клинические отчеты не всегда точны, а местами больше похожи на выдумки, чем на научные наблюдения. Один из немногих научных обзоров середины XX века едва набрал с полсотни случаев с 1827 года. Авторы исследования посвежее, 2013 года, отмечают, что из 196 случаев, описанных с 1800 года по настоящее время, лишь 44 были подтвержденными — то есть ученые и врачи лично наблюдали быстрое поседение. В остальных случаях авторы поверили на слово или пациенту, или коллегам. Десятилетиями туман из мифов позволял феномену нервной седины ускользать от исследователей. Но с 2010-х скепсис в отношении клинических случаев прошлого постепенно сменился живым научным интересом и исследованиями нервной седины у мышек в контролируемых лабораторных условиях. Сейчас мы знаем и про людей, что седина от стресса — не выдумка культуры. Пусть без преувеличений и не обошлось. Как можно поседеть от стресса? И раз уж это не сказки, чем опасна нервная седина? Седина — это нормально Нормой считается появление седых волос после 30 лет. К 50 годам у половины населения примерно половина волос [note=3142|будут седыми]. Ученые называют это «правилом 50/50/50». Как ни крути, если у вас есть волосы, возрастного, то есть физиологического, поседения вам не избежать. Волосы состоят из двух частей. Снаружи, над поверхностью кожи, виден стержень волоса — тонкая, гибкая нить из неживых, ороговевших эпителиальных клеток, кератиноцитов. Под поверхностью кожи находится корень из живых клеток, которые продолжают делиться. Корень окружен оболочкой из кожи и соединительной ткани — волосяным фолликулом. У основания волоса корень расширяется, образуя волосяную луковицу. В ней постоянно образуются новые клетки, которые затем ороговевают и склеиваются в волос. Цвет волосу придают два вида пигмента меланина. Эумеланин — темный пигмент, который отвечает за черный и коричневый цвет волос. Феомеланин — красноватый пигмент. В зависимости от количества и сочетания типов меланина меняется цвет волос: если много эумеланина, они будут темные; если эумеланина мало — светлые; если эумеланина мало, а феомеланина много — рыжие. (Подробнее о том, как баланс этих пигментов влияет на окрас кошек — в материале «Раскрашиваем котика».) Меланин синтезируют клетки меланоциты в луковице волоса. Меланоциты упаковывают пигмент в меланосомы — пузырьки внутри клетки. Затем пузырьки с пигментом переносятся по длинным ветвящимся отросткам меланоцита в эпителиальные клетки. Пока наверняка неизвестно, как именно меланосомы попадают в клетки волоса, но, скорее всего, меланоциты выделяют пузырьки с пигментом во внешнюю среду, а эпителиальные клетки их «заглатывают». Если же меланоциты начинают плохо работать, меланосом с пигментом в волосе становится совсем мало, их место занимают пузырьки без пигмента, и волосы становятся седыми. Считается, что изменение цвета волос жестко синхронизировано с фазами роста волоса. Каждый волосяной фолликул раз в несколько лет проходит через три этапа: Анаген — фаза роста. На этой стадии клетки в луковице волоса — кератиноциты и меланоциты — способны делиться. В каждый момент времени около 90 процентов волос находится в фазе роста. В среднем анаген длится от двух до пяти лет, но может длиться меньше, если вы нервничаете, плохо питаетесь или состарились.Катаген — фаза, в которую волосяная луковица отсоединяется от кровеносных сосудов и нервов. Она значительно короче анагена и длится от трех до шести недель. В катаген предшественники кератиноцитов и меланоцитов отмирают и перестают делиться.Телоген — фаза покоя. Через несколько месяцев после утраты кровяного снабжения оголодавший волос выпадет. В течение примерно недели фолликул пустует, а затем там постепенно начинают делиться стволовые клетки и зарождается новый волос. Начинается новый анаген. В ранней фазе роста в нижней части волосяного фолликула возникают две популяции стволовых клеток. Первая популяция — это зародыш волоса. Другая популяция мигрирует из области выпуклости (bulge, область между мышцей, поднимающей волос, и сальной железой). Эти стволовые клетки спускаются к основанию новой волосяной луковицы, и превращаются в зрелые меланоциты, которые займутся окрашиванием нового волоса пигментом. Считается, что если в фазе покоя предшественники меланоцитов успели сползти к волосяной луковице и волос уже начал расти каштановым, рыжим или черным, после этого ничто не заставит его поседеть. Количество меланоцитов и их способность накачивать волос цветом остаются практически неизменными весь цикл роста, а поседеть может уже фактически новый волос в новую волну миграции стволовых клеток. Поскольку с возрастом пул стволовых клеток истощается, в зародыш волоса попадает меньше предшественников пигментных клеток, они меньше пачкают эпителиальные клетки, и новый волос растет седым. Как правило, однажды побелев, волос уже не вернет себе цвет. Однако некоторые данные показывают, что процесс поседения все же чуть более гибкий: в исключительных случаях волос может начать седеть посреди фазы роста, какое-то время расти седым, а потом возвращать себе цвет. Так или иначе, волосы у Лиланда Палмера не могли поседеть за ночь. Седина не может появляться быстрее, чем растет волос. Согласно классической гипотезе появления седины, за ночь Лиланду пришлось бы синхронизировать фазы роста волос по всей голове до фазы покоя, облысеть и отрастить густую шевелюру новых седых волос. То есть ужать цикл выпадения и роста волоса с нескольких лет до одной ночи. При всей спорости безумных танцев, Лиланду за ночь такое не успеть. Более гибкий сценарий появления седины тоже не оставляет шансов: мы бы наблюдали постепенное отрастание седых волос, примерно по сантиметру в месяц, а не внезапные ночные метаморфозы. Мгновенное появление седины у мистера Палмера на экране и у сверженной королевы Франции в исторической легенде — абсурдное преувеличение. Но у любого абсурда есть причины, и поседеть быстрее обычного они действительно могли. Возможных причин — несколько. Вы лысеете Первый задокументированный случай внезапного побеления волос зафиксирован в Талмуде и датируется 83 годом нашей эры. Это история про раввина Элазара бен Азария, которого избрали председателем Синедриона, высшего суда в земле Израиля, в юном-преюном возрасте 18 лет. Жена юноши была обеспокоена, что тот выглядит слишком молодо для своей должности. К счастью, в тот же день у раввина появилось 18 рядов седых волос. Средневековый раввин Маймонид утверждал, что седина появилась из-за напряженной учебы: день и ночь бен Азария корпел над Торой, из-за чего ослаб и резко постарел. Это была первая из многих попыток объяснить, почему волосы могут быстро побелеть. В 1806 году французский химик и фармацевт Луи-Николя Воклен предположил, что выделяется некоторое таинственное вещество, которое растворяет пигмент. Спустя 60 лет немецкий физиолог Леонард Ландуа придумал другой механизм внезапного поседения: по его гипотезе, при внезапном поседении внутрь волоса почему-то проникают пузырьки воздуха, что придает ему белый оттенок из-за преломления света. А уже в начале XX века Илья Мечников допустил, что по волосам ползают особые иммунные клетки — пигментофаги, которые поглощают пигмент, а затем относят его к волосяной луковице и откладывают в соединительной ткани. И если предположения Мечникова и Воклена не нашли поддержки и были забыты, то у гипотезы воздушных пузырьков, напротив, даже в 1950-х были сторонники, пусть и использовали ее в качестве объяснения [note=3143|faux de mieux]. Сейчас внезапное поседение все чаще объясняют тем, что меняется цикл роста волос: анаген становится короче, волосы быстрее выпадают, а новые вырастают с нехваткой пигмента. Избыточное выпадение волос называют телогеновой алопецией (telogen effluvium), и начинается она через два-три месяца после воздействия какого-то триггера. Триггером могут быть лекарства (оральные контрацептивы, антидепрессанты, бета-блокаторы), травма, эмоциональный стресс или проблемы с диетой, вроде нехватки калорий, белка и жирных кислот в пище. Еще одна возможная причина — облучение ультрафиолетом. Трихологи даже замечают «эффект лета», когда количество пациентов с телогеновой алопецией увеличивается с июля по октябрь. Вряд ли Лиланд Палмер оголодал в Твин Пиксе, знаменитом своими вишневыми пирогами. Также маловероятно, что в феврале ему напекло голову. Но эмоциональный стресс налицо, как, впрочем, вероятно и использование антидепрессантов. Под клиническую картину не подходит лишь срок появления седины — с момента смерти Лоры к началу второго седого сезона проходит пара недель, а не два-три месяца, которые необходимы для манифестации заболевания. Пусть время в Твин Пиксе течет очень своенравно, но версию с telogen effluvium для Лиланда все же придется отбросить. Но вот в случае с Марией Антуанеттой на развитие седины после избыточного выпадения волос времени было более чем достаточно: между заключением в Тампль и восхождением на эшафот прошло более года. Кроме того, королеву в заточении почти никто не видел, а значит ее появление на казни поседевшей могло быть воспринято как произошедшее за одну ночь. Но у Лиланда был один недостаток: он нервничал. Вы нервничаете Помимо повышенной скорости выпадения волос стресс приводит к истощению популяции стволовых клеток, которые могли бы стать меланоцитами. Важную роль в поддержании работы волосяного фолликула играют окружающие его клетки: например жировой ткани и иммунные. Волосяные фолликулы также оплетены чувствительными нервами и нервами вегетативной нервной системы. При этом вегетативная нервная система — одна из главных при реагировании на стресс. В критические моменты ее симпатическая часть со своими медиаторами (адреналином, норадреналином и кортизолом) включает реакцию «бей или беги» ([note=3146| «fight or flight»]). В современном мире нам редко приходится использовать эту реакцию в прямом смысле, тем не менее симпатическая нервная система все равно активируется. Но нервы, которые находятся в тесном контакте с волосяным фолликулом, в ситуации стресса могут случайно нарушить его работу. Часть нервных окончаний симпатической системы примыкают к области выпуклости, где обитают предшественники меланоцитов. У мышек стресс приводит к выбросу адреналина из нервных окончаний у фолликула. Из-за адреналина стволовые клетки начинают слишком активно делиться и мигрировать. В конце концов в области выпуклости ничего не остается: популяция предшественников меланоцитов полностью истощается, растущий волос некому подкрасить и появляется седина. Особенности биологии волоса, его роста и пигментации отличаются у людей и других млекопитающих: например, циклы роста у грызунов, как правило, короче и чаще, чем у человека. Кроме того, разнится и возраст появления седины: в то время как шимпанзе и собаки отращивают седину старея, у самцов серебристоспиных горилл седина появляется после 12 лет как статусный аксессуар. Поэтому переносить результаты исследований с животных на человека следует с осторожностью. Хотя Лиланд — не мышка, у него вполне могла сбоить [note=3144|стрессорная ось]. Косвенно на роль активации симпатической нервной системы в появлении седины от стресса у человека указывают случаи пациентов, у которых иссечение симпатических нервов на уровне шейного или поясничного отделов приводило к тому, что седина, наоборот, появлялась позже обычного. И если во внезапно появившейся седине виновата избыточная активация симпатической нервной системы, то поседевшие волосы — меньшая из проблем организма. Как, впрочем, было и у мистера Палмера. Седина — не то, чем кажется Если нормальная физиологическая серебристая шевелюра ассоциируется со старостью, то появление значительной седины до 30 лет считается преждевременным. Как и стрессовое внезапное поседение в любом другом возрасте. Остается вопрос: если наступает преждевременная седина — означает ли это и преждевременное старение? Эпидемиологические исследования показывают, что ранняя седина связана с повышенным риском сердечно-сосудистых заболеваний, метаболическим синдромом, остеопенией (это уменьшение содержания минералов в костной ткани), болезнью Альцгеймера и даже тяжелым протеканием коронавирусной инфекции. Причем ранняя седина ухудшает прогноз по появлению заболеваний сердца до 40 лет даже сильнее, чем лишний вес или семейный анамнез. Так что ранняя седина, кажется, идет рука об руку с несвоевременным появлением возрастных болезней: сердце шалит, кости ломаются, голова начинает работать с перебоями. Возможно, дело в том, что седина — чувствительный маркер нарушений в организме. Каждый волосяной фолликул — микроорган, который спонтанно отмирает и регенерирует раз в три-пять лет. Но в условиях стресса фолликулу сложнее самовосстанавливаться: это может быть связано с повреждением клеток свободными радикалами или хроническим воспалением. Избыточная активация симпатической нервной системы — тоже одна из возможных причин. При этом стрессовое истощение задевает не только лишь волосы. Исследования показывают, что стресс и изменения в балансе возбуждения и торможения симпатической нервной системы ускоряют старение всего организма. Стресс приводит к нарушениям в метаболизме глюкозы и жиров, увеличению рисков развития ожирения, сахарного диабета, заболеваний печени и сердечно-сосудистых заболеваний. Седина у нервных мышек намекает, что стресс истощает популяцию стволовых клеток и делает ткани неспособными к регенерации. Наконец, избыточная активация симпатической нервной системы, из-за которой белеют волосы, вредит и мозгу. Из-за разбалансировки стрессорной оси происходит усиленный выброс норадреналина в мозге. В конечном счете это приводит к накоплению в нейронах неправильно свернутых тау-белков и гибели клеток — главных признаков болезни Альцгеймера. И пусть мы знаем наверняка, что в реальности Лиланд не мог бы поседеть за ночь, но можем с некоторой уверенностью предположить, что его нервная седина намекала на риски болезней сердца, метаболического синдрома и нейродегенерации. Особенно вероятным диагнозом кажется болезнь Альцгеймера, ведь помимо седины в клиническую картину нервно пританцовывающего героя «Твин Пикса» добавляется психоз, который часто встречается при болезни Альцгеймера и может возникать на ранней стадии нарушений умственных способностей или даже до этого симптома. Лиланд не успел выжить из ума из-за скоропостижной смерти. Вернее, очень даже успел, но не из-за болезни Альцгеймера, о которой намекала нервная седина. Первый сезон сериала изрядно разлохматил стрессорную ось мистера Палмера, и это привело к внезапному побелению. Но седина — лишь маленькая эстетическая неполадка по сравнению с букетом заболеваний, которые могли появиться у героя из-за стресса. Потому что если нормальная седина — это лишь маленькая старость, то нервная седина — маленькая внезапно нагрянувшая старость.