Сергей Рязанцев - В мире запахов и звуков
В 1949 году Р. Монкрифф оформил эти идеи, предложив гипотезу, сильно напоминавшую догадку Лукреция 2000-летней давности. Монкрифф предположил, что обонятельная система построена из рецепторных клеток немногих отличных друг от друга типов, каждый из которых представляет отдельный «первичный» запах, и что пахучие молекулы оказывают свое действие путем точного совпадения их формы с формой «рецепторных участков» на этих клетках. Он предположил, что существует от 4 до 12 типов рецепторов, каждый из которых отвечает основному запаху. Его гипотеза являлась новым приложением концепции «ключа и замка», которая оказалась плодотворной для объяснения взаимодействия ферментов с их субъектами, антител с антигенами, молекул ДНК с молекулами РНК.
Дж. Эймур развил и детализировал теорию Р. Монкриффа. Потребовалось два усовершенствования: во-первых, установить сколько существует форм рецепторов, и во-вторых, определить размеры и форму каждого из видов рецепторов. Для установления количества видов рецепторов Эймур установил число основных запахов, считая, что каждый из них отвечает форме рецептора. Это было достигнуто при объединении 600 соединений, взятых из книги Монкриффа и Справочника Бельштейна, в группы на основе сходности запаха. На основании частоты встречающихся запахов, удалось выделить 7 запахов, которые можно было рассматривать как возможные первичные.
Из этих 7 первичных запахов может быть произведен любой известный запах при смешивании их в определенных пропорциях. Молекулы важнейших запахов могут совпадать только с одним видом рецепторов, тогда как молекулы сложных запахов должны подходить двум или даже большему числу видов рецепторов. Вероятность местонахождения молекулы соотнесена с числом форм подходящих рецепторов, поэтому важнейшие запахи встречаются реже, чем сложные.
Для того, чтобы воспринять семь первичных запахов, в носу, согласно теории Эймура, должно быть семь различных типов обонятельных рецепторов. Эймур представлял рецепторные участки в виде ультрамикроскопических щелей или впадин в мембране нервного волокна, каждая из которых имела своеобразную форму и величину. Предполагалось, что молекулы определенной конфигурации «вписываются» в каждый их этих участков подобно тому, как штекер входит в гнездо.
Следующая проблема заключалась в том, чтобы изучить формы молекул различных пахучих веществ с помощью методов современной стереохимии. Оказывается, используя дифракцию рентгеновских лучей, инфракрасную спектроскопию, электронно-зондовый анализ и целый ряд других методов, можно построить трехмерную модель молекулы.
Когда таким образом были построены молекулы всех соединений, обладающих камфарным запахом, оказалось, что все они имеют примерно одинаковую округлую форму и примерно одинаковый диаметр, равный семи ангстремам. Это означало, что рецепторный участок для камфарных соединений должен иметь форму полукруглой ниши такого же диаметра.
Таким же способом были построены и модели других «пахучих» молекул. Выяснилось, что мускусный запах характерен для молекул дискообразной формы с диаметром около 10 ангстрем. Приятный цветочный запах вызывается молекулами дискообразной формы с гибким хвостом, как у воздушного змея. Прохладный мятный запах вызывается молекулами клинообразной формы. Эфирный запах обязан своим происхождением палочковидным молекулам. В каждом из этих случаев рецепторный участок на нервном окончании, по-видимому, имеет форму и величину, соответствующую форме и величине молекул.
В настоящее время стереохимическая теория обоняния Монкриффа-Эймура является наиболее признанной. Она прошла целый ряд экспериментальных проверок, доказавших правильность ее основных положений. Эймур синтезировал несколько молекул определенных форм, и все они обладали предсказанным запахом.
Вкус съеденного нередко надолго остается во рту, даже если почистить зубы после еды, а почему запах исчезает сразу же, как только удаляется его источник? Этим вопросом задался профессор Дорон Лансет из Института Вейцмана (Израиль). Оказалось, что в обонятельном эпителии носа имеются два фермента, задача которых — устранять «старые» запахи и готовить рецепторные клетки к восприятию новых. Эти ферменты разрушают пахнущие молекулы. Профессор Лансет полагает, что различной у разных людей активностью этих ферментов, можно объяснить разную индивидуальную чувствительность к запахам: у кого-то некоторые запахи разрушаются в носу так быстро, что он не успевает их как следует воспринять.
Как измерить неизмеримое?
Надо измерять измеримое и сделать измеримым то, что еще не поддается измерению.
Галилео Галилей.Речь в этой главе пойдет об исследовании органа обоняния. Вопрос этот также пока еще крайне запутан, хотя по количеству предложенных устройств и по оригинальности их конструкций ольфактометры (приборы для измерения обоняния) могут соперничать, пожалуй, только с вечным двигателем. И в том и в другом случае гораздо интереснее сама идея конструкции, чем, к сожалению, конечный результат.
Итак, нам предстоит познакомиться с ольфактометрией — наукой об измерении остроты обоняния (от латинских слов «ольфактио» — обоняние и «метрия» — измерение).
Простейший, древнейший и, как это ни печально — пока еще распространенный, несмотря на свою примитивность способ — непосредственное использование растворов пахучих веществ для измерения обонятельной чувствительности. Проще говоря, подносят к носу больного склянку с каким-либо пахучим раствором, открывают пробку и задают вопрос — чувствуете ли вы какой-либо запах? При этом определяют минимальную концентрацию водного, масляного или глицеринового раствора одного или нескольких пахучих веществ, вызывающую обонятельные ощущения. Предполагают, что концентрация паров пахучих веществ над жидкостью пропорциональна концентрации данного вещества в растворе.
При исследовании перед испытуемым ставят две задачи: регистрировать появление обонятельных ощущений вообще и суметь дифференцировать данный запах, так как порог распознавания всегда выше порога ощущения.
Прототипом большинства приборов для изучения обоняния является прибор, предложенный в 1892 году русским физиологом Н. А. Савельевым. Прибор Савельева состоял из двугорлой склянки, в которую наливают раствор пахучего вещества. В одно горлышко склянки вставлялась стеклянная трубка, доходившая до дна сосуда, а в другое — П-образная стеклянная трубка, соединявшая первую склянку со второй, от которой отходила разветвленная трубка с оливообразными насадками, приспособленными для введения в нос. Исследуемый вставлял в нос оливы и втягивал воздух, который проникал в сосуд через прямую трубку и, проходя предварительно через слой жидкости и насыщаясь пахучими веществами, попадал через П-образную трубку во вторую склянку, а оттуда — в нос. Изменяя концентрацию раствора, можно было достичь изменения концентрации паров пахучих веществ.
Вариантами прибора Савельева являлись весьма популярные как в нашей стране, так и за рубежом ольфактометры Хенинга и Эльсберга-Леви.
Прибор Хенинга состоял из большого числа двугорловых склянок, соединенных последовательно. Если соединить первую склянку со второй, концентрация пахучих паров уменьшится вдвое. Соединив вторую склянку с третьей, отключив ее от первой, можно понизить концентрацию паров в четыре раза и т. д. В каждой склянке имелось отверстие, через которое можно было нюхать воздух и определять ощущается ли там примесь пахучего вещества.
Прибор Эльсберга-Леви, предложенный в 1935 году, явился дальнейшим усовершенствованием прибора Савельева. Авторы решили вводить пары пахучих веществ в нос под давлением и притом в строго дозированных количествах.
Для этого они снабдили савельевскую склянку герметическим запором и предложили вводить в нее определенное количество воздуха при помощи шприца. Тем самым в склянке создавалось повышенное давление. В нос вставлялись оливы, зажимался выпускной клапан, и воздух, насыщенный парами пахучего вещества, поступал в носовые ходы. Измерение обонятельной чувствительности заключалось в определении минимального количества воздуха, которое нужно ввести при помощи шприца в склянку, для того, чтобы выходящая из нее струя воздуха вызвала бы при попадании в нос обонятельное ощущение.
Идея банки Эльсберга-Леви оказалась весьма плодотворной и с небольшими изменениями дожила до наших дней. Имеющийся в настоящее время на вооружении наших оториноларингологов, серийно выпускаемый ольфактометр модели Л. Б. Дайняк по существу представляет собой ту же самую банку Эльсберга-Леви, но упрятанную в кожух. На лицевой панели кожуха расположен манометр и обонятельные ощущения дозируются не в кубических сантиметрах, как предлагали Эльсберг и Леви, а единицах давления, в миллиметрах ртутного столба.
