Badania naukowe

To rozwój wiedzy medycznej kształtuje standardy cywilizacyjne w prozdrowotnym kierunku. Nawet najwyższy standard cywilizacyjny i zamożność są bezsilne wobec chorób.

Andrzej Trzebski

Dwa wielkie cele przyświecają medycynie i naukom medycznym: odsunąć chwilę śmierci człowieka i złagodzić mu cierpienia. Medycyna i nauki medyczne narodziły się z elementarnego pragnienia istoty ludzkiej do istnienia, niezależnego od czasu i historii, kręgu kulturowego, poziomu cywilizacji czy miejsca na ziemi. Jak nauki medyczne spełniały tę misję w wieku minionym, wieku ich wielkiego rozwoju? Istnieje miara, która w statystycznym przybliżeniu ocenia realizację – jest to przeciętna długość życia ludzkiego.

Według szacunków, przeciętny czas trwania życia ludzkiego był w ciągu wieków podobny na wszystkich obszarach naszego globu i zamykał się w granicach zaledwie dwudziestu paru lat, głównie z powodu ogromnej umieralności noworodków i dzieci. Życie wydłużało się systematycznie od połowy XVIII wieku i pod koniec wieku XIX podwoiło się. W Europie osiągnęło około 46 lat, tzn. wydłużyło się o 20 lat. Ale tylko w ostatnich 100 latach przeciętny czas trwania życia ludzkiego wydłużył się bardziej niż w całej poprzedniej historii ludzkości – w Europie i Stanach Zjednoczonych o dalszych 28 lat. W Szwecji, Szwajcarii, Norwegii, Wielkiej Brytanii, Francji, Włoszech czy Grecji przeciętna długość życia kobiet osiąga 81, a mężczyzn 75 i więcej lat. Światowy rekord bije Japonia, gdzie przeciętna długość życia kobiet sięga 84, a mężczyzn 77,2 lat. Dla Polski w roku 2000 wskaźnik ten wynosił 69,7 u mężczyzn i 78 lat u kobiet i wzrósł w ciągu ostatniej dekady o 3,24 lat u mężczyzn i o 2,5 roku u kobiet.

Ten fenomen demograficzny jest jednym z największych osiągnięć w historii ludzkości. Czynnikiem sprawczym był rozwój wiedzy medycznej, a nie wyższe standardy cywilizacji technicznej, stan higieny, odżywianie czy bogactwo narodów. Są to czynniki ważne, ale mają charakter przyzwalający, umożliwiają realizację badań medycznych i biomedycznych oraz dostępność ich zastosowań dla społeczeństwa. Związek przyczynowy jest odwrotny. To rozwój wiedzy medycznej kształtuje standardy cywilizacyjne w prozdrowotnym kierunku. Jeśli tak się nie dzieje, to standardy te nie służą zdrowiu i długowieczności, lecz przeciwnie, powodują skażenie środowiska i sprzyjają chorobom cywilizacyjnym, jak nadciśnienie tętnicze i choroba wieńcowa, miażdżyca czy otyłość, a także uzależnieniom i depresji z bezsennością. Nawet najwyższy standard cywilizacyjny i zamożność są bezsilne wobec chorób. W bogatych, odżywiających się świetnie warstwach społecznych minionych wieków przeciętny czas trwania życia ludzkiego był też krótki, tam także umierały masowo niemowlęta i dzieci, a epidemie wyludniały kraje zarówno bogate, jak i biedne.

TRZY PRZEŁOMY

Pierwszy przełom w minionym stuleciu zawdzięczamy narodzinom immunologii. Pierwsza Nagroda Nobla z zakresu fizjologii i medycyny w 1901 roku przyznana została Emilowi Behringowi za wprowadzenie surowic do medycyny, w szczególności za wynalezienie surowicy przeciw błonicy (dyfterii), która dziesiątkowała wtedy dzieci. Zastosowanie surowic i szczepionek zredukowało umieralność dzieci, a aseptyka zmniejszyła umieralność okołoporodową.

Drugi przełom nastąpił w połowie wieku i symbolizuje go nazwisko Aleksandra Fleminga, laureata Nagrody Nobla z roku 1945. Wdrożenie do lecznictwa penicyliny, a potem innych antybiotyków, przedłużyło życie we wszystkich przedziałach wieku człowieka. Wśród plejady wielkich uczonych pierwszej połowy minionego wieku, którzy torowali drogę spektakularnemu postępowi nauk medycznych i biomedycznych, są także uczeni polscy: Napoleon Cybulski, który w Krakowie, jeszcze pod koniec XIX wieku, wraz z Władysławem Szymonowiczem, odkrył adrenalinę; Ludwik Hirszfeld, pionier nauki o grupach krwi, twórca koncepcji chorób autoimmunizacyjnych; Rudolf Weigl, który we Lwowie przed II wojną światową wynalazł szczepionkę przeciw durowi (tyfusowi) plamistemu, chorobie, której samo imię budziło grozę, pladze dziesiątkującej ludność, dziś prawie zapomnianej.

Należy przypomnieć laureatów Nagrody Nobla polskiego pochodzenia: Tadeusza Reichsteina ze Szwajcarii, który zidentyfikował jeden z głównych hormonów organizmu, kortyzol, wydzielany przez korę nadnerczy, a Nagrodę Nobla otrzymał w 1950 roku, czy Andrewa Schallego ze Stanów Zjednoczonych, który dostał Nagrodę Nobla w 1977 roku za odkrycie peptydów podwzgórza regulujących wydzielanie hormonów przedniego płata przysadki mózgowej, mechanizmu, którego używa mózg regulując nasz układ hormonalny.

Trzeci przełom nastąpił w drugiej połowie wieku. Nauki medyczne zaczęły wyraźnie odsuwać chwilę śmierci od osób starych. Umożliwiły to badania podstawowe prowadzące do odkrycia sygnałów chemicznych, którymi komórki komunikują się ze sobą – hormonów, neuroprzekaźników i neuromodulatorów oraz miejscowo działających endogennych parakrynnych substancji bioaktywnych. Zidentyfikowano swoiste białka błon komórkowych, receptory komórkowe, przez które czynniki regulacyjne wywierają swoje działanie. Strukturę chemiczną nowych leków zaczęto kształtować tak, aby pasowały do receptorów jak klucz do zamka, naśladując lub przeciwnie – blokując ich pobudzenie i selektywnie modulując czynności fizjologiczne. Wynaleziono leki wzmacniające biosyntezę pozytywnych endogennych czynników regulacji i hamujące tworzenie się szkodliwych. Spektakularny postęp chirurgii, wzbogacony miniaturyzacją, automatyzacją i wszczepianiem protez symulujących czynność narządów, pozwolił na wnikanie docelowo w głąb ciała w sposób mało inwazyjny. Poznanie struktury antygenów i mechanizmów komórkowych wytwarzania przeciwciał położyło fundamenty pod współczesną transplantologię. Nie ma dziś prawie narządu, którego nie można by przeszczepić, z wyjątkiem mózgu, do którego dotąd nie przeszczepiono i prawdopodobnie nie przeszczepi się ciała dawcy.

RYNEK ZDROWIA

Przeciętna długość życia osób starych zaczęła rosnąć. W krajach bogatych i cywilizacyjnie rozwiniętych mężczyźni 60-letni mogą liczyć przeciętnie na jeszcze 18 lat życia, a kobiety mają przed sobą statystycznie aż 23 lata. W Polsce przeciętne dalsze trwanie życia 60-letnich mężczyzn wynosi 16,7 lat, a 60-letnich kobiet – 21,5 lat.

Świat jest spolaryzowany na obszary, gdzie żyje się krótko i takie, gdzie można się cieszyć długim życiem. W krajach najmniej rozwiniętych cywilizacyjnie ludzie w wieku 60 lat mają przed sobą, zależnie od płci, przeciętnie nie więcej niż 15-16 lat życia. Z ponad 70 mld dolarów wydawanych rocznie na medyczne badania naukowe na świecie, zarówno ze środków publicznych, jak i firm prywatnych, zaledwie 10 proc. jest przeznaczane na finansowanie badań aż 90 proc. problemów zdrowotnych ważnych dla całego świata. Cała ogromna reszta, 90 proc. nakładów, adresowana jest do badań w zakresie 10 proc. problemów medycznych, priorytetowych dla krajów najbogatszych. Tak działają prawa globalnego rynku, dla których zdrowie jest towarem, jak każdy inny. Nie ma dotąd skutecznej szczepionki przeciwko pasożytowi (zarodźcowi) malarii, na którą umiera rocznie ponad milion osób, przeważnie dzieci w ubogich krajach tzw. południa, w Afryce, Azji i Ameryce Łacińskiej. A przecież przyczyna malarii jest znana od około 120 lat. Odkrywca roli komarów w jej przenoszeniu Ronald Ross otrzymał drugą w historii nagrodę nobla z fizjologii i medycyny w roku 1902, dokładnie 100 lat temu, a odkrywca zarodźca malarii Charles Laveran dostał za to odkrycie Nagrodę Nobla 5 lat później, jeszcze w 1907 roku. Niedawne, ale bardzo intensywne badania nad wynalezieniem szczepionki przeciw wirusowi HIV zapowiadają rychły sukces. Ale AIDS, w przeciwieństwie do malarii, rozprzestrzenił się z czarnej i biednej Afryki, gdzie od dawna dziesiątkował ludność, na bogate kraje Ameryki Północnej i Europy.

Mimo działania praw rynku, we wszystkich krajach świata, zarówno biednych, jak i bogatych, wzrasta proporcja ludzi starszych powyżej 60. roku życia. Już dzisiaj co dziesiąty człowiek na świecie ma ponad 60 lat. W Europie Zachodniej 22 proc. populacji przekroczyło ten wiek (w Polsce 16,4 proc.). Prognozy demograficzne ONZ przewidują, że w połowie wieku, po raz pierwszy w historii ludzkości, procent ludzi starych zrówna się z procentem dzieci (do 14. roku życia) w skali całego świata. W niektórych krajach już dochodzi do tego wyrównania. Szybko przyrasta odsetek ludzi bardzo starych, powyżej 80 lat życia. Stanowią oni już dzisiaj 12 proc. całej światowej populacji ludzi starych (powyżej 60 lat życia), a w połowie wieku udział ich w populacji ludzi starych prognozowany jest na 19 proc. Przewiduje się aż 15-krotny wzrost populacji ludzi stuletnich i starszych na świecie: z około 210 000 obecnie do 3 200 000 w połowie wieku.

NA LUDZKĄ MIARĘ

Wiek XX postrzegany ze współczesnej perspektywy historycznej jawi się jako stulecie wojen i ludobójstwa, masowych zbrodni. Przerażające w wymiarze jednostkowym i społecznym, są one w skali demograficznej jak zmarszczki na wzbierającej fali życia, wznoszonej postępem nauk medycznych i biomedycznych. Dla przyszłych historyków wiek XX będzie przełomowy, dlatego że zainaugurował epokę długowieczności człowieka. Dla współczesnego homo oeconomicus, który zawładnął wyobraźnią masową i narzucił swoje reguły widzenia świata, miarą cywilizacji jest produkt krajowy brutto, wyceniona w dolarach wartość dóbr i usług produkowanych przez ludzi. Wedle tej miary, postęp cywilizacyjny w minionych 100 latach wyraża się sześciokrotnym zwiększeniem światowego produktu brutto wytwarzanego w ciągu jednego roku przez statystycznego mieszkańca Ziemi. Średnia ta, jak każda inna, nie pokazuje dramatycznych różnic pomiędzy bogatą północą a obszarami nędzy południa naszego globu. Tam produkt krajowy brutto jest prawie 19-krotnie mniejszy niż w krajach rozwiniętych – zaledwie 1017 wobec 19 069 dolarów parytetowych w ciągu roku per capita uzyskanego w krajach bogatych i rozwiniętych (dane za rok 1998).

Niech mi będzie wolno zakwestionować paradygmat, że przeliczona na dolary wartość produkcji jest miarą postępu cywilizacji. Spróbujmy zastosować inną, bardziej ludzką miarę. Niech będzie nią długość życia człowieka, każdy rok życia każdego człowieka, bez względu na to, na ile dolarów parytetowych wyceniono produkt jego pracy. Te dwie miary, ekonomiczna i ludzka, nie zawsze i nie wszędzie się pokrywają. 

Rachunek pokazuje, że dzięki nauce świat w XX wieku zyskał dziesiątki miliardów lat życia ludzkiego. Stracił ich też dużo, ale tylko, albo aż, setki milionów lat zabranych ludziom przez zbrodniczych fanatyków doktryn i nietolerancji, narzędziami zagarniętymi od nauki i cywilizacji, łącznie z narzędziami manipulacji socjotechnicznej. Bilans tego, co ludzkość zyskała, a co straciła w minionym wieku, mierzony miarą zsumowanych lat trwania życia ludzkiego, jest dla nauki dodatnią różnicą co najmniej dwu rzędów wielkości.
Nauki medyczne wchodzą w nowy wiek z podniesionym czołem. Jak zazwyczaj w historii nauki, osiągnięte sukcesy stworzyły naukom medycznym nowe wyzwania badawcze. Starzenie się populacji odsłoniło choroby pojawiające się z wiekiem, choroby zwyrodnieniowe mózgu, jak choroba Alzheimera i choroba Parkinsona, wiele odmian nowotworów, choroby serca i układu krążenia, miażdżyca i nadciśnienie tętnicze.

WIĘCEJ NIŻ GORCZYCA

Pragnienie istnienia nie zależy od wieku jednostki ludzkiej, niekiedy rośnie w miarę zaspokajania. Faustowski mit wiecznej młodości ożywiła nadzieja, jaką wzbudziło odkrycie pluripotencjalnych komórek macierzystych, obecnych nawet w dorosłym organizmie, nie tylko u zarodka. Jest to przełom, który może zmienić oblicze medycyny XXI wieku. Już nie całe dojrzałe narządy, wystawione na barierę immunologiczną biorcy, lecz komórki macierzyste ze swym potencjałem młodości będą zapewne wszczepiane dla zastąpienia zniszczonych przez chorobę narządów i tkanek. Najbliższa przyszłość zweryfikuje te nadzieje.

Pada pytanie, jak daleko można odsunąć datę śmierci, gdzie leży maksymalna, nieprzekraczalna granica życia. Długość życia zależy, być może, od skuteczności niwelowania stresu oksydacyjnego, przyśpieszającego starzenie się destruktywnym działaniem wolnych rodników nadtlenkowych na maszynerię genetyczną komórek. Czas biologiczny i czas odmierzany kalendarzem człowieka płyną równolegle w tym samym kierunku, ale nie z tą samą ani taką samą prędkością u wszystkich. Gdziekolwiek leży ostateczna granica długowieczności, dążenie do jej osiągnięcia będzie wyzwaniem dla nauk biomedycznych zapewne na dłużej niż jedno stulecie. 

Nowy wiek otworzyła w lutym ubiegłego roku publikacja w „Science” i „Nature” wyników wielkiego międzynarodowego przedsięwzięcia. Odczytano zapis genetyczny człowieka, sekwencje nukleotydów DNA kodujących białka naszego organizmu. Niektórzy sądzą, że jest to osiągnięcie ludzkości bardziej brzemienne w historyczne skutki niż kiedyś było rozbicie atomu. Kiedy przed 12 laty rozpoczynano międzynarodowy Program Poznania Genomu Ludzkiego oczekiwania były wielkie. Jeden z prominentnych sponsorów programu Gibert oświadczył wtedy: Będziemy wreszcie wiedzieć, co znaczy być człowiekiem. Entuzjazm był przedwczesny. Okazało się, że ludzki genom składa się zaledwie z ok. 30 tys. genów kodujących białka, trzykrotnie mniej niż się spodziewano jeszcze przed paru laty. Dla porównania, genom gorczycy, pożytecznej rośliny używanej do wyrobu musztardy, zawiera niewiele mniej, bo 26 tys. genów. Słynna muszka owocówka (Drosophila melanogaster), klasyczny obiekt badań genetyków, ma 14 tys. genów, a nieskomplikowany robak, nicieniec (Caenorhabditis elegans), inny model badany intensywnie przez genetyków poszukujących mechanizmu zaprogramowanej śmierci komórek (apoptozy), posiada aż 19 tys. genów. Liczba genów nie jest miarą złożoności organizmu człowieka. Byłoby złośliwością wobec Giberta i podobnych mu entuzjastów stwierdzenie, że jeśli liczba genów jest jakimkolwiek kryterium, to człowiek znaczy trochę więcej niż gorczyca i tyle, ile kombinacja pełzającego robaka z muszką wzlatującą ku niebu.

Barierą poznawczą i wyzwaniem okazały się białka. Wiadomo, że jest ich znacznie więcej niż genów. Klasyczny paradygmat genetyki: jeden gen ® jedno białko ® jedna funkcja został ostatecznie obalony. Niektóre geny mogą kodować więcej niż jedno białko, zależnie od miejsca, gdzie zaczyna się transkrypcja i działania polimerazy RNA I lub RNA II. Liczne modyfikacje biochemiczne pojawiają się na etapie potranskrypcyjnym. Białka człowieka są bardziej skomplikowane w wymiarze topologicznym i bardziej różnorodne niż białka muszki czy nicienia. W procesie ewolucyjnym wykształciło się u człowieka więcej rejonów cząsteczki białka, domen, nadających jej właściwości funkcjonalne. Różnorodność białek ludzkich powstaje dzięki przetasowaniu położenia domen w przestrzeni topologicznej łańcuchów polipeptydowych cząsteczki. Aktywne domeny wchodzą w dynamiczne związki z innymi białkami i ich przestrzenne usytuowanie decyduje o funkcji białka.

POGRANICZE MATEMATYCZNO - MEDYCZNE

Całkowita liczba białek u człowieka nie została jeszcze wiarygodnie oceniona, nawet w przybliżeniu. Rozważany jest nowy wielki program badawczy Proteom Ludzki dla opracowania pełnego rejestru, jakby układu periodycznego białek człowieka. Istnieją już cząstkowe bazy danych, biblioteki białek ludzkich. Narodziła się na naszych oczach nowa dziedzina – proteomika człowieka, nauka o białkach ludzkich. Konfiguracje przestrzenne i wzajemne oddziaływanie na siebie domen i podjednostek białkowych, a także zwrotne oddziaływania pomiędzy białkami regulatorowymi a częścią promotorową genów tworzą złożoną sieć funkcjonalną. Taki złożony system molekularny poddaje się analizie metodami fizyki statystycznej i może być modelowany komputerowo, m.in. według algorytmów dynamiki nieliniowej.

Matematyczne narzędzia są już wykorzystywane w medycynie klinicznej. W diagnostyce kardiologicznej umożliwiły one np. wykrycie i zmierzenie interesującej prawidłowości: regulacja czynności serca uszkodzonego chorobą lub u ludzi starych jest mniej złożona i mniej chaotyczna, bardziej przewidywalna. Dlatego, choć brzmi to paradoksalnie, serce ludzi młodych i zdrowych jest odporniejsze na zakłócenia chorobowe, bo jest bardziej chaotyczne, ma więcej swobody i większą rezerwę adaptacyjną. Badania z pogranicza biomedycyny i matematyki rozluźniają uwierający gorset redukcjonizmu molekularnego i niosą nadzieję na znalezienie porządku w chaosie procesów molekularnych. Genetyka molekularna człowieka podejmuje się wyzwania na miarę stulecia: przełożyć nowo odkryty rejestr genów, gen po genie, jak słowo po słowie, na białka, a następnie opisać takim molekularnym językiem bogactwo czynności organizmu człowieka. Łatwiejsze zadanie miałby cudzoziemiec nie znający języka polskiego, tłumaczący wiersze Wisławy Szymborskiej ze słownikiem w ręku.

PORTRET GENETYCZNY

Marzeniem genetyków jest stworzenie portretu genetyczno-molekularnego pacjenta. Medycyna stałaby się wtedy spersonalizowana molekularnie. Lekarz aplikowałby lek dostosowany chemicznie do indywidualnej struktury genów i zmienionych chorobowo białek pacjenta, podobnie jak dobry krawiec szyje garnitur po wzięciu miary u klienta. W tej naukowej wizji pobrzmiewa metaforyczne przesłanie ojca medycyny Hipokratesa, który postrzegał chorobę jako szpecący piękność nieład, którego usunięcie jest zadaniem lekarza.

Genetyczny i molekularny portret pacjenta, o ile kiedykolwiek powstanie, będzie posiadał niezwykłe właściwości portretu Doriana Graya z powieści Oskara Wilde’a. Wizerunek brzydł tam z każdym występkiem i grzechem swego właściciela. Są cztery takie grzechy główne, cztery przykłady łamania zasad bioetyki wobec własnego ciała: 1) obżarstwo i otyłość, 2) lenistwo w korzystaniu z własnych mięśni i mózgu przez unikanie wysiłku fizycznego i umysłowego, 3) uzależnienie od palenia tytoniu, od alkoholu i narkotyków, 4) nieumiejętność dystansowania się i kontroli negatywnych stresów, pustoszących nasz organizm gwałtownie, jak huragan i powódź, lub wypalających powoli, jak susza. Powstrzymanie się od autodestrukcji leży w naszych rękach. Badania epidemiologiczne wskazują, że eliminacja czynników ryzyka zmniejsza zachorowalność i wydłuża życie. Większość chorób ma podłoże wielogenowe lub koreluje z polimorfizmem nieprawidłowo usytuowanej zasady nukleotydowej w podwójnej helisie DNA różnych chromosomów. Polimorfizm ujawni się w fenotypie, jeśli stworzymy mu warunki autodestrukcją organizmu. Człowiek przychodzący na świat nie otrzymuje od genów wyroku śmierci z terminem wykonania. Wykonanie może być odraczane prozdrowotnym stylem życia, ale może być także przyśpieszone autodestrukcją.

Białkowe czynniki transkrypcyjne mogą wyzwolić ekspresję genu, ale mogą także działać hamująco na uzewnętrznienie się zmutowanego chorobowo genu. Tylko około 1000 chorób, zazwyczaj rzadkich, ma ściśle sprecyzowaną mutację genową. Terapia transgeniczna, implantacja genu prawidłowego w miejsce zmutowanego chorobowo, jest trudna technicznie, ryzykowna i stosowana rzadko. Natomiast molekularna diagnostyka genetyczna stała się bezcennym narzędziem, a jej wyniki chronione są tajemnicą lekarską. Rozwój genetyki molekularnej otworzył wrota dla wielkiego światowego biznesu produkcji leków. Odkrycie fragmentu genu lub białka może być podstawą patentu na możliwe praktyczne korzyści. Konflikt interesów pomiędzy wolnością rozpowszechniania informacji naukowej, kamieniem węgielnym nauki, a dążeniem do zysku, zwalnia postęp nauki.

Wyzwaniem wieku jest mechanizm chorób psychicznych, zwłaszcza depresji, narastającej w warunkach przeciążenia mózgu przyśpieszonym obiegiem informacji elektronicznej i zmniejszeniem bezpośrednich więzi międzyludzkich. Depresja koreluje z takimi chorobami, jak: nadciśnienie tętnicze, choroba wieńcowa serca, a nawet choroby nowotworowe i zmniejszona odporność immunologiczna organizmu. Wielką zagadką pozostaje efekt psychosomatyczny. Tym terminem nauka zbywa tajemnicę uzdrawiającej, ale i niszczącej siły słowa i gestu – daru, jaki posiada lekarz, który samym swym pochyleniem nad osobą pacjenta łagodzi cierpienie i przywraca zdrowie.

Odkrycia ostatnich lat będą owocować przez długie dekady naszego wieku. Nikt nie odgadnie, czym nauki biomedyczne zaskoczą w przyszłości najmłodszych uczestników dzisiejszej ceremonii. Może niektórzy z nich będą torować drogę odkryciom. W tej sali i w innych akademickich salach, gdzie spotykają się ludzie nauki i nauczyciele wraz ze studentami dążącymi do wiedzy, wierzymy, że cywilizacja przyszłości będzie cywilizacją życia, a nie śmierci. W takiej cywilizacji nauki medyczne zajmą godne miejsce.

prof. dr. hab. n. med. Andrzej Trzebski, fizjolog, kierownik Katedry i Zakładu Fizjologii Człowieka Akademii Medycznej w Warszawie, członek korespondent PAN. 

Tekst jest wykładem inauguracyjnym wygłoszonym podczas uroczystej inauguracji roku akademickiego 2002/03 w Auditorium Maximum Uniwersytetu Warszawskiego.

Komentarze