Внутренняя среда организма - Григорий Кассиль

При электронно-микроскопическом исследовании обнаруживается, что синапс состоит из двух соприкасающихся поверхностей, одна из которых принадлежит аксону, другая — дендриту или телу клетки. При увеличении в несколько десятков тысяч раз синапс представляется в виде щели шириной примерно в 200 ангстремов (ангстрем — одна стомиллионная доля сантиметра). Поверхность аксона, обращенная к синапсу, получила название пресинаптической мембраны (оболочки), а дендрита — постсинаптической.

В окончании аксона электронный микроскоп обнаруживает целое скопление крошечных пузырьков (везикулов), наполненных химическим веществом специального назначения. Вещество это — передатчик, медиатор, посредник нервного возбуждения, осуществляющий переход импульса через синапс.

Чаще всего это ацетилхолин или норадреналин, иногда серотонин, гамма-аминомасляная кислота, гистамин и т. д. (с. 75).

Наряду с другими биологически активными веществами медиаторы, поступая в кровь, принимают участие в регуляции и координации физиологических процессов. Из этого следует, что необходимо различать их роль в медиации и регуляции. Без преувеличения можно сказать, что открытие химической медиации явилось одним из наиболее блестящих, как принято называть, «делающих эпоху» открытий биологии двадцатого века.

Различные нейроны — в зависимости от их расположения, физико-химических свойств, обмена веществ, физиологических функций — возбуждаются или, наоборот, прекращают свою деятельность (затормаживаются) под влиянием тех или других медиаторов.

Отсюда и возникло представление, что существуют возбуждающие и тормозящие медиаторы. Этому вопросу посвящено немалое количество экспериментальных работ и теоретических споров. Одни авторы признают существование тормозящих медиаторов, другие его опровергают.

Нервный импульс представляет сложнейший физикохимический процесс, связанный с перемещением некоторых минеральных веществ, в частности ионов калия и натрия. В состоянии покоя ионы калия находятся преимущественно внутри нервной клетки, ионы натрия — на ее наружной поверхности. В протоплазме нервных клеток ионов калия примерно в 30—40 раз больше, чем в окружающей клетку тканевой жидкости, ионов же натрия в 8—10 раз меньше. В соответствии с этим внутри клетки преобладают отрицательные электрические заряды, вне ее — положительные. В тот момент, когда нервный импульс приходит в окончание аксона (так называемую синаптическую бляшку), пузырьки, содержащие медиатор, лопаются. Химический передатчик изливается в синаптическую щель и изменяет проницаемость постсинаптической мембраны. Это ведет к тому, что ионы калия устремляются из клетки и располагаются на ее поверхности, обращенной к щели, а ионы натрия входят в клетку. Электрический заряд мембраны мгновенно изменяется, возникает разница потенциалов, и импульс переходит с аксона одной клетки на дендрит другой. Как только импульс прошел синапс, медиатор разрушается, ионы калия снова поступают в клетку, а ионы натрия выходят из нее.

Катехоламины. К веществам, вызывающим и регулирующим эрготропные (адренергические) реакции в организме, в первую очередь относятся катехоламины, составляющие систему гормонов и медиаторов симпатоадреналовой системы. Они создают возможность быстрого, адекватного и устойчивого перехода организма из состояния покоя в состояние длительного возбуждения, регулируя и направляя течение физиологических процессов.

Основной ведущий представитель катехоламинов, наиболее известный и подробно изученный, — адреналин. Он образуется в мозговом слое надпочечников и содержание его во внутренней среде организма характеризует состояние этой важнейшей эндокринной железы нашего организма. Его непосредственный предшественник, отличающийся отсутствием одной метильной группы (СН3), норадреналин, обладает одновременно функциями гормона мозгового слоя надпочечников и медиатора центральных и периферических отделов симпатической нервной системы.

Длившийся несколько десятилетий спор о химической природе симпатического медиатора можно считать законченным. Еще не так давно говорили и писали о каких-то особых химических веществах, симпатинах, отличающихся от адреналина. В 1933 г. бельгийский ученый Бакк высказал предположение, что симпатины в одних случаях являются адреналином, в других его предшественником — норадреналином. Советский биохимик А. М. Утевский предположил, что симпатины — сложная система адреналина, норадреналина и промежуточных продуктов их обмена. Но в настоящее время установлено, что симпатическая медиация осуществляется с помощью норадреналина. Его предшественник — дофамин, один из медиаторов симпатических образований в центральной нервной системе, отсутствие или недостаточное образование которого в некоторых участках головного мозга приводит к тяжелому заболеванию, известному под названием дрожательного паралича, или паркинсонизма. Катехоламины образуются в организме из аминокислот путем последовательного превращения фенилаланина в тирозин и дигидрооксифенилаланин (ДОФА). Помимо прямого медиаторного действия норадреналин, поступая в кровь и тканевую жидкость, принимает самое активное участие в гуморальной регуляции функций.

Катехоламины оказывают необычайно сильное влияние на возникновение, течение и исход буквально всех процессов, совершающихся в организме, действуя и на нервные и гуморальные рецепторы. При этом они вызывают эффект такого же характера, какой возникает при возбуждении симпатической нервной системы, т. е. обладают симпатомиметическими (сходными с симпатическим) свойствами. Содержание их в крови ничтожно, но активность чрезвычайно высока.

Итак, норадреналин — гормон и медиатор центральных и периферических отделов симпатической нервной системы, дофамин — медиатор центральной нервной системы, а фенилаланин, тирозин и ДОФА последовательно участвуют в биосинтезе катехоламинов. Цепь их превращений, начиная с фенилаланина, совершается при участии ряда ферментов, активность которых может иметь особо важное значение для формирования тонуса и реактивности симпатоадреналовой системы, усиливая или ослабляя превращение одних форм катехоламинов и их предшественников в другие.

Однако медиаторная роль адренергических нервных волокон не сводится к одному лишь выделению норадреналина в синаптическую щель. Недавно было открыто явление, прямо противоположное процессу освобождения норадреналина. Оказалось, что симпатические нервные окончания способны обратно захватывать неиспользованный медиатор и этим как бы пополнить запасы катехоламинов. Какая поразительно тонкая феерия разыгрывается в адренергическом синапсе в ту минуту, когда к нему приходит нервный импульс! Содержащийся в везикулах норадреналин изливается в синаптическую щель и вступает в реакцию с постсинаптическими адренореактивными системами. Однако он используется не полностью, часть его остается ненужной, избыточной. И сразу в действие вступают механизмы, инактивирующие излишки медиатора. Этих механизмов несколько и надежность их достаточно велика. Прежде всего это цикл разнообразных биохимических превращений, сложных и многозвеньевых, а кроме того, обратный захват, поглощение (uptake), детали которого подробно описаны в литературе[13]. Однако какое-то количество медиатора ускользает от цепких механизмов инактивации и уносится током крови. Это именно тот норадреналин, который мы определяем в жидких средах и выделениях организма, по уровню которого судим о тонусе и реактивности симпатического (нервного) отдела симпатоадреналового аппарата.

Унесенные кровью, проникшие через гистогематические барьеры в непосредственную среду органов катехоламины вызывают длинную цепь физиологических и биохимических эффектов. Но их действие на клетку осуществляется не непосредственно, а через несколько промежуточных инстанций. Наиболее важной из них является образование циклического 3'5' - аденозинмонофосфата (3'5' - цАМФ), который в настоящее время рассматривается как универсальный «второй передатчик» регуляторных воздействий гормонов и медиаторов, превращающих межклеточные сигналы, поступающие из внутренней среды, во внутриклеточные. Можно считать доказанным, что это соединение выполняет функцию посредника между действием гормонов и ответной реакцией клетки.

В образовании цАМФ важную роль играет группа биологически активных веществ — простагландинов. Вступая в соединение с рецептором клеточной мембраны, гормон (в данном случае адреналин или норадреналин) стимулирует переход в активную форму простагландинов различного действия. Активным началом этих соединений являются ненасыщенные жирные кислоты с 20 атомами углерода. Хотя простагландины делятся на 4 группы, число их, как и спектр физиологического действия, значительно выше. В оболочке клетки простагландины находятся в связанной форме и освобождаются под влиянием норадреналина. В свою очередь, простагландины активируют фермент аденилциклазу, который при участии ионов кальция усиливает образование цАМФ. Другим ферментом, который принимает участие в обмене цАМФ, является фосфодиэстераза. Ее роль заключается в разрушении и тем самым инактивации цАМФ. Интересно отметить, что инсулин — представитель вагоинсулярной системы, тормозит освобождение простагландинов из связанного состояния и тем самым снижает образование цАМФ. Аденилциклаза активируется не только при участии катехоламинов, по и некоторых других биологически активных веществ (гистамина, серотонина, ангиотензина, некоторых гормонов гипофиза и др.). Образование и разрушение цАМФ — сложный и полностью еще не расшифрованный процесс[14].