Читаем без скачивания Возрастная физиология: (Физиология развития ребенка) - Марьяна Безруких

Существует еще один класс БАВ, вырабатываемых нежелезистыми клетками большинства органов. Иногда их называют тканевыми гормонами, хотя в отличие от настоящих гормонов они выделяются не в кровяное русло, а в межклеточную жидкость. Эти БАВ передают соседним клеткам и тканям информацию о состоянии тех клеток, где они синтезированы. Такой взаимный обмен информацией между клетками и тканями позволяет им согласовывать метаболическую активность и поддерживать гомеостатическое единство организма.

Соотношение межклеточных и внутриклеточных информационных потоков

Межклеточные, в том числе межорганные взаимодействия осуществляются путем воздействия вырабатываемых одними клетками БАВ на мембраны или на генетический аппарат других клеток. При этом меняется состояние клетки-реципиента — и это является пусковым механизмом для включения целой цепи внутриклеточных метаболических превращений. В ответ на такое воздействие внутри клетки вырабатываются собственные информационные молекулы, которые тормозят или ускоряют определенные циклы биохимических реакций, иногда — непосредственно, иногда — воздействуя на клеточное ядро, которое управляет синтезом ферментов и регулирует активность генов. По-видимому, внутриклеточные информационные системы эволюционно наиболее древние. С этим связана их сравнительно низкая специфичность и избирательность. Исследования внутриклеточных информационных систем — очень молодое направление биохимических и биофизических исследований, но уже полученные результаты свидетельствует о тонкой организации внутриклеточного информационного пространства. В частности, показано, что благодаря активности внутриклеточных информационных БАВ клетка, получив информацию о неблагоприятных изменениях внешней среды (например, о резком изменении давления или концентрации солей в окружающей среде и т. п.), становится на некоторое время нечувствительной к дальнейшим влияниям извне — так, в полном соответствии с принципом Ле-Шателье, осуществляется ее защитная реакция, обеспечивающая возможность пережить неблагоприятную ситуацию в ожидании грядущих изменений к лучшему. Если же ситуация в окружающей клетку среде не выходит за рамки обычной, то внутриклеточные регуляторы обеспечивают тонкую подстройку метаболизма в соответствии с теми новыми требованиями, которые предъявляет внешняя среда.

Способы воздействия БАВ на клетки и ткани организма

Различные БАВ по-разному воздействуют на клетки и ткани организма, причем это во многом зависит от химической природы их молекул. Гормоны из группы тиреоидов, например, легко проникают через клеточную мембрану и направляются непосредственно в клеточное ядро, где включаются в регуляцию активности генов. Стероидные гормоны также проникают внутрь клетки, но не самостоятельно, а благодаря взаимодействию с мембранными рецепторами, которые позволяют этим жироподобным веществам проникнуть через липопротеиновые слои клеточной мембраны. Катехоламины внутрь клетки не проникают, а химически связываются с мембранными рецепторами, и механизм их действия обусловлен сложными процессами, рассмотренными выше при описании воздействия адреналина на клетки печени. Многие гормоны представляют собой очень крупные пептидные и белковые молекулы, которые не могут проникнуть внутрь клетки. Они прикрепляются к клеточным мембранам, изменяя их проницаемость и другие свойства, и таким образом влияют на внутриклеточный метаболизм.

Витамины в большинстве случаев представляют собой молекулы небольшого размера, которые успешно проникают через клеточную оболочку и непосредственно встраиваются во внутриклеточные биохимические процессы. Ферменты, циркулирующие в крови или выделяемые в межклеточную жидкость, как правило, там и оказывают свое каталитическое действие — они, как и многие другие гормоны, не способны проникать внутрь клеток. Вообще клеточная мембрана обладает избирательной проницаемостью, вход для крупных молекул внутрь клетки затруднен либо вовсе исключен. Поэтому БАВ, имеющие крупные молекулярные размеры, прикрепляются к внешней поверхности мембран и тем самым оказывают воздействие на клетку. Другие БАВ, молекулы которых способны проникать в клетку, могут принимать участие в биохимических процессах, идущих внутри клетки, и непосредственно влиять на скорость их протекания или направление, например, за счет активации побочных циклов реакций или за счет изменения активности тех или иных участков генома.

Судьба молекул БАВ в организме

Поскольку все БАВ — органические молекулы, каждая из них имеет определенный срок жизни, после которого она должна быть утилизирована. Речь не идет о том, что кто-то в организме специально отслеживает возраст каждой молекулы и отдает распоряжение: все, срок вышел — под нож! Разумеется, это процесс стохастический (случайный) и статистический (вероятностный). Однако в итоге получается, что все крупные информационные макромолекулы существуют от нескольких минут до нескольких часов, молекулы промежуточного размера могут сохранять свою целостность в течение суток, а мелкие молекулы сохраняются иногда несколько суток. Это справедливо не только для молекул БАВ, такова судьба всех молекул, из которых состоит живое вещество: наш организм постоянно обновляется, в нем непрерывно идут процессы синтеза (анаболизма) одних молекул и распада (катаболизма) других. Непрерывно обновляются также и все без исключения клетки нашего организма. До недавнего времени считалось, что нервные клетки не восстанавливаются, не регенерируют и не обновляются. В последние годы получены убедительные доказательства того, что это совсем не так: даже нервные клетки постоянно обновляются, не говоря уже обо всех остальных.

В этой связи судьба молекул БАВ в организме не кажется исключительной. Быстрее всего распадаются молекулы медиаторов, о чем уже говорилось выше. Продукты распада молекул БАВ могут включаться в дальнейшие метаболические превращения, иногда они сами обладают информационной значимостью, но могут и выводиться из организма — чаще всего с мочой. Также с мочой выводятся иногда и некоторые некрупные молекулы БАВ, концентрация которых в крови оказывается повышенной. По этой причине для определения уровня некоторых гормонов в организме нередко исследуют не только кровь, но и мочу. Некоторые гормоны способны проникать даже в слюну и так выделяться из организма. Это позволяет следить за их содержанием по результатам биохимического анализа слюны.

Понятие о клетках (органах) — мишенях

Гормональная регуляция физиологических процессов была бы невозможной, если бы выработанные эндокринными железами гормоны одинаково воздействовали на все ткани, с которыми соприкасается содержащая их кровь. Поэтому в ходе миллионов лет эволюции выработались специальные приспособления, обеспечивающие «прицельность» попадания гормонов именно на те клетки, состояние которых они призваны регулировать. Эти клетки и состоящие из них органы называют «мишенями», поскольку именно на их поверхности должны прикрепляться молекулы гормонов. Для этого на мембранах клеток-мишеней формируются специальные активные места (рецепторы), механически и химически приспособленные к тому, чтобы прочно соединиться с молекулой гормона и удерживать ее до тех пор, пока в этом будет нужда. Если такие рецепторы не сформированы, то гормон не может прикрепиться к мембране и никакого действия на метаболизм клетки оказать не в состоянии. Таким образом, гормональная регуляция функций требует активного участия в этом процессе с обеих сторон железа и должна вырабатывать необходимое количество молекул гормона, а ткань должна подготовиться к тому, чтобы эти молекулы принять. Формирование рецепторов для прикрепления гормонов происходит под управлением генетического аппарата клетки. Сам по себе этот аппарат также может менять свою работу под влиянием других гормонов. В результате получается, что гуморальная регуляция функций — это сложнейший процесс, в организацию которого включены самые разнообразные химические, механические, генетические и молекулярные механизмы.

Активность продукции гормонов и чувствительность к ним органов-мишеней

Скорость образования гормонов зависит от влияния других желез внутренней секреции и нервных центров, управляющих соответствующей железой. Кроме того, по мере возрастного развития скорость секреции многих гормонов может меняться в соответствии с разворачиванием генетической программы. Например, гормон роста вырабатывается гипофизом в разных количествах на разных этапах онтогенеза. Наибольшее количество гормона роста наблюдается у детей в период интенсивного роста костей.

Следует отметить, что одни гормоны являются как бы стратегическими, т. е. их продукция меняется достаточно плавно и подолгу (многие часы или даже дни) остается на одном уровне. Такие гормоны определяют уровень метаболических процессов в долговременном плане. К таким гормонам относятся упомянутый гормон роста, а также тироксин (гормон щитовидной железы, влияющий на интенсивность энергетического обмена), паратгормон (гормон паращитовидных желез, от которого зависит утилизация кальция костной тканью), половые гормоны и многие другие. Но есть и другой тип гормонов — их можно назвать адаптивными, или гормонами быстрого реагирования. Их выброс в кровь происходит вследствие резкого изменения ситуации, в течение нескольких минут или даже секунд. Примером такого гормона может служить адреналин — гормон мозгового вещества надпочечников (это же вещество является медиатором проведения нервного импульса). Адреналин широко распространен в симпатических нервных волокнах. Он резко активирует работу сердца, дыхания, интенсивность энергетического обмена, а также сосудо-двигательные реакции.