Естественные технологии биологических систем - Уголев Александр Михайлович - Страница 53

С другой стороны, сигнальные и рецепторные блоки характеризуются большим сходством, а по многим признакам и идентичностью не только у представителей различных видов одного семейства или класса, но также разных классов, типов и даже царств. Е. Флори

в 1972 г. писал, что не существует примитивного медиатора, из которого развился бы другой, более эффективный. Клетки мозга человека производят те же медиаторы, что и нервные клетки низших червей. Действительно, у плоских червей, членистоногих, иглокожих и позвоночных используются одни и те же медиаторы, такие, как ацетилхолин, некоторые катехоламины, глутамат, гамма-аминомасляная кислота, глицин, 5-окситриптамин и АТФ-подобные вещества, обладающие медиаторной функцией.

В нервной системе животных разных типов существуют определенные различия в локализации и функциях нейронов, продуцирующих идентичный медиатор. При этом на разных .филогенетических линиях нейроны, продуцирующие такой медиатор, выполняют различные функции. На этом основании выдвинута гипотеза полигенеза нейронов, согласно которой нервные клетки возникали в ходе эволюции многократно и происходили из разных источников. Предполагалось, что системы, синтезирующие разные медиаторы, сформировались очень давно и в ходе эволюции и естественного отбора число медиаторов могло сократиться. Многие медиаторы появились раньше, чем нервные клетки. Это означает, что с точки зрения сравнительной фармакологии нет оснований искать инсектициды, абсолютно специфические для организмов определенных видов. Поэтому необходим поиск новых идей в области химии, в частности идей, касающихся синтеза быстро деградирующих регуляторов или инсектицидов, пестицидов, гербицидов и т.д., легко разрушающихся при кулинарной обработке пищи и не представляющих опасности для здоровья населения. Такой инсектицид должен метаболизироваться и детоксицироваться в организме человека и большинства млекопитающих гораздо быстрее, чем у насекомого-вредителя.

Рассмотрим три примера развития адаптационно-компенсаторных реакций на основе концепции универсальных функциональных блоков.

Адаптация поджелудочной железы к качеству пищи. Способность желудочного и панкреатического соков расщеплять растительные и животные белки (протеазная фитолитическая и зоолитическая активность соответственно) находится в зависимости от качества диеты. Предполагалось, что столь тонкие адаптивные изменения протеолитического спектра поджелудочной железы могут зависеть либо от модификации свойств панкреатических протеаз (например, появления разных форм химотрипсина и т.д.), либо от изменения в соотношении трипсина и химотрипсина в панкреатическом соке. Нами выявлено, что в зависимости от типа питания наблюдаются изменения именно сооотношения основных панкреатических ферментов (трипсина и химотрипсина), т.е. изменения соотношения функциональных блоков, а не их свойств.

Адаптация к ионным нагрузкам. Недавно обнаружено, что при хроническом поступлении калия в организм последний становится устойчивым к таким нагрузкам, которые у неадаптированных организмов вызывают смерть. Следовательно, возникает толерантность к калию. Такая адаптация включает в себя множество механизмов, в том числе усиленное выведение ионов калия из внутренней среды почками и слизистой толстой кишки. Анализ функций этих органов показал удивительное сходство реакций. Эпителиальные клетки дистального отдела почечных канальцев и толстой кишки (ее проксимальных и дистальных отделов) отвечают на гиперкалиемию усиленным откачиванием калия в люминальную жидкость. В обоих случаях этот процесс достигается увеличением количества таких насосов, как Na⁺,K⁺-ATФaзa, в базолатеральных мембранах клеток.

Таким образом, первоначальное предположение об изменении активности каждого насоса, а не только их количества не подтвердилось. Эта реакция дает убедительный пример того, что адаптация к изменению солевого режима может достигаться путем увеличения или уменьшения числа неизменных функциональных блоков, в данном случае Na⁺,K⁺-ATФaз. Этот же эффект, т.е. усиленная функция Na⁺,K⁺-ATФaза за счет увеличения количества функционирующих элементов, определяет адаптивный подъем уровня всасывания в тонкой кишке. По-видимому, в качестве регулирующего сигнала используется повышение концентрации альдостерона в крови. Дистальные почечные канальцы и слизистая толстой кишки служат органа-ми-мишенями альдостерона. Усиленная продукция альдостерона при понижении поступления в организм натрия также сопровождается увеличением активности Na⁺,K⁺-ATФaзы. Среди деталей этого адаптационного механизма существенную роль играют изменения мембранных потенциалов и использование перицеллюлярных путей.

Одним из экспериментальных подтверждений существования адаптационных перестроек за счет перераспределения функциональных блоков служит недавнее наблюдение. В нем показаны адаптивные перестройки, обеспечивающие высокую проницаемость воды под влиянием антидиуретического гормона в результате встраивания предсуществующих стандартных блоков, транспортирующих воду и ионы натрия (рис. 45).

Рис. 45. Возможная схема эффектов антидиуретического гормона (АДГ) на потоки Na⁺ и воды.

АДГ активирует предсуществующие неподвижные натриевые каналы апикальной мембраны клетки и мобилизует цитоплазматические везикулы, которые сливаются с этой мембраной, увеличивая проницаемость эпителия для воды и транспорт Na⁺.

Адаптационно-компенсаторные реакции при патологии. Недавно Т. Чаки и Е. Фишер подвергли анализу нерасшифрованный феномен усиления всасывания глюкозы в тонкой кишке при экспериментальном диабете, вызванном аллоксаном или стрептозотоцином. Они установили, что после возникновения диабета у крыс усиленное всасывание глюкозы в тонкой кишке стимулируется не недостатком инсулина, не прямым действием диабетогенных веществ непосредственно на кишечные клетки, а повышением уровня сахара в крови. Существенна обнаруженная высокая специфичность этого процесса. Так, повышение в крови уровня глюкозы после ее внутривенного введения сопровождается преимущественным усилением глюкозного транспорта в тонкой кишке. После введения галактозы наблюдается резкое повышение галактозного транспорта. Транспорт фруктозы также увеличивается после ее внутривенного введения. Транспорт глюкозы усиливается после внутривенпого введения всех других сахаров, что понятно, если учесть, что инфузия всех пх сопровождается повышением уровня глюкозы в крови. Эффект связан, как и в случае адаптации к калиевым нагрузкам, с усиленным синтезом новых транспортных единиц и может быть предупрежден введением циклогексимида.

Анализ природы и локализации транспортеров, вновь синтезированных при адаптации к высокому уровню сахара в крови, показал, что они локализованы, по-видимому, в базолатеральной мембране кишечных клеток и чувствительны не к флоридзину, а к флоретину. Как известно, первый ингибирует преимущественно транспортеры глюкозы, локализованные в апикальной мембране клеток, а второй — в базолатеральной. Хотя, как пишут авторы, природа подобных явлений неизвестна, эти результаты перекликаются с нашими данными о существовании транспортно-метаболических циклов, в частности энтерогематической циркуляции глюкозы. Действительно, нами продемонстрировано, что в тонкой и толстой кишке выделяется и реабсорбируется значительное количество жидкости. Скорость реабсорбции глюкозы такова, что обеспечивает полную реутилизацию этого и, по-видимому, других ценных компонентов крови. При диабете возникает повышенное выделение глюкозы с мочой и вместе с тем индукция реабсорбционных процессов, что, вероятно, предупреждает значительные потери глюкозы. Возможно, этот механизм является общим для всех тканей, я том числе и для почек,