Хеморецепция внутренней среды организма

Обратимся вначале к интерорецептивным хемосенсорным системам. Они реагируют на изменения химического состава внутренней среды организма.

Рассмотрим, к примеру, комплекс рефлекторных реакций, возникающих с интерорецепторов при нарушении энергетического баланса организма, когда расход свободной энергии преобладает над ее восполнением. Изменения химического состава внутренней среды, являющиеся следствием этого состояния, воспринимаются хеморецепторами, с которых возникают безусловные рефлексы, направленные на восстановление в тканях нормального баланса энергии. Среди них в первую очередь следует назвать дыхательные рефлексы, проявляющиеся в усилении внешнего дыхания, поскольку для компенсации затрат свободной энергии клетки нуждаются в усиленной доставке им кислорода. Вследствие усиления внешнего дыхания и легочного кровообращения повышаются темпы поступления кислорода в кровь.

Наряду с дыхательными и сосудодвигательными рефлексами, происходят рефлекторные сокращения селезенки, приводящие к увеличению количества эритроцитов в циркулирующей крови и тем самым способствующие лучшему транспорту кислорода от легких к тканям. Безусловно-рефлекторные связи между интерорецепторами и селезенкой осуществляются при участии мозгового вещества надпочечников, создающего под действием интерорецептивных сигналов гиперадреналемию (повышенное содержание в крови адреналина).

Вместе с влиянием на селезенку адреналин усиливает распад гликогена в печени, что приводит к гипергликемии. Эффективному извлечению тканями глюкозы из крови способствует повышенная продукция инсулина, которая также регулируется рефлекторно при возбуждении интерорецепторов.

При нарушении энергетического баланса организма возникают и другие интерорецептивные безусловные рефлексы, а перечисленные реакции были экспериментально изучены выдающимся советским фармакологом С.В. Аничковым и его учениками. Установленные ими факты были квалифицированы как одно из первых открытий, официально зарегистрированных в Советском Союзе. С.В. Аничков

Каротидный клубочек кошки. Микрофото

Рис. 6.48. Каротидный клубочек кошки. Микрофото.

Съемка на МФН-5, 30-кратное увеличение

стал лауреатом Ленинской премии. В течение многих лет он исследовал функцию каротидного тельца - органа, в котором сосредоточены интерорецепторы со специальными (гломусными) клетками. Именно в каротидном тельце лучше, чем в других органах изучены механизмы химического анализа внутренней среды организма интерорецептора- ми. Рассмотрим их в качестве примера.

Каротидное тельце млекопитающих расположено в развилке общей сонной артерии (рис. 6.48).

Хеморецепторы, сосредоточенные в этом органе, предназначены для проточного химического анализа артериальной крови, которая течет по его капиллярам. В пространстве между капиллярами находятся специальные (гломусные) клетки, образующие синапсы с чувствительными нервными окончаниями. Следовательно, каротидные хеморецепторы относятся к вторичночувствующим, и нетрудно подметить аналогию их с вкусовыми рецепторами. На эту аналогию первым обратил внимание Б.И. Лаврентьев (1944), который образно назвал каротидное тельце «органом вкуса крови».

На рис. 6.49 схематически представлен механизм преобразования информации о химическом составе крови в каротидном хеморецепторе.

Генерация РП под действием поваренной соли происходит при неизменяющейся ионной проницаемости плазмолеммы гломусной клетки. Эта деполяризация осуществляется за счет сдвига концентрационного градиента ионов натрия на мембране при возрастании концентрации поваренной соли в плазме крови. Такая возможность прямо следует из уравнения Гольдмана - Ходжкина - Катца. В ответах на поваренную соль выявлена логарифмическая зависимость амплитуды РП от концентрации стимула. Только под действием NaCl генерируется РП с крутым передним фронтом, что является необходимым условием надежного декрементного распространения потенциала по невозбудимой мембране.

Создается впечатление, будто деполяризационный сдвиг мембранного потенциала гломусной клетки выполняет функцию кодирования сигнала (химического раздражителя) только в ответах на поваренную соль. Иными словами, только под действием этого стимула на плазмолемме гломусной клетки возникает рецепторный потенциал в настоящем значении (подлинном смысле) этого термина.

При воздействии кислот и алкалоидов деполяризация гломусной клетки развивается вяло, вследствие чего так называемый РП

Схема преобразования химического стимула в потенциалы действия каротидными хеморецепторами

Рис. 6.49. Схема преобразования химического стимула в потенциалы действия каротидными хеморецепторами:

I - действие стимула, II - рецепторный потенциал (РП), III - генераторный потенциал, IV - потенциалы действия ;S - стимул (химический агент),

U - разность потенциалов, t - время, I - кровеносный капилляр, 2 - гломусная клетка, 3 - чувствительное нервное окончание, 4 - афферентное волокно

достигает амплитудного значения позже, чем возникают потенциалы действия в афферентных нервных волокнах, связанных синапсами с гломусными клетками.

В 1970-е годы установили, что кислоты и алкалоиды, в отличие от поваренной соли и сахаров, вызывают в гломусных клетках очень быстрые сдвиги метаболизма. Их латентный период оказался короче, чем у генерации РП, и тем более, потенциалов действия. Интенсивность метаболических реакций гломусных клеток имеет логарифмическую зависимость от концентрации Н+ - ионов и исследованных алкалоидов.

По-видимому, кислоты проникают из крови в гломусные клетки и вмешиваются в их метаболизм. Особая роль при этом принадлежит буферным системам крови и карбоангидразе гломусных клеток. При закислении крови бикарбонатный буфер нейтрализует Н+-ионы с образованием С02. Это вещество в силу почти абсолютной непо- лярности легко проникает через клеточные мембраны. В течение нескольких миллисекунд С02 оказывается в цитозоле гломусных клеток. Благодаря присутствию там карбоангидразы происходит быстрая гидратация углекислого газа и образуется угольная кислота, диссоциирующая на Н+ и НСО“3.

Так, водородные ионы проникают в гломусные клетки, «переодевшись» в С02, с тем чтобы в их цитоплазме сбросить с себя эти «одежды» и вступить во внутриклеточные реакции, итогом которых будут усиление биологического окисления, мобилизация Са2+ из клеточных депо и другие метаболические сдвиги. Накопление Са2+ в базальном полюсе гломусной клетки поблизости от чувствительного нервного окончания обеспечивает синаптическую передачу сигнала с рецепторной клетки на афферентное волокно, которое проводит информацию о химической стимуляции каротидного рецептора в центральную нервную систему.

Алкалоиды в силу липофильности легко проникают через плазмолемму гломусной клетки и в ее цитоплазме ингибируют фос- фодиэстеразу - один из ключевых ферментов системы циклического аденозин-монофосфата (цАМФ). При угнетении фосфодиэстеразы содержание цАМФ в гломусной клетке возрастает, что приводит к усилению в ней гликолиза, липолиза и других метаболических процессов. Гломусную клетку, образно говоря, охватывает «метаболическая буря», которая затихает столь же быстро, как и возникает. В ходе этих метаболических процессов происходит кодирование информации о действии на рецепторные клетки алкалоидов. В синаптической передаче сигнала с гломусной клетки на афферентное волокно участвуют ионы кальция, освобождающиеся из внутриклеточных депо в области пресинапса при «метаболической буре». Са2+ способствует выходу медиатора в синаптическую щель.

Следствием «метаболической бури» является изменение мембранной проницаемости для ионов натрия (посредством повышения протеинкиназной активности под действием цАМФ), приводящее к деполяризации гломусной клетки. Деполяризационный сдвиг регистрируется при ее микроэлектродном исследовании, причем его принято называть рецепторным потенциалом (РП). По-нашему мнению, он в таком случае, в отличие от реакции на NaCl, не выполняет функции кодирования информации о химической стимуляции и не участвует в передаче сигнала по гломусной клетке.

Таким образом, первичные механизмы восприятия гломусными клетками разнообразных химических веществ имеют не универсальную, а различную физико-химическую природу. Поваренная соль сдвигает мембранный потенциал рецепторной клетки за счет изменения концентрационного градиента ионов натрия (в соответствии с уравнением Гольдмана-Ходжкина-Катца). Ионы водорода проникают в гломусные клетки и на короткое время нарушают их метаболизм. Алкалоиды делают то же самое, но более сложным путем. Для ацетилхолина имеются специфические белки-рецепторы в плазмо- лемме не гломусных клеток, а нервных окончаний, сосредоточенных в каротидном теле. Так можно вкратце сформулировать теорию гетерогенности хеморецепции (В.О. Самойлов, 1983). Аналогичные механизмы рецепции перечисленных выше классов химических веществ установлены во всех хемосенсорных системах организма.

Рецепторы со специальными клетками, в которых происходят описанные выше события, присутствуют не только в специализированных рецепторных органах (тельцах). Морфологи обнаружили их почти во всех тканях, причем эти клетки оказались весьма полиморфными (рис. 6.50). Многие из них обеспечивают не хеморецепцию,

Интерорецепторы языка кошки. Цитохимическое выявление карбоангидразы по методике Курата в модификации Хаузлера. Микрофото. Съемка на фотомикроскопе «Оптон-3»

Рис. 6.50. Интерорецепторы языка кошки. Цитохимическое выявление карбоангидразы по методике Курата в модификации Хаузлера. Микрофото. Съемка на фотомикроскопе «Оптон-3».

Нервные волокна погружены в «кисет», образованный специальными клетками, содержащими карбоангидразу - фермент, выполняющий важную функцию в рецепции кислотного стимула. Со специальных клеток осуществляется синаптическая передача сигнала на нервную терминале

а другие виды чувствительности, но всегда и всюду с ним связана высокая избирательная восприимчивость определенных стимулов.

За счет существования как свободных нервных окончаний, так и рецепторов с более сложной организацией любая интерорецептив- ная зона обладает разнопороговыми афферентными системами. Предполагают, что при возбуждении высокопороговых интерорецеп- торов возникают болевые ощущения, а также генерализованные вегетативные реакции. Низкопороговые афферентные системы служат формированию более ограниченных и специализированных рефлекторных реакций (например, усиление гемопоэза в костном мозге при повышении активности мононуклеарных фагоцитов).

Подобно другим рецепторным приборам, интерорецепторы являются нелинейными преобразователями информации об интенсивности раздражителя. Для многих интерорецептивных зон установлена логарифмическая зависимость величины афферентных ответов и рефлекторных реакций от концентрации химических стимулов.

Например, так кодируют интенсивность стимуляции каротидные хеморецепторы.

Сейчас пересматривается бытовавшее прежде мнение о низкой чувствительности интерорецептивного анализатора. Полагали, будто самой чувствительной хемосенсорной системой является обоняние, второе место отдавали вкусу, думая, что интерорецепция им сильно уступает. Сравнивать разные хеморецепторы довольно сложно хотя бы потому, что им свойственны разные адекватные раздражители. Например, на кислоты обонятельные рецепторы реагируют слабо, вкусовые - лучше, но самой высокой чувствительностью к кислотному стимулу обладают каротидные, тканевые и медуллярные хеморецепторы. Так, и каротидные хеморецепторы, и тканевые рецепторы кошки возбуждаются, когда pH крови снижается на 0,1. Никакие сенсорные системы не могут сравниться с каротидной по чувствительности к снижению напряжения кислорода. Перечень подобныхпримеров уже сейчас довольно велик. Словом, при внимательном рассмотрении этого вопроса выяснилось, что интерорецептивный анализатор отнюдь не такой низкочувствительный, как считали прежде.

Нередко роль интерорецептивной сигнализации ограничивают только участием в регуляции вегетативных функций. В связи с этим уместно вспомнить, что еще в 1864 г. в докторской диссертации «Хорея, ревматизм и эндокардит» и позднее в монографии «Учение о tabes dorsalis» (1867) И.Ф. Цион писал о существовании рефлекторных влиянийрецепторов внутренних органов на скелетные мышцы. В этом он усматривал механизм локомоторных расстройств при ряде внутренних болезней, например подергиваний скелетных мышц при глистных инвазиях. Кстати говоря, именно И.Ф. Цион в лаборатории К. Людвига открыл знаменитый депрессорный нерв и первым высказал мысль о саморегуляции кровяного давления при помощи рефлексов с механорецепторов дуги аорты. И.М. Сеченов утверждал, что «смутное валовое чувство общего благополучия» зависит прежде всего от сигналов, поступающих в мозг от внутренностей и мышц.

Учение об интерорецепции составляет в сенсорнойфизиологии особую главу, написанную преимущественно отечественными естествоиспытателями. Причина приоритета заключена, по-видимому, в том, что отечественная физиология развивалась в Военно-медицинской академии и российских университетах прежде всего в связи с потребностями клинической медицины, которая с давних пор ставила перед учеными проблему чувствительности внутренних органов. С.П. Боткин и И.М. Сеченов без обиняков провозгласили тезис о родстве органов чувств и рецепторных приборов всех органов и тканей. Эти парадоксальные для XX века идеи, когда деятельность органов чувств считалась неотделимой от ощущений, развил И.П. Павлов. В 1894 г. он писал: «Все ткани богато снабжены рецепторами.... Эти окончания необходимо представлять как крайне разнообразные, специфические, подобно окончаниям нервов органов чувств, приспособленное каждое к своему раздражителю механического, физического или химического характера образования».

Объединение закономерностей реагирования органов чувств с особенностями работы тканевых рецепторов явилось одной из важных предпосылок создания И.П. Павловым учения об анализаторах, в котором было преодолено мнение, будто обязательным атрибутом функционирования органов чувств служат специфические ощущения. Результатом анализаторной деятельности могут быть также разнообразные рефлекторные акты, многие из которых не осознаются человеком, и «неосознаваемые эмотивные состояния» (М.И. Аства- цатуров, 1936). Открытие интерорецептивных условных рефлексов укрепило позиции сторонников такого мнения. В конце 1930-х годов Г.В. Гершуни доказал, что и работа органов чувств (в частности, слуха) может не осознаваться человеком, особенно при воздействии стимулов, подпороговых относительно ощущений, но пороговых и над- пороговых относительно возбуждения рецепторов. В таком случае рецепторы являются источником безусловных рефлексов и подсознательных «эмотивных состояний».

Учение об интерорецептивном анализаторе в том виде, как его разработали отечественные физиологи, не получило за рубежом всеобщего признания. Основные разногласия касаются вопроса о распространенности интерорецепторов. Многие зарубежные ученые поддерживают мнение К. Гейманса (К. Heymans), будто интероре- цепторы сосредоточены только в отдельных участках тела человека (например, в каротидном синусе, в дуге аорты), а не во всех органах и тканях. Такому взгляду противоречат прежде всего данные морфологического изучения интерорецепторов, обнаруженных повсеместно. При проведении же физиологических изысканий вначале казалось, будто тканевые хеморецепторы уступают в чувствительности рецепторам сосудистых хемосенсорных зон, в частности каротидным. Позднее было установлено, что сказанное справедливо только для некоторых раздражителей, например для снижения напряжения кислорода в крови. Для большинства стимулов чувствительность тканевых артериальных хеморецепторов примерно одинакова и, что важнее всего, есть раздражители, адекватные только для интерорецепторов определенных органов, что связано с особенностями их метаболизма. Этот путь исследования интерорецептивного анализатора - изучение специфичности интерорецепторов разных органов и тканей - был указан И.П. Павловым, но исследователи встали на него совсем недавно. Успехи на указанном пути важны не только для развития физиологии, но и для прогресса практической медицины.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ   След >