Понятие о местной регуляции физиологических процессов

Местной регуляцией называют информационные взаимодействия между соседними клетками. Они могут взаимодействовать при помощи сигналов самой разнообразной природы. Однако роль механических и тепловых сигналов в межклеточном взаимодействии, по-видимому, незначительна. С 20-х годов XX века предпринимаются попытки доказать предположение А.Г. Гурвича о межклеточном обмене информацией в форме так называемых митогенетических лучей, отождествляемых сейчас со сверхслабой биолюминесценцией. И все же доводы в пользу существования такого информационного канала пока недостаточно убедительны. Основными формами передачи информации от клетки к клетке считаются сигналы химической и электрической природы.

Каждая клетка способна передать сообщение о своем состоянии при помощи определённых химических веществ, выделяемых ею в интерстиций. У соседей по клеточному сообществу есть два основных способа восприятия таких сигналов. Со многими химическими агентами они взаимодействуют при помощи мембранных рецепторов, присутствующих в их плазмолемме. В результате возникают разнообразные внутриклеточные (преимущественно метаболические) реакции. Связь мембранных рецепторов с метаболическими системами осуществляют внутриклеточные посредники (вторичные мессенджеры).

Другие химические агенты проникают через плазмолемму клетки и образуют комплексы с компонентами цитозоля и содержимого органоидов. Такие комплексы оказывают воздействие на различные внутриклеточные процессы. Например, в клеточном ядре они взаимодействуют с хроматином, вызывая депрессию или индукцию определённых генов.

Обнаружены и такие формы межклеточного взаимодействия, которые осуществляются без выхода химических веществ в интер- стиций. Речь идёт прежде всего о щелевых контактах. Через сквозные каналы из клетки в клетку могут перемещаться химические соединения, молекулярная масса которых не превышает 1,8 кДа (сахара, аминокислоты, низкомолекулярные пептиды, нуклеотиды и т.п.). Таким образом, щелевые контакты обеспечивают непрерывные и точно направленные межклеточные химические коммуникации, изолированные от интерстиция.

Щелевым контактам принадлежит важная роль и в электрическом взаимодействии между клетками, поскольку электропроводность плазмолеммы в электрических синапсах на 5-6 порядков выше, чем в других участках плазмолеммы. Вместе с тем электрические взаимодействия между клетками не ограничиваются щелевыми контактами. Изменения мембранного потенциала отдельной клетки, очевидно, оказывают некоторое влияние на её окружение.

К местной регуляции сейчас привлечено более пристальное внимание исследователей, чем это было прежде. Показано, что на ранних стадиях развития патологического процесса возможна нормализация свойств дефектных клеток за счёт обмена информацией с окружающими их нормально функционирующими клеточными структурами. Клеточные сообщества существуют только благодаря передаче информации от клетки к клетке. Её нарушение разобщает клетки, и каждая из них начинает жить сама по себе. В таком угнетении информационных процессов на уровне местной регуляции некоторые исследователи видят причину безудержного клеточного роста при развитии злокачественной опухоли. В экспериментах установлено, что клетки злокачественных опухолей утрачивают способность обмениваться информацией. Дальнейшее изучение нарушений информационных процессов при межклеточных взаимодействиях рассматривается как один из перспективных путей разрешения кардинальных проблем онкологии.

1.2.А. Понятие о гуморальной регуляции физиологических процессов

Наряду с местной существует гуморальная регуляция физиологических процессов (её название происходит от латинского слова humor - жидкость). Под гуморальной информационной системой подразумевают перенос физиологически активных веществ жидкостями, перемещающимися в организме. Гуморальная регуляция осуществляется прежде всего благодаря кровообращению, а также движению лимфы и ликвора. Некоторое значение имеют перемещения межклеточной жидкости, но такую гуморальную регуляцию трудно отличить от местной.

Физиологически активные агенты, доставляемые в органы и ткани кровью и лимфой, оказывают регуляторное влияние на клетки посредством одного из двух механизмов, охарактеризованных в предыдущем параграфе. Химические соединения могут, во-первых, взаимодействовать с мембранными рецепторами и, во-вторых, - проникать в цитоплазму.

Большинство гормонов, обладающих пептидной структурой (адреналин, инсулин, паратгормон, глюкагон, кальциотонин и т.п.), а также энкефалины и эндорфины не проникают в клетки, а связываются специализированными рецепторами их плазматических мембран. Все мембранные рецепторы, известные сегодня, относятся к гликопротеинам и гликолипидам (ганглиозидам). В связывании гормонов основную роль играют полисахаридные цепи этих соединений. Специфичность взаимодействия физиологически активных агентов с мембранными рецепторами чрезвычайно высока. Некоторые из пептидных гормонов действуют на клетки в концентрации 10- 11 моль • л-1. Каждая молекула гормона, провзаимодействовав с мембранным рецептором, запускает сложные внутриклеточные химические процессы, в которых участвуют миллионы других молекул. Посредником таких реакций обычно служат системы вторичных мессенджеров (внутриклеточные сигнальные системы).

Стероидные гормоны действуют на клетки иначе. В плазмо- лемме присутствуют рецепторы стероидных гормонов, но их функция состоит не в запуске внутриклеточных процессов, а в обеспечении трансмембранного переноса гормона, который распознан рецептором. Связавшись с мембранным рецептором, стероидный гормон сохраняет неизменной свою химическую структуру, в таком виде проникает в цитозоль и далее - в клеточное ядро. Уже через 30- 60 мин он накапливается в ядре в максимальной концентрации. Стероидные гормоны оказывают регуляторное влияние на генетический аппарат клетки. После воздействия на хроматин они покидают ядро и выводятся из клетки в интерстиций, откуда доставляются кровью в органы выделения и удаляются из организма.

К изучению гуморальной регуляции также применяется аппарат теории информации. Рассчитывается информативность различных гуморальных агентов и таким образом сопоставляются их информационные возможности. Подобная оценка циклического аде- нозинмонофосфата (цАМФ) подтвердила справедливость для организма основной идеи К. Шеннона: то, что передается часто, должно кодироваться короткими сигналами. Использование вездесущего цАМФ - пример краткости кодирования информации в клетке.

Приведенные примеры свидетельствуют, что изучение информационных процессов в организме вышло за рамки нервных каналов связи. Эта тенденция имеет важное значение как для теоретической биологии, так и для практической медицины, поскольку разумное вмешательство врача в информационные системы больного человека служит эффективным средством лечения разнообразных болезней.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ   След >