Внутренняя среда организма
Шрифт:
Возьмем обычную медицинскую пиявку и вырежем у нее из спины кусочек мышцы. Если погрузить этот кусочек в раствор ацетилхолина, разведенного в миллион и даже больше раз, мышца пиявки начнет сокращаться. Она отвечает на незначительное количество ацетилхолина, содержащееся в жидкости Рингера, в крови, в вытяжках из тканей.
Немедиаторное действие ацетилхолина в целостном организме представляет один из наименее изученных и наиболее спорных разделов гуморально-гормональной регуляции функций. Установлено, что холинергические (парасимпатомиметические, парасимпатотропные, трофотропные) реакции возникают при действии ацетилхолина (или других соединений холина) на холинорецепторы, субклеточные образования, клетки, ткани, органы или организм в целом. Помимо своего основного (холинергического) действия, ацетилхолин вызывает освобождение калия, связанного белками, повышает или снижает проницаемость биологических мембран, принимает участие в регуляции избирательной проницаемости эритроцитов, изменяет активность отдельных дыхательных ферментов, влияет на активность катепсинов, на обновляемость фосфатной группы в фосфолипидах, на метаболизм макроэргических фосфорных соединений,
По современным представлениям, ацетилхолин действует на клетки через циклический гуанозин-3'5'-монофосфат (цГМФ), который наряду с цАМФ рассматривается как универсальный внутриклеточный регулятор. Фермент гуанилциклаза, осуществляющий синтез цГМФ, так же как аценилциклаза, входит в состав мембран клеток и активируется ацетилхолином, инсулином и некоторыми другими биологически активными веществами трофотропного ряда.
Но в данном случае речь идет только об ацетилхолине. Этот вездесущий и многообразный участник физиологических и патологических процессов, нейрогормон, посредник нервного возбуждения и одновременно метаболит центральных и периферических клеточных и субклеточных структур, образующийся в процессе жизнедеятельности и мгновенно разрушающийся или инактивирующийся, таит немало загадок и значение его в физиологических реакциях еще далеко не «разложено по полочкам». Не использованный в процессах передачи возбуждения в синапсах ацетилхолин поступает в тканевую жидкость и кровь из элементов нервной системы. Накопление его во внутренней среде вызывает определенные парасимпатомиметические эффекты, охватывающие множество функций. Возникает состояние, характерное для повышенного тонуса всего парасимпатического отдела вегетативной нервной системы. Состояние это сопровождается одновременным немедиаторным (отделенным дистантным) действием ацетилхолина на многие периферические (и, вероятно, центральные) рецепторы и эффекторы (мышечные, секреторные, сосудистые). Проверить действие ацетилхолина в эксперименте нетрудно. Достаточно пропустить его через изолированное сердце лягушки. Опыт прост и легко воспроизводится во всех физиологических лабораториях. Раствор Рингера с добавлением прозерина (для подавления расщепляющих ацетилхолин холинэстераз) вызывает на сердце такой же эффект, как и раздражение парасимпатических нервов.
Но парасимпатомиметическое действие почти полностью отсутствует, если ввести ацетилхолин в организм (под кожу, в вену), будь то морская свинка, кролик, собака и даже человек. Ацетилхолин мгновенно расщепляется холинэстеразами внутренней среды. Попробуем заменить ацетилхолин близким ему по строению и действию карбаминохолином (карбохолином). Этот препарат не расщепляется холинэстеразами и введение его в организм вызывает выраженный, необычайно яркий парасимпатический эффект. Однажды автору этой книги пришлось наблюдать такой случай. Больному с высоким кровяным давлением (около 300 мм рт. ст.), которому не помогали обычные лечебные препараты, ввели под кожу 1 мг карбаминохолина. Буквально через 10 мин можно было наблюдать отчетливый холинергический эффект. Давление снизилось до 200 мм, началось сильнейшее потоотделение, резко усилилась перистальтика кишечника, рот наполнился жидкой слюной, резко сузились зрачки. В течение следующих минут начал развиваться типичный парасимпатический криз (дальнейшее снижение кровяного давления, замедление пульса, спазмы кишечника), который, как по мановению волшебной палочки, прекратился после подкожной инъекции 1 мл раствора атропина (1:1000). Холинорецепторы были заблокированы атропином и действие карбоминохолина почти мгновенно прекратилось.
Рис. 5. Соотношение уровня ацетилхолина и активности ацетилхолинэстеразы (схема).
А — при высоком тонусе парасимпатической нервной системы: 1 — исходные соотношения, 2 — повышение содержания свободного ацетилхолина при неизменной активности ацетилхолинэстеразы; 3 — снижение активности ацетилхолинэстеразы при неизменном содержании свободного ацетилхолина; Б — при низком тонусе парасимпатической нервной системы: 1 — исходные соотношения, 2 — снижение содержания свободного ацетилхолина при неизменной активности ацетилхолинэстеразы, 3 — повышение активности ацетилхолинэстеразы при неизменном содержании свободного ацетилхолина; а — уровень ацетилхолина; б — активность ацетилхолинэстеразы.
Уровень свободного ацетилхолина в крови лишь частично отражает процессы холинергической (парасимпатической) регуляции. Еще меньше информаций можно получить при весьма распространенном в клинике и лабораторном эксперименте определении в крови одной лишь активности неспецифической (бутирилхолинэстеразы) или специфической холинэстеразы (ацетилхолинэстеразы).
Здесь следует сделать небольшое отступление принципиального характера. Обычно физиологическая активность того или другого биологически активного вещества (например, ацетилхолина, гистамина, серотонина) расценивается по уровню его в крови. Не учитывается активность фермента, расщепляющего данное вещество. Между тем конечная, суммарная биологическая активность крови зависит не только от количественного содержания того или другого вещества во внутренней среде, но и от скорости (кинетики) его образования и расщепления. Высокий уровень ацетилхолина (ацетилхолинемия) или гистамина (гистаминемия) при высокой активности расщепляющих их ферментов подчас вызывает такой же физиологический эффект, как низкое содержание этих биогенных аминов при низкой активности ферментов.
Так, нами установлено, что снижение активности ацетилхолинэстеразы (при одном и том же уровне свободного ацетилхолина в крови) увеличивает, а повышение ее — уменьшает холинергическую активность жидких сред организма (рис. 5). Однако природа не ограничилась расщеплением ацетилхолина специфическими и неспецифическими ферментами. Накопление его в крови слишком опасно. Оно может привести к непоправимым последствиям. Это легко проверить, если ввести в организм вещество, подавляющее активность холинэстераз, например, прозерин или один из других антихолинэстеразных препаратов. Поэтому организм обезопасил себя открытой нами второй линией обороны. Оказалось, что эритроциты крови способны связывать немедиаторный ацетилхолин и тем самым инактивировать, обезвреживать его. В тех случаях, когда организму необходимо повысить тонус парасимпатической системы, ацетилхолин освобождается из связанной формы и поступает в ток крови, вызывая соответствующий физиологический эффект. Но существует и третий фронт защиты организма от избытка ацетилхолина — прочное связывание его белками крови и тканей. Этот ацетилхолин в отличие от первых двух — реакционноспособных не принимает прямого участия в регуляции функций. Он образует как бы неприкосновенный запас, который выбрасывается во внутреннюю среду лишь в случаях крайней необходимости. Исследование реакционноспособных форм ацетилхолина в крови (свободного и связанного эритроцитами), активность холинэстераз (специфической и в меньшей мере неспецифической), а также способности эритроцитов связывать в пробирке добавленный к крови химически чистый ацетилхолин (так называемый феномен его связывания) позволяет оценить холинергическую активность крови и является одним из методов исследования парасимпатического отдела вегетативной нервной системы.
Установлено большое информативное значение коэффициента распределения — соотношения между свободным и связанным эритроцитами ацетилхолином и холинергического индекса — соотношения между активностью ацетилхолинэстеразы и свободным ацетилхолином. По-видимому, эритроциты представляют депо, нечто вроде хранилища ацетилхолина и принимают участие в его немедиаторном (дистантном) действии. Освобождение ацетилхолина, связанного эритроцитами, происходит в клетках, органах и тканях в зависимости от потребностей организма. Оно увеличивается под влиянием одних веществ, например, калия или гистамина [16] , и уменьшается под влиянием других (кальция, катехоламинов, серотонина).
16
Отсюда идет ошибочное представление о холинергических свойствах гистамина.
У здорового человека и у некоторых видов животных связывание ацетилхолина эритроцитами является одним из путей его инактивирования (депонирования). При усилении ферментативного расщепления, т. е. при повышении активности холинэстераз, величина связывания уменьшается и увеличивается при ее снижении. В тех случаях, когда обе формы инактивирования ослаблены, например, в первые недели или месяцы беременности, холинергическая активность крови значительно нарастает.
Физиологи уже давно заметили, что в плазме крови свободный ацетилхолин отсутствует. Для определения его используют обычно цельную кровь, к которой добавлено небольшое количество какого-либо препарата, подавляющего активность холинэстераз. По-видимому, весь ацетилхолин крови содержится в эритроцитах в двух состояниях — прочно и рыхло связанном. Немедиаторное (дистантное) его действие обусловлено освобождением из рыхло связанной эритроцитами формы. Его-то мы определяем как «свободный». Прочно связанный эритроцитами (резервный) ацетилхолин освобождается при определенных ситуациях, например, когда организму для поддержания гемеостаза необходимо усиление холинергической активности крови. Чтобы обнаружить его в крови, пробу крови помещают на 1,5—2 ч в термостат.
В пользу высказанного нами предположения говорит тот факт, что в пробах крови удается выявить присутствие ацетилхолина, несмотря на наличие мощных холинэстераз. Учитывая все эти сложные взаимоотношения, мы предложили весь ацетилхолин крови, т. е. свободный и связанный эритроцитами, считать суммарным. Он и представляет реакционноспособный ацетилхолин. Своей способностью воздействовать на эффективные клетки он отличается от ацетилхолина, прочно связанного с белками крови или тканей, для выявления которого необходимы специальные химические методы.
И в заключение об одном удивительном свойстве эритроцитов. Если к пробе крови или к отмытой физиологическим раствором взвеси эритроцитов добавить небольшое количество раствора химически чистого препарата ацетилхолина, то после 24-часового пребывания в холодильнике при 4° количество ацетилхолина в пробе значительно уменьшается. У одних людей на 60—70%, у других на 20—30—40%. Разумеется, действие расщепляющих ферментов необходимо предварительно подавить прозерином или каким-нибудь другим ингибитором. Это явление мы назвали феноменом связывания ацетилхолина. Его следует рассматривать как функциональную пробу, характеризующую потенциальную способность эритроцитов связывать медиатор. Способность связывать добавленный извне ацетилхолин может быть отнесена к физиологическим мерам защиты против его избыточного накопления в крови. Величина феномена связывания зависит от разных причин: физикохимических свойств эритроцитов, мембранной проницаемости, рецепторной функции белково-липоидной оболочки эритроцитов, состава и биологических свойств плазмы и т. д., а также активности холинэстераз. Обычно чем выше активность холинэстераз, тем слабее выражен феномен связывания. Состав плазмы оказывает исключительно сильное влияние на способность эритроцитов связывать добавленный к крови ацетилхолин. Достаточно прибавить к плазме незначительное количество калия или раствор гистамина, чтобы феномен связывания резко снизился. Напротив, кальций, адреналин и норадреналин способствуют его повышению.