Биологические основы физической культуры

Альдостерон и водно-солевой гомеостаз. Если АДГ влияет на осмотическое давление крови, избирательно контролируя количество воды в организме, то гормон клубочковой  зоны коры надпочечников альдостерон (Альд) регулирует осмотические процессы,

избирательно влияя на обмен ионов №+. Помимо этого, Альд регулирует в организме обмен ионов К+, а также Н+ и соответственно контролирует поддержание нормальной ионной асимметрии между клетками и внеклеточным пространством и кислотно-щелочное равновесие в крови. Секреция данного кортикостероида корой надпочечников жизненно важна для организма позвоночных. Свои эффекты на ионной баланс Альд реализует через посредство тех же специализированных железисто-эпителиальных структур, что и АДГ, т.е. почек, кишечника, слюнных и потовых желез, мочевого пузыря, кожи и жабр, в которых он специфически усиливает реабсорбцию и абсорбцию ионов №+ и выделение ионов К+ и Н+ (Дэвис и др., 1961, 1962; Эдельман и др., 1968). В результате гормон дозозависимо повышает

концентрацию ионов Иа+ и снижает концентрацию ионов К+ в крови, изменяя в противоположных направлениях трансэпителиальный транспорт ионов. Следует отметить, что Альд стимулирует выведение №+ из клеток и захват ими К+ не только в специализированных железистых органах, но и в большинстве других органов — скелетных мышцах, миокарде, печени и т.д. (Глинн, 1959; Скоу, 1965). Таким образом, гипернатриемический и гипокалиемический эффекты гормона обусловлены создаваемой им общей тенденцией

и выведению №+ из клеток и включению  К+ в клетки разного типа. Однако решающую роль в обеспечении нормального осмотического давления и ионного баланса целого организма играют железисто-эпителиальные структуры — главные ткани-мишени для Альд.

Трансэпителиальный перенос одновалентных  ионов осуществляется в основном энергозависимо с помощью мембранного фермента N К+-АТФазы, называемого также натриевым насосом (Скоу, 1957, 1964). Этот фермент расположен, как правило, в мембране базальной поверхности железистой клетки. Его функцией является активное «откачивание» Na+ из клетки в тканевую жидкость при участии АТФ в качестве донора энергии. При этом выброс Na+ из клетки сопряжен с пассивным поступлением К+ и Н+ в клетку из крови в обмен на Na+. Интересно, что Na+ и К+ (в низких

концентрациях), а также Mg активируют фермент. Отличительная черта данной транспортной АТФазы от других АТФаз (кальциевой, магниевой) — избирательная ингибируемость такими сердечными гликозидами, как оубаин (строфантин G), строфантин К

и олиторизид. Na+, К+-АТФаза — крупномолекулярный гликопро-теин с М.м. ~ 150 кД, состоящий  из 4 субъединиц двух типов: айв.

а-Субъединицы могут стехиометрически связывать 3Na+, 2К+ и 1 молекулу АТФ. Выявляется четко выраженная асимметрия в структуре  фермента: Na+ -связывающие центры обращены внутрь клетки, 1С*-связывающие локализованы ближе к н&уужяЛ ее поверхности. Обнаружено, что активный трансмембранный транспорт Na+ может

быть сопряжен не только с захватом К"*" и Н+, но и ряда других веществ.

Считается, что реабсорбция ионов Na+ из просветов различных сегментов нефрона, кишечника или мочевого пузыря или абсорбция ионов кожей осуществляется следующим образом. Ионы Na+ относительно свободно диффундируют в эпителиальные клетки через мембрану мукозной поверхности, а из эпителиальных клеток активно откачиваются с серозной поверхности натриевым насосом

Мукозная К+-поверхность Н+-

Na"*

против градиента концентрации (рис. 93). Одновременно с этим ре-абсорбируются  глюкоза и

Рис 93. Транспорт ионов Ка+ и К+ через различные поверхности железисто-эпителиальных клеток и регу-ляторный эффект альдостеро-на на работу натриевого насоса

некоторые аминокислоты. В обмен  на ионы № из тканевой жидкости серозной поверхности в клетки поступают  ионы К+ и Н+, способные проходить  через цитоплазму к мукозной поверхности и секрети-роваться в просвет железистого органа или в среду. В нефроне секреторные процессы, протекающие чаще всего сочетанно с реабсорбци-онными, приурочены прежде всего к участкам восходящего колена петли Генле и дистальных канальцев (Наточин, 1972). Именно эти участки нефрона и содержат в наибольшей концентрации биоспецифические рецепторы альдостерона (Эдельман и др., 1968-1976; Люденс, Фанестил, 1976). В тонком кишечнике, мочевом пузыре и коже альдостероновые рецепторы распределены, по-видимому, равномерно.

После адреналэктомии экскреция Иа+ увеличивается в 3-6

раз, а экскреция К+ и Н+ снижается  примерно в 2 раза. Усиленная экскреция  На4* сопровождается избыточным выделением воды. В крови адреналэктомированных  животных концентрация К+

повышается, а концентрация Иа+ и  отношение Иа+: К+ снижаются, объем  циркулирующей крови и кровяное давление падают. Аналогичная картина  наблюдается при первичной надпочечни-ковой  недостаточности у человека (аддисонова болезнь). При этом

заболевании также возрастает экскреция  Иа+ и уменьшается выделение К+, концентрация Иа+ в крови становится ниже 300-315 мг\% (130-142 ммоль/л), концентрация К+ — выше 20-22 мг\% (5-6

ммоль/л), а отношение Иа+ : К+ —  ниже 30, снижается и кровяное давление.

Нарушения, возникающие при недостаточности  коры надпо-чечеников, могут быть компенсированы введением минералокор-тикоидов. введение же минералокортикоидов в дозе 0,2-8 мкг/кг массы интактным животным вызывает гипонатриурию, гиперкали-урию, ацидофикацию мочи, гипернатриемию, гипокалиемию, увеличение отношения Ка+ : К+ в крови, повышение кровяного давления, увеличение щелочности крови (алкалоз) и т.д. Аналогичные изменения у человека возникают при первичном альдостеро-низме (синдром Конна), развивающемся при опухолях клубочковой зоны коры надпочечников. Глубокие сдвиги, обнаруживаемые в солевом и водном балансе млекопитающих при адреналовой недостаточности или введении минералокортикоидов, связаны, вероятно,

с изменением активности транспортной Ыа+, К+-АТФазной системы различных клеток и прежде всего клеток нефрона. Изменено ния концентрации минералокортикоидов сказываются на активности АТФазной системы в различных участках нефрона, но в наибольшей степени они затрагивают работу в восходящем колене петли Генле, дистальних канальцах и собирательных трубочках. Действие Альд или его аналогов на АТФазу почек и других железистых образований является в основном непрямым и не реализуется в опытах in vitro с мембранными препаратами. Показано, что стимулирующее действие на ферментативную активность минералокортикои-ды могут проявлять лишь в условиях нормально протекающего синтеза РНК и белка. Возможно, что этот эффект гормонов связан не с повышением скорости синтеза субъединиц АТФазы, а с интенсификацией синтеза ферментов дыхательной цепи, в свою очередь обусловливающей стимуляцию синтеза АТФ благодаря усилению дыхания.

Некоторые авторы считают, что Альд влияет на транспорт

Na+ не только посредством АТФазы, но и стимулируя облегченный  транспорт через мукозную поверхность железисто-эпителиальных клеток (Люденс, Фанестил, 1976).

Следует напомнить, что глюкокортикоиды  и особенно корти- -костерон также  способны влиять на интенсивность энергозависимого транспорта ионов. Правда, их минералокортикоидная активность примерно в 800-900 раз ниже минералокортикоидной активности Альд. Вместе с тем концентрация глюкокортикоидов примерно на два порядка выше, чем Альд. В результате вклад F и В в регуляцию минерального обмена может быть вполне реальным (Бакстер, 1980).

У некоторых видов рыб, надпочечники которых не секретируют Альд, роль главного минералокортикоида выполняет, по-видимому, 1а-оксикоргикостерон (Бентли, 1976). В регуляции водно-солевого

обмена принимают участие и  прогестины, оказывая Ка+-уретическое  действие благодаря конкурентному ингибированию связывания кор-

тикостероидов их рецепторами. Na+- -уретическим  действием обладают и МСГ.

Как уже отмечалось (см. гл. 3-5), регуляция  секреции Альд корой надпочечников  осуществляется ренин-ангиотензиновой  системой, концентрацией ионов Na+ и К+, а также АКТГ, серотони-ном, дофамином и, возможно, специальными регуляторами гипофиза пока не известной природы. Также отмечалось, что дефицит ионов

Na+ и избыток ионов К+ может  быть не только прямым стимулятором  биосинтеза Альд в надпочечниках, но действовать на адре-наловую кору опосредованно, через усиление секреции ренина кжстагломерулярным аппаратом почек. Помимо ионов секрецию ренина юкстагломерулярными железами стимулируют: уменьшение растяжения афферентных артерий почечных клубочков, в области которых эти железы расположены; эфферентные импульсы, приходящие из нервных центров, в свою очередь, возбуждаются афферентной импульсацией, поступающей с баро-, осмо- и хеморецеп-торов сосудистого русла и предсердий (Дэвис, 1961, 1975; Колпаков, 1974). Локальная ишемия почки, а также кровопотери, венозный застой и другие факторы, приводящие к снижению артериального давления, усиливают продукцию ренина и последующий биосинтез ангиотензинов. Ангиотензины, вызывая прямой вазокон-стрикторный эффект и стимулируя секрецию Альд, компенсируют тем самым возникающие нарушения гемодинамики. Через ренин-ангиотензиновую систему Альд компенсирует и падение осмотического давления крови или снижение отношения №+ : К+. В этом случае особенно у некоторых видов животных, к ренин-ангио-тензиновому пути присоединяется прямое действие ионов на адре-наловую кору (см. гл. 5). При длительной ишемии почек возникает почечная гипертония, обусловленная избытком в крови ангиотензинов и Альд.

Регуляторные эффекты Альд на осмотические процессы взаимосвязаны с регуляторными эффектами АДГ. Прежде всего это, по-видимому, касается значения гипернатриемического действия Альд, которое, как и действие АДГ, способствует задержке воды в организме и увеличению объема внеклеточной жидкости. В связи с. этим многие факторы, непосредственно влияющие на объем циркулирующей жидкости и кровяное давление, однонаправлен-но действуют на скорость секреции Альд и АДГ. Однако АДГ и кортикостероиды изменяют величину осмотического давления в противоположных направлениях. Поэтому факторы, непосредственно изменяющие осмотическое давление крови, действуют на секрецию этих гормонов разнонаправленно. Так, повышение осмотического давления усиливает секрецию АДГ, но снижает секрецию Альд и, наоборот, снижение осмотического давления тормозит секрецию АДГ, но повышает секрецию Альд (Колпаков, Поляк, 1975).

Взаимосвязь эффектов двух гормонов в процессах специфической адаптации, вероятно, реализуется не только через  посредство вышеописанных нервно-гуморальных  путей, но и на уровне нефрона. Так, минералокортикоиды стимулируют реабсорбцию Ыа+ как в дистальных отделах нефрона, так и в проксимальных, хотя и в меньшей степени. Благодаря этому уже в области проксимальных сегментов возникает отмечавшийся осмотический градиент, обусловливающий облигатную реабсорбцию воды в верхних отделах нефрона и облегчение факультативной задержки воды в дис-тальных его отделах под влиянием АДГ. По-видимому, и АДГ и Альд в высоких концентрациях могут в определенных условиях несколько тормозить диурез за счет вазоактивных свойств, влияющих на ренальный кровоток. Вместе с тем ангиотензин II, а также катехо-ламины оказывают некоторое влияние на почечную гемодинамику и в физиологических концентрациях.

У рыб аналогичную вазоконстрикторную функцию может выполнять гормон урофиза уростенин II. Гормон же уростенин III, как

и Альд, стимулирует активный захват Na+ жабрами. В то же время ЛТГ, также  являющийся осморегулятором у костистых  рыб, оказывает свои эффекты, избирательно уменьшая проницаемость жабр к

Na+ и ограничивая его диффузионный выход в окружающую среду (Бентли, 1976).

Атриопептиды и водно-солевой  гомеостаз. Антагонистами ва-зопрессина и альдостерона у позвоночных  в регуляции и саморегуляции  водно-солевого обмена и артериального  давления выступают атриопептиды. АНФ, стимулируя выведение Na* почками и общий диурез, вызывает снижение объема циркулирующей крови и за счет этого снижение артериального давления. Кроме того, этот гормон оказывает гипотензивные эффекты, снижая биосинтез ан-гиотензина II и чувствительность артериол к симпатическим влияниям. Кардиодиллатин вызывает прямой вазодиллататорный эффект и гипотензию. Атриопептиды оказывают быстрое и очень сильное действие на регулируемые функции в диапазоне доз 50-125 мкг, действуя на клетки через цГМФ. В физиологических условиях ва-зопрессин стимулирует продукцию атриопептидов. 

ГОРМОНЫ И КАЛЬЦИЕВЫЙ ОБМЕН 

Ионы Са — жизненно важные компоненты животного организма, принимающие  участие в формировании многих его  структур и регуляции течения  метаболических процессов. К числу

разнообразных функций Са относятся: 1) участие в контактном узнавании  клеток и их интеграции благодаря  образованию ка-

тионных Са2+-мостиков между анионными  группами макромоле-кулярных  компонентов мембран соседних  клеток;  2) обеспечение стабилизации формы клеток и ее структуры в результате взаимодействия с компонентами клеточных мембран и цитос-келета; 3) регуляция проницаемости мембран нейронов и мио-цитов к одновалентным катионам и стабилизация потенциала покоя; 4) участие в инициации мышечного сокращения за счет образования комплекса с тропонином С; 5) стимуляция многих секреторных и биосинтетических процессов в экзо- и эндокринных клетках; 6) регуляция каталитической активности многих фермен-

tob (Ca   -АТФазы, ФДЭ, Ац, фруктозо-дифосфатазы, многих др.);

регуляция окислительного фосфорилирования в митохондриях;

стимуляция свертывания крови  посредством активации ряда стадий, запускающих превращение протромбина  в тромбин; 9) опосредование эффектов ряда гормонов и нейромедиаторов; 10) формирование эндоскелета позвоночных (образование Са5(РС>4)зОН и СагСОз в костях; 11) формирование скорлупы у птиц и некоторых рептилий (Кретсингер, 1974). При значительном снижении

концентрации ионов Са2+ в крови  и тканевой жидкости возникают дезинтеграция тканей, деформация клеток, нарушения проницаемости мембран, гиперактивность нейронов, спазм мышц (тетания), снижение свертывания крови, размягчение костей и т.д. При избытке ионов происходит кальцификация и склеротизация мягких тканей, снижение окислительного фосфорилирования в клетках и т.д.

В плазме крови различных видов  позвоночных содержится 2,4-4 ммоль/л (9-11 мг\%) кальция. Из этого количества более 50\% находится в свободной  ионизированной форме, остальная его  часть связана с плазменными  белками или находится в форме плохо диссоциирующего вторичного фосфата. Концентрация Ca в крови стабильна. Ее суточные колебания не превышают 3\%.

Уровень тотального и ионизированного Ca в плазме и соответственно в  клетках находится преимущественно  в зависимости от функционального состояния трех структур организма: 1) костного аппарата — резервуара Ca, в котором остеобласты и остео-циты способствуют минерализации кости и отложению в ней не-ионизированного Ca, а остеокласты обусловливают деминерализацию кости и выход из нее Са2+ в кровь; 2) тонкого кишечника, который обеспечивает всасывание Ca и его реабсорбцию; 3) почек, в которых осуществляется реабсорбция кальциевого и фосфатного ионов. Функционирование этих эффекторных органов, определяющих кальциевый баланс в организме, специфически контролируется  главным  образом тремя - гормонами  — паратгормо