Биологические основы физической культуры

ном, кальцитонином и 1,25 (ОШгОз. От уровня данных

Я ция и поддержание кальциево-

гормонов в крови зависят  в конечном счете характер и интенсивность   обмена каль-

го гомеостаза, столь важного  для организма (рис. 94). Динамика этих гормонов взаимосвязана и зависит, в свою очередь,

от концентрации ионов Са2+ в крови.  

Рис. 94. Пути гормональной регуляции  обмена Са :

сплошными стрелками обозначена стимуляция, пунктирными — торможение накопления ионов Са2* в крови 

Паратгормон обладает гиперкальциемическим действием и одновременно снижает  концентрацию фосфатов в крови (Коллип, 1925, 1932). Гиперкальциемический эффект гормона — следствие его взаимодействия со всеми тремя эффекторными органами. В кос-

ти он стимулирует мобилизацию  и выход в кровь Са , активируя, с одной стороны, деятельность остеокластов и тормозя, с другой — работу остеоцитов. В результате этого двойного действия на ткань происходит резорбция костного материала. В кишечнике паратгор-

мон усиливает всасывание Са    в кровь. В почках же он усилива-

ет реабсорбцию Са в дистальных сегментах извитых канальцев и тормозит реабсорбцию фосфатных ионов в проксимальных отделах канальцевого аппарата (Расмуссен и др., 1970; Аурбах и др., 1972). Кроме того, паратгормон стимулирует в почке синтез 1,25-(ОН)20з — гормональноактивной формы витамина В$ из малоактивного 25-ОННОз. В свою очередь 1,25 (ОН)гОз оказывает

существенное влияние на кальциевый обмен, взаимосвязанное с эффектами  паратгормона (ДеЛюка, 1963, 1974).

Механизмы разнонаправленного действия паратгормона на различные клетки-мишени, видимо, сложны и многокомпонентны. Предполагается, что начальный этап действия гормона на эффек-

торные клетки — стимуляция вхождения  в них Са2+ из тканевой жидкости (Поттс  и др., 1966; Робертсон и др., 1972). Этот эффект, предшествующий главному, гиперкальциемическому гормональному эффекту, является кратковременным и длится всего 15-20 мин. Лишь после этого через 3-4 ч с максимумом через 12-15 ч происходит стимуляция выхода ионов из клеток и повышение их концентрации в крови. Механизмы и значение фазы усиленного вхождения ионов в клетки-мишени пока неясны. Вместе с тем показано, что последую-

щее усиление мобилизации Са в костях и реабсорбции ионов в почках и кишечнике под влиянием гормона  опосредуется аденилат-циклазным механизмом (Аурбах, 1970; Булатов, 1976). Повышение образования цАМФ в клетках-мишенях обусловливает фосфори-лирование ряда предшествующих структурных и ферментативных белков, а также стимулирует их биосинтез в полисомах. Стимуляция новообразования белков, очевидно, имеет также значение в реализации действия паратгормона с помощью цАМФ в остеокластах, эпителии канальцев и кишечника. Об этом свидетельствует резкое торможение гормонального эффекта при одновременном введении ингибиторов синтеза белка и довольно длительный лаг-период эффекта. Видимо, цАМФ посредством цитоплазматических протеинкиназ повышает в остеокластах и эпителиальных клетках уровень фосфори-лирования рибосомальных белков и благодаря этому интенсифицирует процессы трансляции. На поздних этапах действия гормона. к механизмам, осуществляемым на уровнях химической модификации белков и трансляции, присоединяются механизмы усиления транскрипции. В результате накопления цАМФ в клетках-мишенях в это время может происходить активация ядерных протеинкиназ и усиление синтеза различных видов РНК и особенно рРНК (Расмуссен и др., 1964).

Необходимо отметить, что синтез РНК и белка в костной ткани  усиливается паратгормоном лишь в остеокластах, в остеоцитах же синтез макромолекул снижается. При  действии больших доз гормона  особенно в условиях многократного его введения остеокласты пролиферируют, а остеобласты и остеоциты подвергаются некробиозу (Оуэн, Бингхэм, 1968). Однако полученные факты позволяют предположить, что противоположные эффекты паратгормона в обоих типах клеток кости обусловлены усилением образования цАМФ. Направление же эффектов последнего определяется фенотипом клеток. Возможно, направленность действия гормона в остеокластах и остеоцитах в какой-то мере зависит от соотношения в них концентраций цАМФ и СаМ. Несмотря на то, что гормон и цАМФ по-разному действуют на биосинтетические процессы в остеокластах и остеоцитах, и в тех, и в других гормональный стимул избирательно повышает проницаемость плазматических мем-

бран для Са и способствует его  транспорту из клеток в кровь. Аналогичным  образом паратгормон действует на мембранную проницаемость базальной поверхности железисто-эпителиальных клеток извитых канальцев нефрона и слизистой .кишечника. В остеоцитах гормон существенно влияет и на солюбилизацию минерализованного Са. Ингибируя суммарный биосинтез белка в этих клетках, гормон снижает в них процессы тканевого дыхания и способствует накоплению ряда органических кислот — молочной, лимонной и др., растворяющих кристаллы костного минерала (Неймана и др., 1956, 1967). Кроме того, в остеоцитах под действием гормонального стимула происходит торможение синтеза структурных белков, а также освобождение лизосомальных кислых протеаз и других гидролитических ферментов, что в свою очередь, тормозит минерализацию Са и способствует солюбилизации его нерастворимых солей (Визе, 1972). Эффекты паратгормона на кальциевый метаболизм, как уже упоминалось, тесно связаны с эффектами гормональной формы витамина 0$ на разные костные клетки. Можно думать, что паратгормон оказывает прямое действие лишь на остеобласты, а активация остеокластов осуществляется косвенно, посредством паракринных и других факторов, продуцируемых остеобластами (Чамберс, 1984).

1,25 (ОН)2Рз, образующийся в почке  из относительно малоактивного  предшественника 25 (ОНШз под контролем  паратгормона и кальцитонина, регулирует транспорт Са в клетках кишечника и костной ткани. Установлено, что этот гормон усиливает вса-

сывание Са - и фосфатов слизистой  тонкого кишечника и накопление их в остеоцитах и остеокластах. Благодаря этим эффектам 1,25 (ОН)гОз  участвует в фосфорно-кальциевом обмене и формировании костного аппарата (Хосслер и др., 1971, 1974). Видимо, наиболее важным эффектом гормона, по крайней мере в интести-нальных клетках, является индукция синтеза специального Са-свя-зывающего белка, участвующего во внутриклеточном транспорте ионов (Вассерман и др., 1968, 1972). Индуцирующее влияние 1,25(ОН)гОз на синтез белка осуществляется, вероятнее всего, на

уровне транскрипции. Вслед за введением  гормона в ядре клеток закономерно  увеличивается активность РНК-полимеразы В, участвующей в синтезе разных мРНК, а в полисомах обнаруживается транслируемая специфическая мРНК (Тсаи и др., 1973). Не исключено, что и в клетках кости 1,25 (ОН)гОз стимулирует биосинтез аналогичного белка. Возможно, посредством усиления синтеза

Са-связывающего белка (или белков) гормональная форма витамина Бз главным  образом стимулирует аккумуляцию  Са клетками слизистой тонкого кишечника  и клетками костной ткани. В интестиналь-ных  клетках и остеокластах он как  бы подготавливает ситуацию для реализации действия паратгормона, который стимулирует выход

аккумулированного  Са2+ из клеток в кровь.

Синтетический витамин &2 (эргокальциферол), превращаясь в организме в  активированную форму, оказывает те же эффекты, что и 1,25 (ОН)203.

Кальцитонин по большинству своих физиологических эффектов — антагонист паратгормона и отчасти 1,25(ОН)гОз. Этот гормон является гипокальциемическим фактором, вызывающим торможение резорбции костей и усиление отложения в них минерализованного Са; торможение всасывания Са и фосфатов из кишечника; усиление ■ экскреции Са почками (Копп и др., 1961, 1962; Макинтайр, и др., 1967). Эффекты гормона на кальциевый обмен обусловлены тормо-

жением проницаемости мембран  к Са   . Кальцитонин усиливает

экскрецию фосфатов, ионов Иа+ и  К+. В отношении уровня фосфатов в крови кальцитонин и паратгормон являются синергистами: оба гормона вызывают гипофосфатемию.

Реализация эффектов кальцитонина на клетки обусловлена цАМФ. Однако если паратгормон активирует прямо  в кости только остеобласты с  помощью цАМФ, а остеокласты косвенно, то кальцитонин преимущественно и прямо тормозит деятельность остеокластов с помощью того же цАМФ, а стимулирует остеобласты через посредство паракринных факторов, секретируемых остеокластами (Аурбах и др., 1985). Процессы стимуляции отложения нерастворимых солей Са в остеоцитах, вызываемые кальцитонином, тесно связаны с действием 1,25 (ОН)203. Этот гормон способствует на-

коплению ионов Са в  клетках, а кальцитонин обеспечивает их удержание и переход Са в  неионизированную форму. Отклонения

2+

в концентрации Са в крови, превышающие 3-5\%, приводят к специфическому изменению интенсивности функционирования желез, секретирующих паратгормон, кальцитонин и 1,25(ОН)20з. Повышение  уровня ионов Са2+ в крови стимулирует  по механизму отрицательной обратной связи секрецию кальцитонина и тормозит секрецию паратгормона и 1,25 (ОН)гОз. И, наоборот, понижение

уровня ионов Са2+ в  крови стимулирует секрецию паратгормона и гормональной формы витамина 0$ и тормозит секрецию кальцитонина. Изменения в секреции кальцитонина происходят быстрее и более кратковременны, чем изменения секреции паратгормона. Кальцитонин, по-видимому, тормозит активацию витамина Оз.

Уровень 1,25 (ОН)гОз в организме  зависит не только от плаз-

менной концентрации Са , паратгормона и кальцитонина, но и от поступления витамина Бз с пищей и синтез его в организме, а также активации витамина. Вместе с тем продукция паратгормона и кальцитонина определяется в основном прямым воздействием

ионов Са2+ на соответствующие  железы с тем лишь отличием, что стимуляция продукции паратгормона вызывается недостаточностью ионов, стимуляция же продукции кальцитонина — их избытком.

Ионы ЪЛg оказывают противоположные  эффекты (Альтнер, Зей-ферт, 1972). Обеспечение  же кальциевого гомеостаза обусловливается сбалансированным действием всех трех гормонов на органы-мишени — кости, почки, тонкий кишечник. При нарушении образования одного из гормонов может возникнуть дисбаланс в кальциевом обмене.

У человека к первичной  гормонзависимой патологии обмена Са относится ряд тяжелых заболеваний. В их число входят: паратиреоп-ривная тетания — следствие гипопаратиреоза, болезнь Реклингхау-зена — результат гиперпаратиреоза, гиповитаминоз 1>з, приводящий в детском возрасте к рахиту, а во взрослом состоянии к отдельным проявлениям тетании.

В заключение следует отметить, что у рыб в обмене кальция  участвуют особые железы, спаянные с почкой, — тельца Станниуса. Эти  железы продуцируют гормон гипокальцин, снижающий концент-

рацию Са   в крови (Бентли, 1976).  

ГОРМОНАЛЬНАЯ РЕГУЛЯЦИЯ УГЛЕВОДНОГО И ЖИРОВОГО ОБМЕНА 

Основные энергетические ресурсы живого организма — углеводы и жиры обладают высоким запасом  потенциальной энергии, легко извлекаемой  из них в клетках с помощью  ферментных ката-болических превращений. Энергия, высвобождаемая в процессе биологического окисления продуктов углеводного и жирового обменов, а также гликолиза, превращается в значительной степени в химическую энергию фосфатных связей синтезируемого АТФ. Аккумулированная же в АТФ химическая энергия макроэргических связей, в свою очередь, расходуется на разного вида клеточную работу — создание и поддержание электрохимических градиентов, сокращение мышц, секреторные и некоторые транспортные процессы, биосина 13 белка, жирных кислот и т.д. Помимо «топливной» функции углеводы и жиры наряду с белками выполняют роль важных поставщиков строительных, пластических материалов, входящих в основные структуры клетки, — нуклеиновых кислот, простых белков, гли-копротеинов, ряда липидов и т.д. Синтезируемая благодаря распаду углеводов и жиров АТФ не только обеспечивает клетки необходимой для работы энергией, но и является источником образования цАМФ, а также участвует в регуляции активности многих ферментов, состояния структурных белков, обеспечивая их фосфорили-рование.

Углеводными и липидными субстратами, непосредственно утилизируемыми клетками, являются моносахариды (прежде всего глюкоза) и неэстерифицированные жирные кислоты (НЭЖК), а также в некоторых тканях кетоновые тела. Их источниками служат пищевые продукты, всасываемые из кишечника, депонированные в органах в форме гликогена углеводов и в форме нейтральных жиров липиды, а также неуглеводные предшественники, в основном аминокислоты и глицерин, образующие углеводы (глюконеогенез). К депонирующим органам у позвоночных относятся печень и жировая (адипозная) ткань, к органам глюконеогенеза — печень и почки. У насекомых депонирующим органом является жировое тело. Кроме этого, источниками глюкозы и НЭЖК могут быть и некоторые запасные или другие продукты, хранящиеся или образующиеся в работающей клетке. Разные пути и стадии углеводного и жирового обменов взаимосвязаны многочисленными взаимовлияниями. Направление и интенсивность течения этих обменных процессов находятся в зависимости от ряда внешних и внутренних факторов. К ним относятся, в частности, количество и качество потребляемой пищи и ритмы ее поступления в организм, уровень мышечной и нервной деятельности и т.д.

Животный организм адаптируется к характеру пищевого режима, к  нервной или мышечной нагрузке с  помощью сложного комплекса координирующих механизмов. Так, контроль течения различных реакций углеводного и липидного обменов осуществляется на уровне клетки концентрациями соответствующих субстратов и ферментов, а также степенью накопления продуктов той или иной реакции. Эти контролирующие механизмы относятся к механизмам саморегуляции и реализуются как в одноклеточных, так и в многоклеточных организмах. У последних регуляция утилизации углеводов и жиров может происходить на уровне межклеточных взаимодействий. В частности, оба вида обмена реципрокно взаимоконтролируются: НЭЖК в мышцах тормозят распад глюкозы, продукты же распада глюкозы в жировой ткани тормозят образование НЭЖК. У наиболее высокоорганизованных животных появляется особый межклеточный механизм регуляции межуточного обмена, определяемый возникновением в процессе эволюции эндокринной системы, имеющей первостепенное значение в контроле метаболических процессов целого организма.

Среди гормонов, участвующих  в регуляции жирового и углеводного  обменов у позвоночных, центральное место занимают следующие: гормоны желудочно-кишечного тракта, контролирующие переваривание пищи и всасывание продуктов пищеварения в кровь; инсулин и глюкагон — специфические регуляторы межуточного обмена углеводов и липидов; СТГ и функционально связанные с ним «соматомедины» и СИФ, глюкокортикоиды, АКТГ и адреналин — факторы неспецифической адаптации. Следует отметить, что многие названные гормоны принимают также непосредственное участие и в регуляции белкового обмена (см. гл. 9). Скорость секреции упомянутых гормонов и реализация их эффектов на ткани взаимосвязаны.