2 курс / Нормальная физиология / Вегетативные_пароксизмальные_состояния_и_терморегуляция_организма

имеющимся здесь градиентом парциального давления СО2. Облегчается этот процесс двумя механизмами: переходом Нb в НbО2, вытесняющий как более сильная кислота СО2 из крови, и действием угольной ангидразы, которой принадлежит важная роль в освобождении свободной СО2 в легких. Количество углекислоты, выводимой из легких, зависит, прежде всего, от амплитуды и ритма дыхательных движений. Чем глубже и чаще дыхание, тем больше выводится СО2. В свою очередь параметры дыхания регулируются в зависимости от содержания СО2 в организме.

1.9. Роль почек в регуляции ТПС. Значение температурного и кислотно-щелочного гомеостаза.

Окислительный стресс является главным компонентом патофизиологических механизмов регуляции активности ТПС. Степень активации ТПС хорошо характеризует индекс, включающий клинические и лабораторные данные: активность гамма-глутатионтрансферазы, уровень гамма-глобулина, общего билирубина, а также антиоксидантной системы, глутатиона, глутатионпероксидазы, глутатионредуктазы (299,318). Соотношение вышеназванных маркеров определяют функцию печени и Рн мочи.

В физиологических условиях почки выделяют кислую мочу, рН которой колеблется в пределах 5,0—7,0. Величина рН мочи может достигать 4,5 и, следовательно, концентрация свободных ионов Н+ может в 800 раз превышать содержание их в плазме крови.

Подкисление мочи в проксимальных и дистальных канальцах является результатом секреции ионов Н+. В образовании и секреции ионов Н+ в почке, так называемом ацидогенезе, важное значение имеет фермент карбоангидраза (КА), содержащийся в клетках проксимального и дистального канальцев. Фермент ускоряет достижение равновесия между медленной реакцией гидратации и дегидратации угольной кислоты.

Благодаря катализируемой реакции гидратации CO2 в почках человека в минуту образуется около 300 мэкв/л ионов Н+ (Маren,1967г.). Общее же количество ионов Н+, образующихся в почке в минуту, составляет примерно 1500 мэкв/л. Скорость некатализируемой реакции H2COз↔:H+ + НСОз~ возрастает при снижении рН.

Ацидогенез обеспечивает выведение кислых компонентов фосфатного буфера (в процессе образования кислой мочи происходит превращение HPO42-+H+→H2PO4-), а также слабых органических кислот: молочной, лимонной, β-оксимасляной и др. (160, 161, 164, 177, 179, 181, 276, 281, 298, 305, 306).

71

Процесс выделения эпителием почечных канальцев ионов Н+ происходит против электрохимического градиента с затратой большого количества энергии и требует одновременной реабсорбции эквивалентного количества ионов Na+. Уменьшение реабсорбции натрия, как правило, сопровождается снижением ацидогенеза.

Реабсорбированные в результате ацидогенеза ионы Na+ образуют в крови вместе с НСО3-, выделяемым из эпителия почечных канальцев, бикарбонат натрия. Ионы Н+, декретируемые клетками почечных канальцев, вступают во взаимодействие с анионами буферных соединений, образуя так называемую титруемую кислоту. Ацидогенез обеспечивает выделение преимущественно анионов карбонатного и фосфатного буферов, а также анионов слабых органических кислот.

При фильтрации соединений, содержащих анионы сильных органических и неорганических кислот (Сl-, SO42-), в почках включается другой механизм — аммониогенез, обеспечивающий выведение кислот и предохраняющий от снижения рН мочи ниже критического для клеток почечного эпителия уровня.

Аммониогенез (образование иона NH4+) происходит на уровне дистальных канальцев и собирательных трубок. Образующийся в эпителии почечных канальцев NH3 поступает в просвет канальцев, где взаимодействует с ионами Н+, происходящими от ацидогенеза. Таким образом, NH3 обеспечивает, с одной стороны, связывание ионов Н+, а с другой — выведение анионов сильных кислот в виде аммонийных солей, в составе которых ионы Н+ не оказывают повреждающего действия на эпителий канальцев.

Источником аммония является в основном глютамин, извлекаемый почкой из крови в больших количествах. Около 60% NH3 образуется из глютамина путем его дезаминирования под действием фермента глютаминазы-I. Остальные 40% аммиака образуются из аспарагина, аланина, гистидина и частично из глицина, лейцина, аспарагиновой кислоты, метионина и некоторых других аминокислот

Полагают, что часть ионов NH4+ образуется не в просвете канальцев, а внутри почечного эпителия, откуда затем путем пассивной диффузии переходит в просвет канальца. Так как аммониогенез тесно связан с ацидогенезом, очевидно, что концентрация аммония в моче находится в прямой зависимости от концентрации в ней ионов Н+. Закисление крови, приводящее к снижению рН канальцевой жидкости, способствует диффузии аммиака из клеток. Интенсивность экскреции аммония определяется также скоростью его продукции и скоростью потока мочи, от которой зависит время контакта между канальцевой жидкостью и эпителием почечного канальца и, следовательно, своевременное удаление образующегося иона из клетки.

72

Имеются данные в пользу того, что в регуляции экскреции почками кислот существенная роль принадлежит хлоридам. В частности установлено, что увеличение реабсорбции ионов НСО3-, как правило, сопровождается увеличением реабсорбции хлоридов. Ион СL- в общем пассивно следует за катионом Na+. Повышение концентрации бикарбонатов (НСО3-) в моче обычно сопровождается снижением содержания в них хлоридов таким образом, что сумма этих анионов оказывается эквивалентной количеству ионов Na+ (Matthews, O'Connor,1968г.). Имеются мнения, что изменение транспорта хлоридов является следствием первичного изменения секреции ионов Н+ и реабсорбции бикарбоната и обусловлено необходимостью поддержания электронейтральности канальцевой мочи. Согласно другой точке зрения, первично изменяется транспорт хлоридов.

Кроме механизмов ацидо- и аммониогенеза, в сохранении иона Na+ при закислении крови существенная роль принадлежит секреции ионов К+. Калий, освобождающийся из клеток при снижении рН крови, экскрецируется почечными канальцами в повышенном количестве; одновременно при этом происходит увеличенная реабсорбция Na+. Этот обмен регулируется минералокортикоидами (альдостерон, дезоксикортикостерон).

В нормальных условиях почки выделяют преимущественно кислые продукты обмена. При увеличении поступления в организм оснований реакция мочи становится более щелочной вследствие усиленного выделения солей Na+ и К+.

Определенную роль в выделительной регуляции кислотнощелочного гомеостаза играет желудочно-кишечный тракт. Клетки слизистой оболочки желудка секретируют соляную кислоту, образующуюся из ионов Сl-, поступающих из крови, и ионов Н+, происходящих из желудочного эпителия. В обмен на хлориды в кровь в процессе желудочной секреции поступает бикарбонат. Защелачивание крови, однако, при этом не происходит, так как ионы Сl- желудочного сока вновь всасываются в кровь в кишечнике. Эпителий слизистой кишечника секретирует щелочной сок, богатый бикарбонатами. При этом ионы Н+ переходят в кровь в виде НСl. Кратковременный сдвиг реакции сразу же уравновешивается обратным всасыванием бикарбоната в кишечнике. В то время как почки концентрируют и выделяют из организма главным образом Н-ионы и одновалентные катионы, кишечный тракт концентрирует и выделяет двухвалентные щелочные ионы. При кислой диете увеличивается выделение главным образом двухвалентных Са2+ и Мg2+, при щелочной — выделение всех катионов.

Таковы важнейшие гомеостатические механизмы, обеспечивающие постоянство активной реакции крови.

73

Расстройства кислотно-щелочного гомеостаза могут возникнуть в результате длительного непрерывного действия даже умеренных по интенсивности возмущающих факторов, а также в тех случаях, когда влияние возмущающих факторов кратковременно, но по своей интенсивности они выходят за пределы возможностей экстренно мобилизуемых гомеостатических механизмов. Нарушение кислотнощелочного баланса может развиться также вследствие первичного поражения того или иного звена гомеостатической системы, обеспечивающей его постоянство. Так, например, ослабление приспособительной способности дыхательного аппарата, нарушения функции почек различной этиологии могут создать благоприятные условия для расстройства кислотно-щелочного гомеостаза при самых незначительных дополнительных нагрузках на регуляторные механизмы и даже в обычных условиях жизнедеятельности.

Таким образом, абсолютная или относительная недостаточность гомеостатических механизмов (или их резервных возможностей) может стать основой нарушений кислотно-щелочного баланса внутренней среды организма и привести к возникновению ацидоза или алкалоза, изменяющих реологические свойства крови.

По степени компенсации все ацидозы и алкалозы подразделяют на компенсированные и некомпенсированные. Компенсированными ацидозами и алкалозами называются такие состояния, когда изменяются абсолютные количества Н2СОз и NaHCO3, но отношение NaHCO3: H2CO3 остается в нормальных пределах (20:1 или близко к этому). При сохранении указанного отношения рН крови существенно не изменяется, что и является показателем состояния компенсации ацидоза или алкалоза.

Соответственно некомпенсированными ацидозами и алкалозами называются такие состояния, когда изменяется не только общее количество Н2Соз и NaHCO3, но и их соотношение, результатом чего является сдвиг рН крови в ту или другую сторону за пределы крайних значений нормы.

Известны многочисленные варианты классификаций различных форм ацидозов и алкалозов. Необходимо отметить, что практически во всех этих классификациях понятия «негазовый» и «метаболический ацидоз» (resp. алкалоз) употребляются как синонимы. Однако такое отождествление терминов не может считаться оправданным.

Негазовый ацидоз (алкалоз) — понятие собирательное, включающее все возможные формы нарушений кислотно-щелочного гомеостаза (независимо от механизма развития), ведущие к первичному изменению содержания бикарбоната крови, т. е. знаменателя дроби в управлении:

74

Развитие негазового ацидоза может быть обусловлено увеличением поступления кислот извне, нарушениями обмена веществ или неспособностью почек выводить кислоты либо, напротив, чрезмерным выведением оснований через почки и желудочно-кишечный тракт.

Следовательно, метаболическими ацидозами, в точном смысле этого слова, можно называть лишь такие ацидозы, которые развиваются вследствие нарушений обмена веществ, приводящих к избыточному накоплению кислот. Ацидозы, которые обусловлены затруднением выведения кислот из организма или чрезмерной потерей оснований, следует отнести к категории выделительных ацидозов.

Термин «метаболический алкалоз» в большинстве случаев используется неверно, так как при самых различных нарушениях обмена веществ в крови, как правило, накапливаются кислые продукты, а не щелочи. Негазовый алкалоз в подавляющем большинстве случаев развивается либо вследствие задержки щелочей при нарушении функции почек, либо в результате чрезмерной потери кислот. Следовательно, такие алкалозы относятся к категории выделительных, а не метаболических. Алкалозы, возникающие при приеме больших количеств щелочной пищи или при введении щелочных лекарств, также, очевидно, нет оснований относить к категории метаболических.

Исходя из приведенных соображений, классификацию нарушений кислотно-щелочного равновесия можно представить в виде следующей схемы (включающей некоторые сведения об их этиологии).

Соответствующая метаболическому фактору термодинамическая сила Xs обусловливает появление своего спаренного тока Js во всей макросистеме, которая переходит из стационарного состояния в состояние движения. Термодинамические сигналы с самого начала воспринимаются внутриклеточно в системе нуклеиновых кислот. Генетическая субсистема перестраивает энзиматическую систему в области оболочковой субсистемы и усиливает (в рамках реактивного синдрома) возникновение положительной энтропии. Следовательно, термодинамический возбуждающий ток Js спаривается с эндогенным тормозящим током J*B, зарождая соответствующую силу X*. Фактически происходит ряд спаренных действий, которые стремятся уравновесить систему и вернуть организм в стационарное состояние. Источник энтропии энзиматической субсистемы изображается следующим соотношением:

75

n

n ( Х j X n s )(J j J n s ) (1.37.)

j1

аисточник энтропии оболочковой субсистемы, — соотношением:

Из формул (1.37.) и (1.38.) ясно, что σ* > σ, благодаря появлению добавочного эндогенного энергетического тока J s* вызванного термо-

динамическим энергетическим током, Js и направленного против действия сил атмосферного давления. Подобная энергетическая добавка осуществляется в клетке, главным образом, при помощи гипергликолиза, происходящего на уровне клеток внутренних органов и мозгового слоя надпочечников с последующим образованием катехоламинов – адреналина, норадреналина и дофамина. Последние могут рассматриваться как последовательные звенья в ряду превращений аминокислот фенилаланина и тирозина, активно участвующих в активности ТПС Дифференциация адреналина и норадреналина по метильной группе определяется различной реакцией среды: рН 4,6 для окисления адреналина, рН 7,2 – для окисления адреналина и норадреналина.

Таблица 1.6.

Содержание 11-оксикортикостероидов (11-ОКС), гидрокортизона, кортикостерона, их свободных и связанных с белком форм в крови у обследованных (в мкг/100мл) расчетным методом

Функциональная обратимость метаболических процессов в клетке зависит от величины и длительности действия окружающей среды

76

на организм и возникновения добавочного эндогенного термодинамического тока J s* , связанного с рН среды и температурой, определяю-

щей скорость диффузии газов. Иначе говоря, условие для выживаемости клетки, то есть минимальное условие для того, чтобы макросистема оставалась, с термодинамической точки зрения, неадиабатической и на новой ступени ее деятельности, к которой ее принуждает сила Хs, состоит в том, чтобы σ* ≥ σ. Это условие обеспечивается наличием

J s* 0, , то есть уровнем деятельности клеточных термодинамических

субсистем в энергетическом ритме, по крайней мере равному ритму кардио-пульмональной системы, определяющей уровень СО2 и рас-

творимость кислорода. Возможная негативация J s* является послед-

ствием функционального истощения клеточных термодинамических субсистем, обусловливающих появление энтропии, истощения с последующим быстрым физическим расстройством структурных элементов.

Между воздействием внешних факторов и ответной реакцией организма имеется промежуток времени, который сопровождается стабилизацией температурных показателей и отражает состояние, во время которого σ* ≥ σ остается без изменений.

Комбинации компенсаторно-приспособительных реакций, которые использует организм для поддержания гомеостаза, исключительно разнообразны. Однако принципы их действия весьма однотипны и немногочисленны. Один из них заключается в непрерывном изменении физиологических функций организма, соответствующем колебаниям силы и частоты действия факторов окружающей среды. Эти изменения функций взаимосвязаны с изменениями клеточного состава крови, изменениями температуры в вышеуказанных исследуемых точках и сопровождаются изменениями сократительной деятельности сердца и скелетных мышц в условиях повышенной физической нагрузки, в учащении дыхания в этих же условиях, в интенсификации секреции клеток желудочно-кишечного тракта при различных пищевых режимах, в напряженной деятельности костного мозга в условиях гипоксии, в так называемом, общем адаптационном синдроме, обусловленном интенсификацией функций нервной системы и ряда органов эндокринной системы, и др. Этим обеспечивается немедленный адекватный ответ организма на остро меняющиеся условия окружающей среды.

Второй механизм действия компенсаторно-приспособительных реакций заключается в том, что вследствие их развертывания организм становится все менее чувствительным (иммунным) к повторному действию всего разнообразия психических, физических, химических,

77

инфекционных и неинфекционных факторов окружающей среды. Это достигается путем сложных и разнообразных структурнофункциональных внутриклеточных перестроек связей Н – Н, СО, С = О; NH, NO с участием P и Fe, обусловливаемых физико-химическими особенностями раздражителя в каждом конкретном случае (выработка специфических антител, изменения ферментных систем, определяющих реологические свойства крови, активность ТПС и делающие организм нечувствительным к токсическим веществам, привыкание как к отрицательным, так и к положительным факторам психологической природы).

При значительном разнообразии компенсаторноприспособительных реакций, с помощью которых организм стойко поддерживает постоянство своей внутренней среды, всех их объединяют некоторые общие черты. Одна из них состоит в том, что эти реакции, все без исключения, формируются из функций организма, отличаясь друг от друга лишь своеобразием комбинаций тех или иных функций в каждом конкретном случае. Так, общий адаптационный синдром представляет собой производную от функций нервной и эндокринной систем, интегрирующих главные метаболические пути в клетках паренхиматозных органов, что проявляется в системах метаболизма и гемодинамики. Основой приспособительных колебаний артериального давления являются изменения функциональной активности органов нейроэндокринной системы и сократительной деятельности миокарда, непрерывные приспособительные колебания сосудистого тонуса обеспечиваются функциями нервной системы, клеток, секретирующих биологически активные вещества, и гладкомышечных элементов сосудистой стенки. Адаптацию к изменениям содержания кислорода в окружающей среде контролируют газотранспортные функции кроветворной и ряда других систем, заживление дефектов тканей происходит вследствие содружественного функционирования различных клеток соединительной ткани, компенсация повреждений одних центров нервной системы строится на соответствующей перестройке функций других ее отделов. Таким образом, первая общая черта ком- пенсаторно-приспособительных реакций организма состоит в том, что все они представляют собой ту или иную биохимическую комбинацию. И поэтому, какими бы сложными и загадочными ни казались эти реакции, они всегда в зависимости температурных показателей активных точек могут быть разложены на простейшие одностадийные реакции элементов газового состава атмосферы. Вторая черта, объединяющая компенсаторно-приспособительные реакции организма, заключается в том, что обычно они характеризуются изменениями температурных показателей и сопровождаются изменениями функций, из которых

78

комбинируются вариации ответных реакций организма. Эта особенность компенсаторно-приспособительных реакций вполне объяснима в свете основной закономерности процесса жизнедеятельности, заключающейся в непрерывном уравновешивании двух противоречивых его начал – распада и синтеза веществ. По существу, на достижение именно этого стереотипного простого конечного результата и настроена вся бесконечно сложная система гомеостаза и гемостаза. Как приспособительные, так и, особенно, компенсаторные реакции организма запускаются под влиянием на него более сильных, чем обычно, или так называемых сверхсильных раздражителей. Немедленный ответ организма на действие любых факторов выражается в изменениях частоты дыхания, частоты сердечных сокращений и в изменениях расходования энергии той или иной его системой (интенсификация мышечной деятельности при повышенной физической нагрузке, возрастание теплоотдачи в условиях высокой температуры окружающей среды, возбуждение нервной системы при эмоциональном стрессе и др.), что сопровождается усиленным распадом веществ (структур). Чтобы в этих чрезвычайных условиях сохранить необходимое для продолжения нормальный жизнедеятельности равновесие между процессами разрушения и созидания в степени, эквивалентной возросшему распаду веществ, усиливается их синтез и соответственно этому - реконструкция структур. В итоге происходит восстановление гомеостаза только на более высоком уровне энергетических отношений. Отсюда понятно, почему выполнение компенсаторно-приспособительными реакциями этой центральной своей задачи, как правило, сопряжено с интенсификацией функций, отражаемых в приводимой формуле: Wp = –

Pex V = – Pex · Vгаз.

В этот процесс вовлекаются разные органы, ткани и отделы одного и того же органа (волевое напряжение, сопровождающееся замедлением сердечной деятельности или угнетением сокоотделения в желудке; интенсификация одних эмоций, влекущая одновременное подавление других; гипертонус сосудов кожи, обусловливающий приспособительное ослабление функции ее потовых желез в условиях общего охлаждения организма; усиленная продукция одних пищеварительных ферментов на данную пищу при одновременном торможении других и т. д.). Другими словами, компенсаторно-приспособительные реакции организма всегда формируются не на основе усиления или ослабления функций, а путем их усиления и ослабления одновременно. Усиление функций наблюдается значительно чаще, чем ослабление. Первый компонент «бросается в глаза» и поэтому только с ним привыкли традиционно связывать эффективность приспособительных реакций. Важно учитывать, что в системе целостного организма эти

79

антагонистические элементы приспособительных реакций в конечном счете действуют как синергисты, усиливая друг друга и в итоге повышая эффективность этих реакций, изменяя активность ТПС. Притормаживая одни функции, отключая их от общей работы, организм тем самым получает возможность значительно большей экономии энергии

иконцентрации сил для интенсификации других, в данный момент наиболее жизненно важных. Таким образом, в принципе адаптация – это, прежде всего, изменение скоростей биологических реакций, обусловленных кровотоком. Диапазон этих изменений очень велик: в экстремальных условиях интенсивность биологических реакций возрастает в десятки, а некоторые считают, что даже в сотни раз.

Третья общая черта, свойственная всем компенсаторноприспособительным реакциям, заключается в том, что все они развертываются на принципиально единой, стереотипной материальной основе системы кровообращения, кроветворения с включением морфометрических размеров капилляров (соматического и кардиального), гепатоцита, клеточного и межклеточного пространства и взаимосвязаны с непрерывным варьированием интенсивности обновления и гиперплазии клеточного состава тканей и внутриклеточных структур, структурно-кинетических элементов крови. При этом структурно – кинетические элементы крови проявляют регулирующие функции реологических свойств крови и плазмы, вытекающих из законов сохранения массы и количества движения.

Из всего изложенного вытекает следующее общее положение: компенсаторно-приспособительные реакции, обеспечивающие гомеостаз, не являются какими-то особыми реакциями организма, а представляют собой разнообразные комбинации его физиологических функций, развертывающихся на той же, что и в норме, материальной основе и, как правило, с большей, чем обычно, интенсивностью. Это положение не ново, оно только подтверждает и развивает мысли выдающихся патологов прошлого. А.П.Полунин (1856г.) подчеркивал, что «различие здорового и больного тела заключается только в разнице условий, при которых обнаруживаются законы жизни явлениями, и как бы жизненные явления ни казались различными, это различие зависит не от новых законов, но от новых условий». Р.Вирхов (1859г.) утверждал: «Я все-таки попытаюсь в продолжение наших чтений доказать, что для каждой патологической формы существует физиологический образец и что происхождение такой формы всегда может быть сведено на один из предсуществовавших уже в организме образовательных процессов». К.Бернар (1866г.) писал о соотношении физиологического

ипатологического: «Мы не в состоянии найти никакого коренного различия между природой явлений физиологических, патологических и

80