Как клеточное сообщество защищает своё единство?

Клетки одной и той же ткани (подобно народам одной национальности) защищают свою внутреннюю среду. Для этого существуют специальные барьеры (т. наз. гистогематические барьеры, т.е. барьеры между кровью и конкретной тканью), мешающие ксенобиотикам (чужеродным веществам, способным навредить метаболизму клетки) войти во внутреннюю среду конкретной ткани. Такие барьеры защищают особо важные для многоклеточного организма органы: мозг, половые органы, другие железы внутренней секреции.

Кроме того, существуют специальные транспортные механизмы для выведения ксенобиотиков из организма. Существуют ферментные системы, превращающие ксенобиотики в соединения менее ядовитые и легче удаляемые из организма. Имеются, наконец, тканевые депо, в которых как бы «под арестом» могут накапливаться некоторые ксенобиотики.

Важнейшим барьером, стремящимся сохранить постоянство внутренней среды многоклеточного организма - залог успешной совместной работы клеток является кожа и эпителий внутренней поверхности желудочно-кишечного тракта и дыхательных путей.

Транспортные белковые системы, выводящие ксенобиотики из крови, находятся во многих органах человека, наиболее мощные - в клетках печени и почечных канальцев. В желудочках головного мозга существуют особые образования, которые перемещают чужеродные соединения из ликвора (жидкости, омывающей мозг; её ещё называют цереброспинальной жидкостью) в кровь.

Таким образом, существуют два вида транспортных систем выведения ксенобиотиков: те, которые поддерживают чистоту внутренней среды какого-либо органа, и те, которые очищают внутреннюю среду всего многоклеточного организма. Принцип работы систем выведения одинаков: транспортные клетки образуют слой, одна сторона которого граничит с внутренней средой, а другая - с внешней. Липидная мембрана клеток этого слоя не пропускает растворимые ксенобиотики; но в этой мембране имеется белок - переносчик, который опознаёт вредное вещество, связывается с ним в транспортный комплекс и протаскивает через липидный слой из внутренней среды во внешнюю.

Основная масса чужеродных веществ выводится двумя системами. Одна из них приспособлена для вывода органических кислот, другая - для вывода органических оснований. Иначе говоря, вещества образующие во внутренней среде отрицательно заряженные ионы (основания), выводятся одной системой, а вещества, образующие положительно заряженные ионы (кислоты) - другой. Известно уже боле 200 разных соединений, способных опознавать и выводить ксенобиотики.

Ещё один механизм защиты от посторонних веществ - белковые ферментные системы, которые превращают ксенобиотики в менее ядовитые и легко выводящиеся из организма вещества. Чаще всего в этом случае в результате ферментативных превращений образуется органическая кислота, которая легко удаляется из организма.

Наиболее мощные ферментные системы защиты постоянства внутренней среды находятся в клетках печени. И это правильно, поскольку оттекающая от кишечника со всеми попавшими в неё ксенобиотиками кровь поступает в печень, и клетки этого органа призваны не дать им прорваться в системный кровоток, обслуживающий всё клеточное сообщество нашего организма. В большинстве случаев печень успешно справляется с этой задачей и способна обезвреживать, даже такие канцерогены, как полициклические ароматические углеводороды.

Некоторые из ксенобиотиков накапливаются и сохраняются в определенных, тканях, порой весьма долго. Так хлорированные пестициды (например, ДДТ) хорошо растворимы в жирах и поэтому избирательно накапливаются в жировой и нервной тканях, ведь мембраны нервных клеток (нейронов) богаты жироподобными веществами.

Депонирование (складирование) ксенобиотиков в отдельных тканях нельзя считать полноценным способом защиты организма от ксенобиотиков, поскольку, если он застревает в тканях надолго, его токсическое действие, в конце концов, срабатывает. Главным защитником многоклеточного организма является иммунная система. Она призвана отличать генетически однородные клетки организма от чужеродных клеток и различных вредных веществ. Иммунная система сложна, рассредоточена по всему организму и призвана строго контролировать генетическую идентичность всех частей организма. Она борется не только с внешними, но и с внутренними врагами, в том числе с «генетическими перерожденцами» - раковыми клетками. Роль иммунной системы в сохранении многоклеточного организма столь велика, что её иногда называют «разлитым мозгом».

Различают неспецифический (врождённый) иммунитет, который одинаково реагирует на любые антигены - чужеродные высокомолекулярные вещества или микроорганизмы, провоцирующие иммунный ответ, т.е. агрессивную реакцию иммунной системы по отношению к «чужаку». В случае неспецифического иммунитета идёт переваривание (фагоцитоз) любого антигена.

Иммунитет, приобретенный в результате контакта с незнакомым для организма антигеном, когда иммунная система запоминает первую встречу с ним, называется специфическим иммунитетом.

В нашей крови циркулирует три типа клеток и три типа белков, определяющих иммунный ответ:

1. Гранулоциты - живые клетки, которые поглощают и переваривают различные антигены.

2. Моноциты (которые могут находиться и вне кровяного русла в различных тканях, тогда они называются макрофагами) обрабатывают антигены таким образом, чтобы их было легче атаковать лимфоцитам - белым кровяным клеткам, представленным в организме двумя типами: Т - и В - лимфоциты (Т - и В - клетки). Макрофаги способны поглощать и переваривать антигены.

3. Лимфоциты - структурные элементы иммунной системы, которые постоянно присутствуют в крови. Эти клетки находятся в лимфатических узлах, селезёнке, тимусе (вилочковой железе), лимфоидной ткани стенок кишечника и костном мозге. В-лимфоциты вырабатывают специальные циркулирующие в крови белки - антитела, отвечающие за гуморальный иммунитет.

Т-лимфоциты отвечают, главным образом, за клеточный иммунитет и подразделяются на клетки - помощники (хелперы), клетки - убийцы (киллеры) и подавляющие клетки (Т-супрессоры).

Каждый из лимфоцитов воздействует специфически на свой антиген (у каждого свой индивидуальный враг). При этом В-лимфоциты, распознав антиген, начинают быстро делиться, а их дочерние клетки вырабатывают белки-иммуноглобулины, которые поступают во все жидкости организма.

Т-лимфоциты, опознав свой антиген, тоже делятся, а их дочерние клетки напрямую уничтожают этот антиген. Т-лимфоциты убивают, инфицированные и аномальные клетки своего организма, а так же инородные клетки, они также регулируют активность .всех компонентов иммунной системы.

Белки иммунной системы - цитокины (лимфокины и монокины), белки комплемента крови и иммуноглобулины. Все они находится в жидкой части крови (сыворотке).

Цитокины регулируют иммунный ответ и вырабатываются лимфоцитами и моноцитами.

Белки комплемента связываются с комплексом антиген - антитело (сцепились «воины-поединщики» в смертельной схватке) и облегчают клеткам иммунной системы поглощение и переваривание антигена.

Иммуноглобулины синтезируются в ответ на действие специфического антигена. Они находятся в тканях и на поверхности тела.

Различают несколько типов иммуноглобулинов:

1gG - белок - «воин», проникает через плаценту, активен против бактерий, вирусов и токсинов (клеточных ядов). По своей химической природе 1gG представляет собой гамма-глобулин. Очень важно, что иммуноглобулин 1gG блокирует действие другого, порой неприятного для нас иммуноглобулина (1gE), который может стимулировать аллергические реакции в слизистых оболочках дыхательной системы и кишечника!

1gA - очень важный белок - защитник, находящийся, в том числе, и в грудном молоке. Он защищает слизистые оболочки дыхательной и пищеварительной систем.

1дМ - самый массивный белок из иммуноглобулинов, который вместе с белками комплемента крови непосредственно убивает бактерии.

1дО - роль этого белка иммунной системы пока недостаточно изучена.

1дЕ - защищает организм от паразитов, но может, как мы уже упоминали, вызывать аллергические реакции.

Как ведите, дорогой читатель, многоклеточное сообщество умеет достойно постоять за себя, причём в организме имеются как региональные защитники наиболее близких друг к другу клеточных сообществ - тканей (нечто вроде «военных округов»), так и защитники всего организма (аналоги «пограничных войск»).

Отметим попутно, что наш кишечник и кожные покровы населяют разнообразные микроорганизмы и среди них немало таких, которые заключили с клетками нашего организма «союз о дружбе и взаимопомощи». Это т. наз. нормальная микрофлора, обычно обитающая в кишечнике, в верхних дыхательных путях и на коже.

Нормальная микрофлора предохраняет эти органы от проникновения в них и быстрого размножения патогенных (болезнетворных) и условно патогенных микроорганизмов. Некоторые микроорганизмы кишечника перерабатывают не перевариваемую нашим организмом целлюлозу в необходимые ему витамины группы В.

Интересно, что общее число микроорганизмов, относящихся к микрофлоре человека, достигает единицы с 14 нулями, т.е. почти в 10 раз превышает общее число клеток всех тканей нашего организма!

Кто хозяин в многоклеточном организме?

Регуляция в эндокринной системе основана на жесткой «вертикали власти». Общее руководство этой вертикалью осуществляет чрезвычайно интересная мозговая структура гипоталамус, являющийся одновременно нервной тканью и эндокринной железой.

Гипоталамус подобно «президенту» тесно работает с «премьер-министром» - гипофизом (главной железой эндокринной системы). Таким образом, строго говоря, нужно говорить о нейроэндокринной регуляции многоклеточного организма..

В гипоталамус поступает вся информация из внутренних органов и внешней среды. Его деятельность направлена на обеспечение постоянства внутренней среды организма (гомеостаза) - главного гаранта нормальной жизнедеятельности всех клеток.

Гомеостаз - это способность организма с помощью нейроэндокринной регуляции поддерживать параметры жизнедеятельности многоклеточного организма на всех уровнях (клеточном, тканевом, органном и системном) в рамках соответствующих текущим потребностям организма и требованиям жизни.

Речь идёт о поддержании в допустимых для жизнедеятельности границах постоянства состава крови, лимфы, межклеточной жидкости, а также биохимического уровня функционирования клеток, органов и их систем. В поддержании гомеостаза принимают участие механизмы внешнего и внутреннего дыхания, кровообращения, выделения, а также механизмы обменных процессов. На рамки гомеостаза влияют индивидуальные, возрастные половые, социальные профессиональные и другие условия.

Именно в этой удивительной системе нейроэндокринной регуляции, осуществляемой по принципу обратной связи, таятся, вероятно, физиологические причины болезней и смерти. Живой организм подвергается непрерывным воздействиям со стороны внешнего мира. Разрушительное влияние этих воздействий сдерживается системами, действия которых направлены на сохранение постоянства внутренней среды.

Для сохранения жизни необходимо также, чтобы внутренние процессы не выходили за определенные границы. Как же осуществляется гомеостаз? Гомеостаз существует не только в многоклеточном организме, но и в одноклеточном по той простой причине, что все биохимические процессы саморегулируются (так уж они задуманы создателем!). Биохимическая реакция не может продолжаться неограниченно, ибо после накопления конечного продукта в необходимом количестве, он сам тормозит начало процесса его синтеза. Этот общий принцип саморегулирования сохранён и в многоклеточном организме.

Однако в последнем случае приходится координировать между собой чрезвычайно много биохимических процессов, приходится обеспечивать общее постоянство внутренней среды при её частных изменениях в отдельных системах, и нейроэндокринная регуляция подходит для этого как нельзя лучше.

Нервные волокна пронизывают почти каждую клетку, а гормоны, выделяемые эндокринными железами, поступая в кровь, достигают любого участка тела. В условиях «диктатуры и тотального контроля» организм работает как единое целое! Таким образом, принцип саморегуляции, свойственный любой биохимической реакции, наиболее ярко проявляется в нервной и эндокринной системах, функция которых подчинена задаче обеспечения слаженной кооперативной деятельности всех составных частей организма.

Любая периферическая железа внутренней секреции выделяет свой специфический гормон в кровь. Этот рабочий гормон оказывает свойственное ему действие на чувствительные к нему ткани и органы (мишени).

Если содержание рабочего гормона в организме снижается, то начинают страдать определённые физиологические процессы в тканях, для которых данный рабочий гормон необходим. В этом случае для восстановления постоянства внутренней среды должна быть усилена деятельность той железы внутренней секреции, которая выделяет гормон.

Сигнал к такому усилению поступает от эндокринной железы более высокого ранга (железы-регулятора). Последняя выделяет в кровь регулирующий гормон, который стимулирует деятельность соответствующей периферической железы.

Когда под влиянием этой стимуляции концентрация рабочего гормона в крови возрастёт до нормы, рабочий гормон начнёт оказывать уже тормозящее действие на деятельность железы - регулятора (своеобразный доклад подчинённого о выполнении указания шефа).

Как следствие этого стимуляция периферической железы со стороны железы - регулятора уменьшается и устанавливается равновесие.

Если снижение концентрации рабочего гормона в крови вновь достигнет опасного предела, то регулятор, обильно омываемый кровью, тут же это почувствует и вновь пошлёт свой регулирующий гормон, требующий от железы - исполнителя более энергичной деятельности по выработке рабочего гормона. Так устраняются недостаток и избыток рабочего гормона, в результате чего и поддерживается равновесие.

Взаимоотношения, при которых избыток рабочего гормона тормозит деятельность железы стимулятора, называют механизмом отрицательной обратной связи.

Такой механизм автоматического поддержания стабильности во внутренней среде и называют гомеостазом, а всю систему участников этого процесса обозначают термином гомеостат.

Важнейшей железой - регулятором периферических эндокринных желез, как мы уже отмечали, является гипофиз, образующий отдельные гомеостаты с каждой из периферических эндокринных желез (щитовидной, надпочечниками, половыми железами и т.д.). Благодаря координирующей деятельности гипофиза между всеми этими гомеостатами и осуществляется взаимодействие.

Так, например, если удалены половые железы, то по механизму обратной связи в гипофизе усиливается регулирующая активность, направленная не только на половые органы, но и на надпочечники, которые обладают способностью вырабатывать половые гормоны.

Таким образом, благодаря контролю со стороны гипофиза над несколькими гомеостатическими системами создаётся возможность компенсации нарушений в одной из них. Однако, гипофиз, регулируя состояние периферических эндокринных желез, не имеет прямой связи с внешней средой. Между тем, для того, чтобы факторы внешней среды не разрушили организм, он должен приспосабливаться к внешним воздействиям.

О воздействии внешнего мира организм узнаёт через органы чувств, передающих информацию в центральную нервную систему, но приспособление к внешним воздействиям должно осуществляться через изменения в поведении и функциях организма. Действительно, чувствительные нервные окончания кожи фиксируют снижение температуры окружающей среды, но этого явно недостаточно, чтобы не замёрзнуть.

Информация о холоде должна поступить в такой орган, который способен повысить теплопродукцию организма. Биологическим- устройством, передающим информацию, полученную из внешнего мира в рабочие органы, обеспечивающие приспособительные реакции, является гипоталамус.

Гипоталамус - это удивительное творение Создателя. С одной стороны это типичная нервная ткань, и поэтому всё, что знает нервная система, она легко передаёт в гипоталамус. С другой стороны, гипоталамус - самая главная эндокринная железа, вырабатывающая управляющие гормоны (либерины и статины), которые корректируют деятельность гипофиза - общего регулятора всех периферических эндокринных желез.

Таким образом, благодаря гипоталамусу осуществляется взаимосвязь между внешним миром и внутренней деятельностью организма. Передача влияний на эндокринную систему осуществляется как нервными путями, так гормонами: гипоталамуса, которые стимулируют или тормозят деятельность гипофиза.

Встреча кошки с собакой как пример нейроэндокринной регуляции.

При встрече этих двух животных (у людей всё происходит аналогично) их органы чувств (прежде всего обоняние и зрение) дают сигналы в нервную систему о том, что приближается противник. Возможно, предстоит борьба, необходимо отмобилизоваться. Ситуация оценивается корой головного мозга, но эмоциональная окраска регулируется гипоталамусом. Эмоция - сильнейший мобилизующий фактор.

Кошка принимает позу с изогнутой спиной, а значит, информация из коры мозга возбудила эмоции страха и агрессии в гипоталамусе. Поза животного - это фаза подготовки к борьбе. Одновременно гипоталамус посылает сигналы в вегетативную нервную систему, управляющую функциями внутренних органов. Сигнал мгновенно поступает в периферическую эндокринную железу - надпочечники, которые выбрасывают в кровь рабочий гормон - адреналин. Адреналин вызывает сокращение мышц кожи (пиломоторов) и шерсть становится дыбом. Выброс адреналина расширяет сосуды сердца, мозга и лёгких, но суживает сосуды кожи и пищеварительных органов, чтобы перераспределить объём крови в благоприятную для борьбы сторону, усиливающую деятельность сердца. Адреналин, кроме того, мобилизует запасы сахара из печени и жирных кислот из жировых депо, улучшая этим питание нервной и мышечной систем.

Всё это вместе способствует повышению температуры тела, создавая наилучшие условия для протекания биохимических процессов (ситуация напоминает разминку спортсмена перед решающим стартом). Наконец, адреналин воздействует на кору головного мозга, поддерживая в ней возбуждение. В ответ на бомбардировку адреналином гипоталамус выделяет несколько белковых гормонов - либеринов, которые по сети сосудов быстро стекают в гипофиз. Либерины, в свою очередь, высвобождают из гипофиза ряд его гормонов.

Первым высвобождается кортикотропин - гормон гипофиза, ведающий деятельностью коры надпочечников. Именно таким образом, эта периферическая эндокринная железа активируется, когда необходима защита. Надпочечники, в свою очереди выделяют группу рабочих гормонов, главным из которых является стероидный гормон кортизол. Последний наделён многими физиологическими свойствами адреналина, однако, длительность его действия значительно больше.

Итак, сначала нервный сигнал преобразуется в гормональный (выброс адреналина), а затем гормональный сигнал - в общую защитную реакцию: кортизол организует доставку горючего тканям, превращая белки в сахар (наблюдается повышение концентрации сахара в крови). Это важно потому, что запасы резервного сахара (гликогена) ограничены, а в процессе борьбы пища в организм не поступает.

Обеспечением энергией занимается и другой белковый гормон гипофиза (гормон роста), который вырабатывается под влиянием эмоционально возбужденного гипоталамуса.

Гормон роста - самый мощный гормон обмена. Из жировых запасов он берёт жирные кислоты, которые обеспечивают сердцу в 6 раз больше энергии, чем сахар!

Гормон роста (соматотропин) стимулирует выделение поджелудочной железой её рабочего гормона (инсулина), без которого сахар не сгорает в тканях.

Дополнительное питание должно быть быстро доставлено тканям, и гипоталамус посылает импульс к двигательным нервам сердца и сосудов, при этом просвет сосудов внутренних органов ещё более суживается, а деятельность сердца усиливается, давление поднимается, ток крови ускоряется. Одновременно адреналин, кортикотропин, гормон роста и кортизол повышают свертываемость крови во избежание тяжелых кровотечений в случае ранения в ходе борьбы.

Гормон надпочечников кортизол, активизируя энергетические процессы для борьбы, способствует синтезу углеводов (топливо) из белков и обеспечивает противовоспалительный эффект, дабы уменьшить повреждение тканей. Однако, учитывая, что белки разрушенных тканей могут попасть в общий кровоток и вызвать смертельно опасную иммунизацию тела, кортизол попутно угнетает иммунитет, подавляя лимфоидную ткань и вызывая атрофию тимуса. Кстати говоря, именно по этой причине кортизол нашёл применение при различных аллергических состояниях, включая бронхиальную астму.

В гипоталамусе находится также «половой центр», который регулирует выделение гипофизом гормонов, стимулирующих периферические половые железы. Перевозбуждение «полового центра» гипоталамуса в процессе борьбы приводит к нарушению ритма выделения гонадотропных гормонов гипофиза. Биологическая целесообразность таких процессов обусловлена возможностью ранения и гибели животного в процессе борьбы, а раненое животное не должно приносить потомства! Эмоциональное возбуждение гипоталамуса естественным образом приводит к активации «центра сна». В процессе борьбы не заснёшь! Гипоталамус активирует также кору головного мозга, делает её работу быстрой и чёткой, что хорошо известно всем, кто попадал в экстремальные ситуации. «Центр аппетита», находящийся в гипоталамусе, во время эмоционального возбуждения, связанного с борьбой, тормозится, также как тормозиться деятельность пищеварительной системы. Во время борьбы не до еды! Но вот схватка закончилась. Наминается период «зализывания ран».

Эмоциональное возбуждение затухает, центр «терморегуляции» гипоталамуса начинает усиливать теплоотдачу: расширяются кожные сосуды, увеличивается потоотделение (а у собаки, которая не имеет потовых желёз, из пасти вываливается язык, увеличивая испарение, и развивается одышка). Всё это охраняет организм от чрезмерного перегревания, возможного при интенсивном сгорании энергетических ресурсов организма в ходе борьбы.

Белковый гормон гипоталамуса вазопрессин, проникая в гипофиз, помогает восстановлению потерянной крови, задерживая выделение жидкости и солей почками. По механизму отрицательной обратной связи усиливается ранее заторможенная гипоталамусом функция щитовидной железы, гормоны которой необходимы для восстановления повреждённых тканей. Аналогичным образом затухает выделение кортизола, что способствует восстановлению синтеза белка (во время борьбы кортизол препятствовал такому синтезу, превращая белок в сахар). Так, этап за этапом, через гипоталамус реализуется механизм борьбы, а затем и механизм восстановления, если полученные травмы совместимы с жизнью.

Итак, гипоталамус - это интегратор информации, поступающей из внутреннего мира организма и из окружающей среды, дирижёр оптимальной деятельности всего организма. В состав гипоталамуса входят более 30 ядер, осуществляющих контроль температуры тела, чувством жажды, голода, водным балансом в организме и половой функцией. Он тесно связан с эмоциональной активностью и сном и интегрирует гормональную и вегетативную (т.е. практически не контролируемую нашим сознанием) нервную активность. Мелкие нейроны ядер гипоталамуса вырабатывают белковые гормоны (т. наз. ре-лизинг - факторы) иначе называемые либеринами, а также тормозящие факторы (статины) - своеобразные записки «премьер-министру» гипофизу, который далее после химической обработки этих посланий рассылает уже свои белковые гормональные распоряжения (гормон роста, кортикотропин, гонадотропины, тиреотропин, пролактин, меланотропин) в «отраслевые министерства» - периферические железы внутренней секреции.

Гипофиз по отношению к гипоталамусу является рабочей железой: гормоны гипоталамуса стимулируют выделение гипофизарных гормонов, которые в свою очередь, тормозят активность гипоталамуса. Отсутствие у гипоталамуса рабочих функций позволяет ему после передачи сигнала на гипофиз переключаться на восприятие сигналов из внешнего и внутреннего миров. Периферические эндокринные железы контролируются гипофизарными гормонами и выделяют свои . рабочие гормоны, действующие на ткани и органы. Эти гормоны по механизму обратной связи оказывают тормозящее влияние на гипоталамус и гипофиз.

Наконец ткани - мишени, чувствительные к рабочим гормонам периферических желез, представляют собой последний этаж эндокринной системы. Здесь осуществляется действие и происходит ферментативное разрушение рабочих гормонов.

Любопытно, что расположение желез внутренней секреции в теле человека удивительным образом совпадает с восточными представлениями о месте расположения т. наз. чакр в мистическом энергетическом теле человека.

Действительно, Аджна - чакра соответствует гипофизу, Вишудха - чакра соответствует щитовидной и паращитовидной железам, Ана-хата - чакра соответствует вилочковои железе - центральному органу иммуногенеза; Манипура - чакра соответствует поджелудочной железе; Свадхистана - чакра соответствует надпочечникам, а Му-ладхара - чакра - половым железам.

Помимо гипоталамуса в структурах мозга есть ещё одно загадочное нейроэндокринное образование - эпифиз (шишковидная железа). Именно она выделяет гормон сна мелатонин, как только мы попадаем в темноту. Она особенно чувствительна к световой и обонятельной информации, приспосабливает поведение организма ко времени суток и сезонам года.

Сигнал от светового потока по нервным волокнам проникает в эпифиз, изменяя его активность, которая, можно думать, в свою очередь, меняет чувствительность и активность гипоталамуса.

Нельзя исключить, что информация из внешнего мира поступает в гипоталамус в значительной мере через эпифиз.

Насколько данная статья была Вам полезна: