2.1. Совершенствование регуляторных механизмов в процессе эволюции

Древнейшая форма взаимодействия между клетками многоклеточных органов - химическое влияние, осуществляющееся посредством продуктов обмена веществ, которые выделяются в жидкости организма. В этом случае все многообразие физиологически активных соединений, образующихся в процессе жизнедеятельности органов, тканей и клеток, включая продукты распада белков, углекислый газ, электролиты и др., лежит в основе гуморальных механизмов связи между органами.

Межклеточное (креаторное) взаимодействие через микроокружение тканей - один из наиболее эволюционно старых способов регуляции в организме. Оно осуществляется макромолекулами, несущими информацию, необходимую для регулирования внутриклеточного синтеза определенных молекул белка для обеспечения дифференцировки, роста, развития и объединения клеток в ткани. К веществам, обеспечивающим такого рода местную гуморальную регуляцию, можно отнести кейлоны - белки или гликопротеиды, способствующие подавлению деления клеток и синтеза ДНК. Возможно, нарушение креаторных связей обусловливает патогенез опухолевого роста и других заболеваний.

Местные регуляторные эффекты метаболитов неспецифичны и сводятся к регуляции обменных процессов и функции органов - источников их возникновения. Так, избыток молочной и пировиноградной кислоты при интенсивной мышечной работе угнетает сократительную способность мышц и в то же время приводит к увеличению в них кровотока (рабочей гиперемии), интенсификации метаболизма этих недоокисленных продуктов.

Гуморальные связи, общие и для мира животных, и для растений, характеризуются рядом особенностей. Во-первых, относительно медленным распространением химического вещества. Во-вторых, отсутствием точного адреса, по которому следует соединение, поступающее в кровь, лимфу или тканевую жидкость. Его действие не локализовано, не ограничено определенным местом и, следовательно, диффузно. И наконец, в-третьих, малой надежностью связи, поскольку вещество высвобождается в малых количествах и обычно быстро разрушается или выводится из организма.

Кроме того, физиологически активные вещества, разносясь током крови по всему, организму, только в определенных местах, в результирующих органах или клетках-мишенях, вызывают целенаправленные специфические реакции при взаимодействии с эффекторами или соответствующими рецепторными образованиями.

В процессе эволюции животного мира механизмы гуморальной регуляции постепенно дополнялись более сложными и более совершенными механизмами нервной регуляции функций. Более того, по мере совершенствования живых систем гуморальные связи все более подчиняются нервному влиянию. Устанавливается фактически неразделимое взаимодействие, между гуморальными и нервными компонентами регуляторного процесса - единая система взаимосвязанных нейрогуморальных отношений.

Доминирование у высокоорганизованных существ нервных механизмов регуляции функций не означает редукции гуморальной системы связи. На следующем этапе развития живых существ появляются специальные органы - эндокринные железы, вырабатывающие гуморально действующие вещества - гормоны. Их действие зачастую весьма специализировано.

Доказано также, что в окончаниях нервных волокон, образующих синаптические контакты с мышцами или другими нервными клетками, высвобождаются посредники, переносчики нервного влияния, или медиаторы (трансмиттеры), которые действуют на специализированные системы рецепторов и тем самым осуществляют исполнительный акт. Влияние гуморальных веществ на клетки осуществляется и непосредственно на рецепторы, регулирующие проницаемость ионных каналов поверхностных мембран, и косвенно через ряд промежуточных инстанций, и, в частности, через образование циклических нуклеотидов (аденозин- или гуанидин-5 монофосфат) - внутриклеточных посредников.

Известны четыре системы вторичных посредников: 1 - аденилатциклаза - циклический аденозинмонофосфат (цАМФ), 2 - гуанилатциклаза - циклический гуанозинмонофосфат (цГМФ), 3 - фосфолипаза С - инозитолтрифосфат (ИФ), 4 - ионизированный кальций.

Нервная регуляция как высший этап развития приспособления организма к меняющимся условиям среды. В прошлом некоторые исследователи противопоставляли нервную регуляцию функций гуморальной. Сторонники гуморального направления игнорировали и сводили к минимуму роль нервных связей, в то время как представители нервной теории стремились опровергнуть наличие сколько-нибудь существенного химического взаимодействия между тканями организма. Современная физиология полностью отвергает противопоставление отдельных видов регуляции.

В многочисленных экспериментах показано, что разнообразные продукты обменных реакций могут действовать как раздражители не только непосредственно на мембраны клеток, но и на нервные окончания - хеморецепторы, вызывая рефлекторным путем определенные физиологические и биохимические сдвиги.

Так, многие передатчики нервного влияния - медиаторы, выполнив свою основную роль и избежав ферментативной инактивации или обратного захвата нервными окончаниями, попадают в кровь, осуществляя дистантное (немедиаторное) действие. Проникая через гистогематические барьеры, они поступают в органы и ткани и регулируют их жизнедеятельность. Состояние самой нервной системы зависит не только от информации из окружающей и внутренней среды, но и от снабжения кровью и от различных ингредиентов внутренней среды.

При этом имеет место теснейшая взаимосвязь и взаимообусловленность нервных и гуморальных процессов. Так, нейросекреторные клетки гипоталамических ядер являются местом трансформации нервных стимулов в гуморальные, а гуморальных в нервные. Помимо разнообразных медиаторов в мозгу синтезируются многочисленные пептиды и другие активные соединения, принимающие участие в регуляции деятельности головного и спинного мозга, а при поступлении в кровь - всего организма. Таким образом, и мозг тоже можно назвать эндокринной железой.

Физиологическая активность жидких сред организма обусловлена в значительной степени соотношением электролитов и микроэлементов, состоянием синтезирующих и расщепляющих ферментных систем, наличием активаторов и ингибиторов, образованием и распадом сложных белково-полисахаридных комплексов, связыванием и высвобождением субстратов несвязанных форм и т. д.

Важную роль в нейрогуморальной регуляции функций играют гормоны, разнообразные продукты промежуточного обмена, объединяемые под названием метаболиты, тканевые гормоны, гипоталамические нейрогормоны. Они меняют чувствительность клеток (количество и сродство рецепторов) к гуморальным и нервным влияниям, модулируют регуляторные сигналы за счет сдвигов проницаемости мембран, их электрических зарядов, рецепции, образования вторичных посредников, интенсивности энергетического метаболизма и кровоснабжения тканей. Образуясь в неспецифических клетках, большинство биологически активных веществ способно проникать из межклеточной среды в кровь и, таким образом, наряду с основным местным регуляторным влиянием оказывать региональные и даже генерализованные эффекты.

Какие же преимущества обеспечивает способ регуляции функций, осуществляемый с преимущественным участием нервного аппарата? В отличие от гуморальной связи нервная связь, во-первых, имеет точную направленность к определенному органу и даже группе клеток и, во-вторых, через нервные проводники связь осуществляется с гораздо большей скоростью, в сотни раз превышающей скорость распространения физиологически активных веществ. Наряду с кабельным способом управления по принципу "абонент-ответ", как на телефонной станции, центральный аппарат нервной системы с преобладающими интегративными промежуточными нейронами обеспечивает вероятностный принцип управления, гибко приспособленный к непрерывно меняющейся обстановке и обеспечивающий детермированные исполнительные реакции.