Нереспираторные функции легких

Глава 1. Метаболическая активность легких

О способности легких участвовать в метаболизме ряда биологически активных веществ предполагал И.П. Павлов, отметивший еще в 1887 году уникальные фибринолитические свойства легочной ткани (Павлов И.П., 1951). Намного позднее J. Vane (1969) систематизировал имеющиеся данные по метаболической активности легких, среди которых в качестве основных свойств легких он выделил метаболизм вазоактивных веществ. Это послужило стимулом для дальнейшего изучения метаболических функций легких по отношению к различным веществам.

Было установлено, что в легких присутствуют все ферменты для синтеза катехоламинов [Гончарова В.А., 1983]. У человека содержание катехоламинов в легких представлено в следующей последовательности: адреналин (0,15±0,027 нмоль/г), норадреналин (0,65±0,088 нмоль/г) и дофамин (0,15±0,050 нмоль/г). Наличие ферментативных систем обеспечивает реализацию метаболических и функциональных эффектов как непосредственно в в легких (состояния гемодинамикаи, интенсивность гликолиза, липолиза, водного обмена и др.), так и регуляцию концентрации катехоламинов в артериальном русле. Последнее определяет системный характер реакции организма на изменение концентрации катехоламинов в крови. Следует отметить, что задержка в легких подвергается преимущественно норадреналин за счет ферментативного расщепления его в эндотелии (VaneJ., 1980), в то время как дофамин и адреналин в большей части проходят легкие транзитом. При патологических состояниях в легких характер метаболизма катехоламинов может изменяться. Так, перфузия изолированных органов (Гончарова В.А. с соавт., 1980) сопровождалась активацией синтеза адреналина из его предшественника ДОФА, что сопровождалось повышением концентрации адреналина в перфузируемом растворе.

При изолированной ишемии (продолжительностью 1 ч.) легкого концентрация адреналина в ткани значительно повышалась (Сыромятникова Н.В., Гончарова В.А., Котенко Т.В., 1987) с 0,32±0,1 нмоль/г до 0,92±0,31 нмоль/г. При этом концентрация предшественника адреналина – ДОФА уменьшалась с 0,25±0,05 нмоль/г до 0,15±0,04 нмоль/г. Увеличение продолжительности ишемии сопровождалось дальнейшим истощением запасов ДОФА вплоть до полного его исчезновения.

При системном действии гипоксии (модель гипоксической гипоксии) общий уровень адреналина повышался как в венозной, так и в артериальной крови, но в последней достоверно выше.

Если в контроле общий уровень адреналиноподобных веществ составил в вене 87,0±6,0 мкг/л, а в артерии 75,0±6,0 мкг/л (положительное вено-артериальная разница), то при действии гипоксической гипоксии легкие начинали синтезировать адреналиноподобные вещества и выделять их в оттекающую от легких артериальную кровь. Об этом свидетельствовала отрицательная вено-артериальная разница (в вене концентрация 100,0±7,6 мкг/л, в артерии – 106,0±60, мкг/л; р<0,005.Усиление синтеза адреналиноподобных веществ сопровождалось уменьшением предшественника ДОФА (с 0,35±0,130 нмоль/г до 0,06±0,035 нмоль/г; р<0,05; при выраженной гипоксии) по мере усугубления гипоксии угнетением моноаминооксидазы (МАО; с 5,2±0,86 пмоль/(с.с) до 2,6±0,83 пмоль/(с.г.), р<0,05).

По данным В.А. Гончаровой с соавт. (1981) острый бронхолегочный процесс у кроликов сопровождается увеличением норадреналина и адреналина в ткани легких с параллельным уменьшением ДОФА. В этом случае авторами также отмечено угнетение активности МАО к концу эксперимента (к 5-ому месяцу). Следует отметить, что в этих условиях знак вено-артериальной разницы менялся на противоположный. Другими словами, легкие начинали усиленно синтезировать адреналиноподобные вещества и выделять их в артериальное русло, т.е. в оттекающую от легких кровь. В определенной степени описанную перестройку метаболизма можно отнести за счет развивающейся гипоксии легочной ткани на фоне воспалительного процесса, которое было отмечено при локальной ишемии изолированных легких.

Исследования, проведенные на людях с хроническими воспалительными заболеваниями бронхов, в основном повторили те тенденции, которые были отмечены в эксперименте, хотя стадийность изменений метаболизма у животных и человека различались (Гончарова В.А., 1983).

Не исключено, что повышение уровня адреналина в артериальной крови – есть проявление адаптивной реакции сердечно-сосудистой и дыхательной систем на развивающуюся локальную и системную гипоксию.

Очень важно отметить, что при сочетанных воздействиях (гипотерапия) эти может сопровождаться увеличением концентрации норадреналина в артериальной крови за счет уменьшения его активации в легочной ткани. В данном случае на передний план выступает уже фармакологическая проблема, связанная с коррекцией уровня катехоламинов в общем кровотоке.

Изменения метаболизма катехоламинов не могло не сказаться на обмене их предшественника – серотонина (5 - гидрокситриптамин). Образуется серотонин из аминокислоты ℓ-триптофана. Наиболее активный синтез происходит в тучных клетках, хотя источником могут служить многие ткани, включая и легочную. Транспортной системой серотонина являются тромбоциты (они и сами синтезируют серотонин), которые доставляют амин в клетки – мишени. По данным Н.В. Сыромятниковой, В.А. Гончаровой и Т.В. Котенко (1987) содержание серотонина в легочной ткани человека составляет 2,38±0,73 нмоль/г. Являясь нейромедиатором и модулятором, серотонин активно влияет на метаболизм ткани легких и мозга. Надо отметить, что серотонин активно синтезируется в мозговой ткани, являясь нейромедиатором и нейромодулятором на уровне мозга. Нарушение синтеза серотонина и серотонинергических рецепторов находят при различных патологических состояниях (к примеру, мигрень, депрессия, маниакальный синдром, аутизм). На сосуды малого круга кровообращения серотонин оказывает констрикторный эффект на сосуды малого круга кровообращения, значительно превосходящий эффекты адреналина и норадреналина.

Участие легких в регуляции уровня серотонина заключается в его задержке и инактивации (48% до 98% от введенного). Эта способность легких, по-видимому, является общебиологической, поскольку отмечена у разных лабораторных животных (Гончарова В.А., 1979). Важно отметить то, что легкие способны депонировать серотонин и при определенных ситуациях изменять его концентрацию в артериальной крови. Непосредственно механизмы депонирования серотонина до конца не выяснены, и они могут определяться наличием соответствующих рецепторов в ткани легких (вероятнее всего в эндотемии), так и форменными элементами крови, которые синтезируют и транспортируют серотонин (тучные клетки, тромбоциты). В отношении серотонина легкие оказались метаболически более активным органом в сравнении с печенью.

Интересные данные, полученные В.А. Гончаровой со своими коллегами (Гончарова В.А. с соавт., 1978), свидетельствуют об активном преобразовании серотонина в легких. Так, при изолированной перфузии легких аутологичной кровью источником серотонина служили тромбоциты, что и обуславливало повышение его концентрации в оттекающей от легких крови.

При гипоксии легочной ткани усиливаются процессы окислительного дезаминирования и метилирования, что приводит к истощению запасов серотонина. Эти процессы во многом зависели от длительности ишемии и гипоксии. (Гончарова В.А., 1983). При воспалительных процессах в легких как в эксперименте, так и в клинических условиях у пациентов наблюдается нарушение метаболизма серотонина в легких. Так, при экспериментальном бронхо-легочном процессе, воспроизводимом на кролике, отмечался выброс серотонина из легких в первый месяц моделирования процесса с последующим выравниванием веноартериальной разницы и даже появлением отрицательных ее значений при хронизации процесса. Естественно предположить, что изменения метаболизма в легочной ткани могут существенно влиять на функции других органов и систем. Полиэтиологичность повреждения легочной ткани при различных патологических процессах предполагает и нарушения в регуляции уровня катехоламинов в системном кровотоке. Сегодня эти факторы практически не учитываются в практической медицине, хотя могли бы составить отдельное направление клинической фармакологии. С учетом метаболической активности легких такое направление следует считать перспективным, но труднодоступным в исследовательском плане. Однако последнее обстоятельство не должно сдерживать исследовательский интерес к данному направлению. Диапазон метаболической активности легких не ограничивается катехоламинами, а включает в себя целый арсенал биологически активных веществ и гормонов. Наиболее исследованным веществом в этом аспекте оказался ацетилхолин.

Во многом обмен ацетилхолина в легком зависит от состояния кровонаполнения и кровообращения в легком, так как большая функция ацетилхолина транспортируется эритроцитами (Кассиль Г.Н. с соавт., 1976). Исключая нейромедиаторную функцию ацетилхолина можно указать на его способность существенно влиять на метаболизм легочной ткани, увеличивая процесс липолиза. В этом плане ацетилхолин выступает в определенном смысле синергистом катехоламинов. Вполне понятно, что изменение внутрилегочной концентрации ацетилхолина, влияет на многообразные функции легких (Сергиевский М.В., 1975; Wasserman, 1975).

Следует особо отметить, что между метаболизмом ацетилхолина в легких и концентрацией ацетилхолина в мозге складываются сложные, но определенные взаимоотношения. Это обстоятельство лишний раз подчеркивает взаимообусловленность и взаимодействие эндокринной и нервной систем. Как показали наши дальнейшие исследования, состояние центральных нервных регулирующих структур во многом могут определять характер и направленность метаболических процессов в легких.

Последующие успехи изучения метаболических функций легких и формированием теории связано с открытием АРUD(AminePrecursorUptakeandDecarboxylation) – системы в организме, приоритет в открытии которой принадлежит канадцуPears. Суть теории заключается в том, что в организме, наряду со специфичными эндокринными органами, существуют диффузно распространенные по тканям организма нейросекреторные клетки, синтезирующие большое количество нейропептидов и гормонов. Считалось, что эти клетки имеют единое эмбриональное происхождение с клетками нервной системы. Считалось, что они происходят из гребешка эмбриональной нервной трубки. К такому выводуPearsпришел, имея достаточно веские доказательства. Однако он несколько ошибся. Оказалось, что компонентыAPUD– системы не обязательно имеют отношение к нейроэктодерме. Современное представление предполагает различное происхождение апудоцитов. Например, часть из них происходят из гребешка нервной трубки; другая часть апудоцитов происходит из эктодермы – это апудоциты адреногипофиза и кожи; апудоциты желудочно-кишечного тракта, поджелудочной железы, щитовидной железы и легких имеет эндодермальное происхождение.