Г. Н. Кассиль

Внутренняя среда организма

АКАДЕМИЯ НАУК СССР

Ответственный редактор член-корреспондент АН СССР Л. Г. Воронин

Предисловие

Стремительный рост представлений о процессах, совершающихся в живых системах, требует систематического пересмотра высказанных на том или другом этапе суждений, положений и предположений. Уже общепризнано, что в наше время истины, самые трудные для восприятия неспециалиста, становятся доступными массовому читателю. Опыт ведущих научно-популярных изданий, будь то статьи, журналы, книги, говорит о необычайном интересе, который проявляется во всех областях знания именно неспециалистами к самым различным вопросам мироздания, начиная от микромира и кончая необъятностью Вселенной. Жизнь показывает, что особенно велик интерес к проблемам биологии и медицины, переживающим на наших глазах подлинную революцию. Требуют пересмотра традиционные, принятые представления, незыблемые устои, непреложные истины. Жизнь — неразрешимая загадка дня вчерашнего, приоткрывшая свои тайны сегодня, завтра, быть может, будет воспроизведена искусственно в немыслимых лабораториях будущего.

Проблемы внутренней среды, гуморализма, гомеостаза, стресса, генной инженерии необычайно расцвели к концу 20-го столетия. Но если совсем недавно было известно лишь небольшое число специфических гормонов, выделяемых немногочисленными и строго локализованными железами внутренней секреции, то за последние годы стало ясно, что биологически активные вещества гормоноподобного и медиаторного действия образуются во всех клетках и тканях. Вещества эти, оказывая влияние на отдельные физиологические системы, одновременно регулируют, координируют и настраивают функции всего организма. Его состояние и деятельность в самой высокой степени определяются физическим и химическим строением, специфическими биологическими свойствами этих веществ.

Каждый год открываются, описываются, а нередко и синтезируются сложнейшие химические соединения типа нейрогормонов, тканевых гормонов, метаболитов, медиаторов, способных вызвать или погасить физиологические или биохимические процессы, ускорить или замедлить их течение.

Содержание или соотношение этих соединений во внутренней среде определяет гормональный портрет человека, иными словами, состояние организма в данный момент, его потенциальные возможности, работоспособность, выносливость. Этот гормональный портрет позволяет в какой-то мере определить границы физиологических возможностей организма, прогнозировать его успехи и неудачи, предсказать степень изнашивания, предвидеть сроки выхода из строя.

Первое издание книги «Внутренняя среда организма» вышло в 1978 г. С тех пор наши знания в этой области во многом изменились и расширились. Открылась новая страница в нейрохимии мозга, широко развернулось учение о пептидах мозга, были открыты пептиды боли, памяти, настроения, сна. Внесены коррективы в представления о нейрогуморально-гормонально-барьерной регуляции функций, возникло учение о гуморальных рецепторах, об интимных механизмах действия медиаторов и гормонов на клетку.

Все это настоятельно диктовало необходимость нового издания книги. Изложенные в ней факты, мысли, соображения действительны сегодня. Быть может, завтра они будут нуждаться в пересмотре. Книга отражает в основном собственные представления автора и он будет благодарен за любое замечание, так как заранее уверен, что его представления потребуют в будущем уточнения под натиском новых фактов, новых мыслей, гипотез и экспериментов.

От автора

Постоянство внутренней среды — залог свободной и независимой жизни.

Клод Бернар

История науки знает много откровений, немало славных, сделавших эпоху открытий. К ним по праву принадлежит учение о внутренней среде организма. Выдающийся английский ученый Джон Холдейн назвал это учение наиболее плодотворным из всех когда-либо созданных физиологами. О внутренней среде и связанных с ней проблемах гомеостаза, нейрогуморальных, нейроэндокринных и барьерных механизмов регуляции функций написано множество книг, обзоров, трактатов, полемических статей. Но если одни исследователи — биологи, медики, философы безоговорочно приняли идею существования внутренней среды, отличной от внешней, другие отнеслись к ней с сомнением, третьи с недоверием, четвертые не поняли или не пожелали понять. Образное выражение Клода Бернара «свободная и независимая жизнь» нередко расценивалось как противопоставление организма среде обитания, что, конечно, не соответствует вложенному в него смыслу. Понадобились годы споров, горы экспериментальных материалов, чтобы понять и осмыслить единую, неразделимую сущность физиологических процессов в организме человека и животных, постичь глубочайшее взаимопроникновение, морфологическое, физиологическое, биохимическое, существующее между внутренней средой и окружающим миром. Постоянство внутренней среды превратилось в основной закон жизни, определяющий состояние и деятельность высокоорганизованной живой системы.

Длившиеся многие годы споры между «нервистами» и «гуморалистами» представляют лишь исторический интерес. Линиц Бернар — Кеннон и Сеченов — Павлов не только сомкнулись, но и слились воедино. Автор этой книги, получивший физиологическое образование под руководством выдающегося советского ученого академика Лины Соломоновны Штерн и посвятивший всю свою научную деятельность изучению гуморально-гормональных и барьерных механизмов регуляции в условиях нормы и патологии, пришел к выводу, что необходимо критически осмыслить на фоне сделанного другими то, что сделано в этой области им самим.

Форма, которая была избрана с этой целью, несколько необычна. Это не исчерпывающая монография с последовательным пересказом работ, выполненных со дня зарождения проблемы внутренней среды или задолго до него с длинным списком литературы и перечнем опубликованных во всех странах мира теоретических и экспериментальных, подчас противоречащих друг другу изысканий. Читателю предлагается небольшая книга, рассчитанная не столько на специалиста, сколько на небиолога, нефизиолога, неврача. Использованы в основном собственные материалы, накопленные совместно с товарищами по работе, сотрудниками и учениками. Материалы эти получены в значительной мере во Всесоюзном научно-исследовательском институте физической культуры и, как правило, опубликованы в специальной литературе. Всем, чьи результаты экспериментов, мысли, соображения и предложения нашли место на страницах этой книги, — глубокая дружеская признательность.

Второе издание книги в значительной степени перестроено, дополнено и переработано. В него вошли новые данные, новые представления, изъяты некоторые положения, утратившие свое значение.

Глава I. Внутренняя среда

Трудно поверить, но представление о внутренней среде таит для многих исследователей элементы неясности и неопределенности. И хотя уже не менее 130 лет термин «внутренняя среда» не сходит со страниц научных монографий, журналов, диссертаций и ученых трактатов, споры о том, что понимать под ним, продолжаются до наших дней. Понятие это прочно вошло в медицинскую литературу и на первый взгляд как будто не требует разъяснения. Внешняя среда — окружающий нас мир, все, что находится вне нашего тела, внутренняя — то, что находится внутри него. Границы между средами пролегают по кожному покрову и слизистым оболочкам. На самом же деле это примитивное суждение. Является ли внутренняя среда анатомической единицей, совокупностью отдельных клеток, физиологической системой, философским или психологическим понятием? Существует ли определение, одинаково приемлемое для морфологов, физиологов, философов и психологов?

Поэтому книгу эту мы начинаем с классической физиологической дефиниции, сформулированной нашими учителями — крупнейшими естествоиспытателями XIX и XX столетий. В разных вариантах ее можно найти во всех справочниках, в общих и специальных энциклопедиях мира.

Внутренняя среда организма — комплекс жидкостей (крови, лимфы, тканевой жидкости), омывающих в высокодифференцированном животном организме клеточные элементы и принимающих то или иное участие в питании и обмене органов и тканей. От химического состава, физико-химических и биологических свойств внутренней среды зависят реактивность и возбудимость органов, их чувствительность к различным воздействиям, трофика, а также в значительной степени состояние и жизнедеятельность организма в целом.

Общей внутренней средой организма является кровь, но поскольку клетки органов с кровью не соприкасаются, в процессе эволюционного развития роль непосредственной питательной среды (микросреды) тканевых элементов приобрела тканевая (интерстициальная, межклеточная, внеклеточная) жидкость, состав и свойства которой специфичны для отдельных органов и соответствуют их структурным и физиологическим особенностям.

Термин «внутренняя среда» в отличие от «внешней» впервые употребил французский гистолог Шарль Робен, но теорию ее создал Клод Бернар — один из самых блестящих умов Франции XIX века. Обычно началом эры «внутренней среды» считают 1878 г., когда была окончательно сформулирована концепция Кл. Бернара о постоянстве ее состава и свойств, но фактически уже в 1854 г. во второй лекции на только что созданной кафедре физиологии Парижского университета он сказал: «... но когда речь идет об отдельном организме, состоящем из множества молекул, невозможно, чтобы они все соприкасались с внешней средой, им необходима особая среда... этой средой является кровь...».

В лекции по экспериментальной патологии (1865 г.) Кл. Бернара[1] можно найти несколько суженное определение понятия о внутренней среде: «Внутренняя среда не что иное как та среда, в которой живут элементарные части организма... смешивать внутреннюю среду с кровью — это значит давать ей слишком широкую формулировку... внутренняя среда — это лишь кровяная плазма и, следовательно, в свойствах этой жидкости нужно искать условие существования элементарных органов...» Быть может, поэтому возникло неправильное мнение о взглядах Кл. Бернара на проблему внутренней среды.

В 1867 г. в высказываниях Кл. Бернара[2] можно найти более точное определение внутренней среды: «Эта идея, высказанная в первый раз нами, принята уже многими физиологами, и вы сами можете судить, насколько она облегчает и уясняет анализ элементарных явлений жизни. Внутренняя среда формируется у высших животных в виде „циркулирующей жидкости“, приводящей беспрерывно органические элементы в соотношение друг с другом и наружной средой. Жидкость эта есть кровь. Под внутренними средами мы подразумеваем здесь не только кровь, но все плазматические и бластоматические жидкости, которые из нее происходят... Внутренняя среда есть, следовательно, произведение организма; она образуется из всех составных частей крови — азотистых и безазотистых, белковины, фибрины, сахара, жира и прочее... за исключением кровяных шариков, которые есть уже самостоятельные органические элементы». Но только в 1878 г. Кл. Бернар[3] четко определил свое представление, сохранившее значение до наших дней: «...Я первый стал настаивать на той идее, что для животного есть собственно две среды: одна среда внешняя, в которой помещен организм, а другая среда внутренняя, в которой живут элементы тканей. Существование животного происходит не во внешней среде... но в жидкой внутренней среде, которую составляют органическая жидкость, окружающая и питающая все анатомические элементы тканей; это лимфа или плазма, жидкая составная часть крови, которая у высших животных проникает в ткани и составляет совокупность всех промежуточных жидкостей, выражение всех местных питаний, источник и слияние всех элементарных обменов... „Постоянство внутренней среды есть условие свободной, независимой жизни“ (курсив наш. — Г. К.). Это достигается посредством процесса, который поддерживает во внутренней среде все условия, необходимые для жизни элементов». И дальше: «Постоянство среды предполагает такое совершенство организма, чтобы внешние перемены в каждое мгновение компенсировались и уравновешивались. Следовательно, высшее животное относится к внешнему миру вовсе не индифферентно; напротив, оно находится в тесном и строгом отношении к нему, так что его равновесие вытекает из постоянной и тонкой компенсации, устанавливаемой как бы самими чувствительными весами».

Знаменитая фраза Кл. Бернара о «независимой жизни» вызвала немало возражений, нареканий, критических замечаний как со стороны биологов, так и философов. Чаще всего это было вызвано недопониманием или неправильным толкованием заложенной в ней идеи. «Наличие такой внутренней среды, — писала Л. С. Штерн[4], — создает для данного организма более или менее широкую независимость от общей окружающей среды, обмен с которой является необходимым условием его существования. Эта относительная независимость создает для него возможность свободного передвижения, свободного перехода из данного окружения в другое без существенного нарушения его нормальной жизни, его развития и деятельности».

Кл. Бернар считает, что в природе встречаются три формы жизни: 1) латентная, при которой обмен полностью подавлен и жизнь не проявляется вовсе, 2) осциллирующая, периодически зависящая от условий внешней среды, 3) постоянная или свободная, при которой жизнь не прекращается даже при резких сдвигах и колебаниях в окружающей среде. И в то же время Кл. Бернар неоднократно подчеркивал, что в механизмах свободной, независимой жизни взаимоотношения между внешней и внутренней средами являются чрезвычайно тесными и выявляются на всех этапах существования живой системы.

Ш. Робен утверждал впоследствии, что идею «внутренней среды» К. Бернар заимствовал у него. Возможно, что был использован термин, но концепция полностью создана К. Бернаром.

Американский физиолог Уолтер Брейдфорд Кеннон продолжил, развил и дополнил уже в нашем столетии эту концепцию. Его учение о гомеостазе (гомеостазисе) основано на представлениях Кл. Бернара о постоянстве внутренней среды: «...обычно, — писал он[5], — мы говорим о себе, как о животных, обитающих в воздухе. Небольшое размышление, однако, откроет интересный факт, что мы отделены от окружающего нас воздуха слоем инертного материала». Понадобилось более полувека, чтобы семена, посеянные К. Бернаром, дали первые всходы.

Правы М. Г. Ярошевский и С. А. Чеснокова[6], утверждая, что Бернаровская идея долгое время оставалась вые поля зрения физиологов, пока не созрело время для ее восприятия. У. Кеннон, пишут они, «оказался подготовленным к ассимиляции и развитию того, что оставил Бернар. Концепция внутренней среды начала работать», и (добавим мы) безупречно работает до наших дней.

У. Кеннон ввел в науку понятие о «флюидной матрице», состоящей из «инертного материала». По существу, это та же идея К. Бернара о внутренней среде, состоящей из крови, лимфы и тканевой жидкости. Еще более точно — флюидная матрица это водная среда, которая содержит соли, белковые, жировые, углеводные и другие материалы, необходимые для жизнедеятельности клеток.

Как указывает Кеннон, организм отличается необычайной стабильностью, несмотря на то что состоит из крайне неустойчивых, чувствительных к различным воздействиям элементов. Вся его жизнедеятельность протекает на определенном практически неизменном уровне. Отдельные части нашего тела устойчивы потому, что постоянна окружающая их питательная среда (fluid matrix). Это постоянство регулируется автоматически. Поскольку состав и свойства внутренней среды организма однородны и противостоят более или менее значительным колебаниям, отпадает необходимость в бесчисленных специальных приспособлениях, поддерживающих устойчивую деятельность отдельных органов и физиологических систем. Поэтому постоянство внутренней среды следует рассматривать как чрезвычайно экономичное устройство. Оно составило один из важнейших разделов учения Кеннона о гомеостазе. Представления Кл. Бернара были расширены, его концепция сделала новый виток, получила прочное теоретическое и экспериментальное обоснование.

Почти одновременно с Кенноном свое представление о внутренней среде сформулировала Л. С. Штерн. «В отличие от простейших, у более сложных многоклеточных организмов обмен с окружающей средой совершается при посредстве так называемой внутренней среды, из которой отдельные ткани и органы черпают необходимый им материал и в которую они выделяют продукты своего метаболизма»[7]. И дальше: «... по мере дифференциации и развития отдельных частей организма (органов и тканей) должна создаваться и развиваться для каждого органа, для каждой ткани своя непосредственная питательная среда, состав и свойства которой должны соответствовать структурным и функциональным особенностям данного органа. Эта непосредственная питательная или интимная среда каждого органа должна обладать определенным постоянством, обеспечивающим нормальную жизнедеятельность омываемого ею органа... Непосредственной питательной средой отдельных органов и тканей является межклеточная или тканевая жидкость».

И это определение вытекает из концепции Кл. Бернара, но в нем звучит новая, впоследствии полностью подтвердившаяся мысль — выделена специфика состава и свойств непосредственной питательной среды каждого органа, каждой ткани. Не универсальная тканевая жидкость, всюду одинаковая, не различимая по своему составу и свойствам во всех частях организма, а тканевая жидкость дифференцированная, приспособленная к функциям отдельных органов или физиологических систем. Это принципиально новая добавка к учению о внутренней среде — фундаментальное обоснование созданной Л. С. Штерн теории барьерных механизмов. Через несколько лет в литературе появился термин «микросреда» органов и тканей, по существу не внесший что-либо нового в представление о непосредственной питательной среде.

Все это относится не только к наиболее совершенному и наиболее сложно устроенному человеческому организму, но и к любому простейшему существу растительного или животного мира.

Для бактерии, инфузории или амебы, соприкасающейся своей поверхностью с каплей воды, в которой она живет, эта капля олицетворяет весь мир, всю внешнюю среду. Состав и свойства воды, наличие в ней питательных веществ, способность пропускать солнечные лучи, ее температура определяют всю жизнедеятельность клетки, реакцию ее на внешние раздражения, размножение.

Но у животных, организм которых состоит из различных по своему строению и деятельности бесчисленных клеток, жидкость, омывающая поверхность тела, не является средой обитания для внутренних органов, например печени, легких, мозга, сердца. Пресная вода реки или соленая вода моря — это внешняя среда для обитающего в ней организма, но не для отдельных клеток, из которых состоят его органы и ткани.

Воздушный океан, окружающий наше тело, не приходит в соприкосновение с внутренними органами. Но ни одна клетка не может существовать, если не получает в достаточном количестве кислород и не удаляет отработанные продукты обмена веществ. Вот почему у сложных многоклеточных организмов в процессе эволюционного развития возникла особая «внутренняя среда», в известной мере отгороженная от окружающего мира.

Внутренняя среда понятие интегративное, единое и неделимое. И кровь, и лимфа, и тканевая жидкость составляют физиологическое целое, разбивать которое на две отдельные внутренние среды (кровь и тканевая жидкость), как это пытаются сделать некоторые авторы, не только невозможно, но и недопустимо.

* * *

Общая внутренняя среда, быть может, вернее, ее общий отдел — кровь, это удивительнейшая по своему составу и свойствам жидкость, жидкая ткань, заполняющая многочисленные сосуды нашего тела, магистральная система, питающая его клетки, несущая им кислород, белки, углеводы, жиры, витамины, соли, т. е. все то, без чего невозможно их существование. Состав и свойства ее отличаются относительным, динамическим, но достаточно устойчивым постоянством, что позволяет организму сохранять свободу существования в изменчивых условиях окружающего его мира. «Кровь, надо знать, совсем особый сок», — говорит Мефистофель Фаусту.

Во тьме веков, быть может три-четыре миллиарда лет назад, в глубинах океана зародилась первая живая клетка. Морская вода омывала и берегла ее. Море стало ее питательной средой. Из него черпала клетка необходимые ей питательные вещества и соли, ему отдавала продукты своего обмена. Живой организм, из которого на вершине эволюции произошел человек, усвоил и заключил в себе частицу моря. И до сих пор в наших артериях и венах течет жидкость, близкая по своему составу и свойствам к соленой воде моря. «Море издавна влекло человека, — говорит Жан Пикар[8]. — Биологи усматривают в этом влечении инстинктивное желание познать тайну происхождения жизни. В самом деле ведь наша кровь по составу схожа с морской водой, а утробное развитие повторяет эволюцию жизни на нашей планете. И кто знает, быть может подводный вулкан, извергая пламя, высек в море искру жизни, а колоссальное давление глубин послужило катализатором великому процессу». И, действительно, кто может знать?

Кровь переносит огромное количество химических соединений, совершенно необходимых для жизненных процессов организма. Помимо питательных веществ, кислорода и отходов жизнедеятельности клеток, она содержит самые разнообразные элементы, без которых жизнь вообще немыслима. Для того чтобы жить и существовать, каждая клетка должна не только получать продукты питания, но и освобождаться от постепенно накопляющихся в ней шлаков и отбросов. И здесь возникает проблема о возможных границах жизненного процесса, о той узкой полосе в сложном многообразии природы, в которой возможна жизнь.

Мы не знаем, каковы условия существования на других планетах. Формы бытия разнообразны. Но на земле жизнь возможна в очень ограниченных пределах и выдерживает едва заметные по сравнению с космическими масштабами колебания и сдвиги.

Если бактерия, вирус или амеба в определенных условиях еще способны вынести глубокое замораживание или сравнительно высокое нагревание, то человек неизбежно погибает, не защитив себя от них специальными, естественными или искусственными приспособлениями. Живой организм, особенно организм высших животных и человека, обладает поистине удивительными свойствами сохранять свою жизнеспособность в самых неблагоприятных условиях. Он сопротивляется натиску бушующей стихии, продолжает жить при стремительных перепадах температуры воздуха и атмосферного давления, под обжигающими лучами солнца, в условиях ледяного дыхания межпланетного пространства, при бомбардировке космическими лучами. Он живет и может жить, потому что сохраняет постоянство своей внутренней среды. Но человек погибает, если температура его тела повышается на 6—7°, если состав крови, ее осмотическое давление, кислотность или щелочность выходят за пределы какой-то очень стабильной, неизменной величины. Зона комфорта, наибольшего благоприятствования для клеток органов и тканей ограничивается столь сжатыми пределами, что в некоторых случаях переход от нормы к нарушению почти незаметен.

Мы уже знаем, что понятие о внутренней среде не исчерпывается одной кровью. В сложных организмах клетки органов не соприкасаются ни с атмосферным воздухом, ни с кровью. В нормальных условиях эта жидкая ткань не покидает пределы сосудистой системы, не выливается из капилляров в межклеточные пространства. Клетки окружены тканевой (межклеточной или интерстициальной) жидкостью.

Несмотря на совершенную, четко организованную систему регуляции состава крови, в ней могут возникнуть и неизбежно возникают то кратковременные, то затяжные колебания, способные нарушить нормальное существование клеток. Постоянство состава крови оказалось недостаточным для клеток внутренних органов, особенно для нервных клеток мозга, которые могут существовать лишь при очень устойчивом режиме. Любой орган, будь то мозг, печень или почки, имеет свою непосредственную питательную среду, микросреду, нечто вроде микрорайона со своим микроклиматом. В крошечном мирке, который окружает клетку, недопустимы бури и катастрофы, неожиданные изменения, непредвиденные сдвиги. Здесь царят относительный покой, адекватные, оптимальные условия для жизни и деятельности клеток.

Пусть меняются условия окружающего мира, пусть повышается и падает температура воздуха, колеблется атмосферное давление, нарастает влажность, усиливается радиация — в микросреде органов и тканей физиологические часы отбивают свой запрограммированный ритм.

Предложен ряд методов экспериментального и клинического исследования тканей или межклеточной жидкости, а также определения ее объема у животных и человека. Однако получить тканевую жидкость в достаточном для химического анализа количестве практически невозможно. Поэтому приходится прибегать к гистологическим и гистохимическим методам определения в ней биологически активных веществ, например катехоламинов, ферментов (холинэстеразы) и т. д. Применение электронной микроскопии значительно расширило наши представления о строении межклеточных пространств и тем самым о свойствах тканевой жидкости. Наиболее точные результаты получены при помощи радиоактивных индикаторов. Установлено, что объем тканевой жидкости равен у кролика 23—25% веса тела, у крысы 23—29%, у человека 23—29% (в среднем 26,5%). Наиболее удобным объектом для изучения является жидкость, скопляющаяся в больших межклеточных полостях, например в передней камере глаза, плевре, внутреннем ухе и т. д. В течение многих лет цереброспинальная жидкость приравнивалась к межклеточной жидкости мозга. Однако работы последних лет поколебали эту установку.

Но, формулируя представление о внутренней среде, нельзя забывать, что существует третий ее компонент, как бы связывающий воедино два первых — кровь и тканевую жидкость. Речь идет о лимфе, заполняющей специальный лимфатический аппарат с его капиллярами, протоками, сосудистой сетью и магистральными путями, впадающими в кровеносную систему. Лимфатические пути, так же как и кровеносные, подробно изучены, описаны, сфотографированы и зарисованы. В любом учебнике анатомии, в каждом анатомическом атласе можно найти рисунки, изображающие сеть лимфатических узлов и сосудов, собирающихся воедино в два больших протока — грудной и правый лимфатический.

Анатомы и гистологи выполнили свою задачу. Они изучили и описали строение лимфатической системы. Но физиологи еще до сих пор спорят о происхождении лимфы, о ее значении, о нейрогуморально-гормональных механизмах регуляции лимфообразования. Одна теория сменяет другую, одно предположение отвергается другим. Имена К. Людвига, Р. Гейденгайна, Э. Старлинга, Л. Ашера вошли в историю учения о лимфообразовании. История эта длинная, богатая открытиями, удачами и просчетами, спорами и примирениями различных точек зрения. Советский физиолог А. П. Полосухин и его сотрудники считают, что лимфа вступает в самую тесную, непосредственную связь с каждой клеткой органов и тканей, благодаря чему служит им постоянной внутренней средой, обеспечивая все необходимые жизненные процессы в клетках организма. В настоящее время, утверждают видный советский анатом Д. Жданов и А. Полосухин, «установлено, что свободной тканевой жидкости не существует, обмен веществ между кровью и клетками паренхимы происходит через основное вещество соединительной ткани». Но вот перед нами капитальный труд выдающегося венгерского ученого И. Русньяка[9] с соавторами. Почти в каждой главе он подчеркивает, что лимфа не идентична ни фильтрату капилляров, ни тканевой жидкости. Жидкость, заполняющая лимфатические сосуды, отличается от внеклеточной, интерстициальной жидкой массы, от «тканевого сока». Не лимфа, а именно тканевая жидкость является непосредственной внутренней средой органов и тканей. Между ними расположены мембраны, проницаемость которых может быть различной в разных органах и тканях (см. гл. 6). Но в то же время состав тканевой жидкости, лимфы и жидкостей, заполняющих серозные и синовиальные полости организма, в значительной степени один и тот же и приближается к составу плазмы крови. Однако содержание химических и биологически активных веществ в лимфе, полученной из различных участков тела, меняется в зависимости от питания, интенсивности обмена веществ, поступления в лимфатические сосуды тех или других метаболитов (белков, жиров, углеводов, витаминов, солей). От плазмы крови лимфа отличается более низким содержанием альбуминов и глобулинов, остаточного азота, общего холестерина, но более высоким количеством глюкозы. К сожалению, пет возможности сравнить состав лимфы и тканевой жидкости; по мнению большинства авторов, различия между ними, вероятно, не столь уж велики.

Лимфатические капилляры заканчиваются в органах слепыми мешками и составные элементы тканевой жидкости поступают в ток лимфы через эндотелиальную стенку капилляра. Проницаемость лимфатического капилляра однонаправленная. Вещество легко проходит из тканей в лимфу, но задерживается при переходе из лимфы в ткань.

* * *

Наш организм может жить и развиваться лишь в том случае, если между ним и средой обитания происходит постоянный обмен веществ. Из внешней среды он получает необходимые питательные вещества и энергию. Внешняя среда направляет, регулирует и организует его деятельность, определяет его существование. Внутренняя же среда создает условия для «свободной и независимой» жизни. Организм формирует сам свою внутреннюю среду, но формирование это происходит под постоянным и непрекращающимся воздействием со стороны окружающего мира. В этом плане можно и нужно говорить о диалектическом единстве внешней и внутренней сред. Они взаимозависимы и взаимообусловлены.

Постоянство внутренней среды, конечно, не является абсолютной величиной. Оно не втиснуто в жесткие, нераздвигаемые рамки и отличается достаточной лабильностью, ибо в живом организме нет и не может быть неколеблющегося равновесия. Для живой системы равновесное состояние подобно смерти. Жизнь — это отрицание неподвижной, застывшей несдвигаемости, состав и свойства внутренней среды постоянно меняются, границы их сводятся, расходятся и снова возвращаются к некоей средней оптимальной величине. Колебания эти совершаются в наиболее благоприятных для жизнедеятельности пределах. Благодаря этому человек может переходить из одного внешнего окружения в другое. Он сохраняет устойчивость внутренней среды в Арктике и на экваторе, при погружении на дно океана, в стратосфере, космосе, на полюсе, на вершине Эвереста и даже на Луне. Извне и изнутри на живую систему постоянно действуют разнообразные «возмущающие» факторы. Прием пищи, время дня и ночи, атмосферное давление, магнитное поле, различные внешние раздражители (речь, музыка, свет, звуки, запахи) неизбежно вызывают сдвиги в составе и свойствах крови, лимфы и тканевой жидкости. Но эти сдвиги благодаря мощной системе регулирующих и компенсирующих приспособлений быстро сглаживаются, выравниваются, иногда предупреждаются.

Учение о внутренней среде — одна из вершин современного естествознания. Оно объединяет не только разные области биологии, физиологии и медицины, позволяет связать воедино деятельность отдельных органов и физиологических систем, но дает возможность осмыслить проблему жизни, понять взаимоотношение между организмом и природой, разгадать секрет сохранения живой материи на земле. Чем глубже постигает человеческая мысль таинственный мир внутренней среды, тем яснее становятся законы, управляющие существованием живых тел, тем отчетливее вырисовываются пути сохранения здоровья, молодости, работоспособности, продления жизни.

Глава II. Гомеостаз

Уже более столетия прошло с тех пор, как Клод Бернар создал учение о постоянстве внутренней среды — учение, которое положило начало почти необозримому числу экспериментальных исследований, теоретических изысканий, нередко спорных и противоречивых суждений. Не случайно, заложенная в нем гениальная идея явилась, по общему признанию, одной из самых плодотворных в истории естествознания. Ее повторяли и обсуждали многие поколения учителей и учеников, расширяли и суживали, понимали и не понимали, быть может, не умели понять, углубляли и комментировали, дополняли и искажали, отвергали и принимали, забывали и воскрешали вновь.

И лишь после того, как Уолтер Кеннон в 1929 г. окончательно сформулировал теорию гомеостаза, представление о постоянстве внутренней среды, о ее всеобъемлющем значении для жизнедеятельности организма, для его существования получило не только общебиологическое, медицинское, но и глубокое философское звучание. Разумеется, это не значит, что Кеннон открыл некую новую, не известную до него закономерность в живых системах. Сходные высказывания можно обнаружить в трудах немецкого ученого Эдуарда Пфлюгера, бельгийского — Леона Фредерика, французского — Шарля Рише, русского — И. М. Сеченова, английского — Джона Холдейна. Именно Сеченов утверждал, что «регуляция возможна только между известными пределами». Но приоритет все же остается за Кенноном. Он ввел в науку, обосновал формулу, получившую не только широкое признание, по и триумфальное распространение. Огромное влияние на возникновение и развитие концепции гомеостаза сыграло эволюционное учение Дарвина. Именно Дарвиновская теория создала основные предпосылки для генерального представления о двух средах — внешней и внутренней.

Как ни странно, но само понятие «гомеостаз» не имеет до сих пор четкого, безоговорочного определения. И поэтому главу о гомеостазе приходится начинать с формулировки понятия, расшифровки его содержания.

Согласно всем классическим канонам, под гомеостазом следует понимать относительное динамическое, колеблющееся в строго очерченных границах постоянство внутренней среды (крови, лимфы, внеклеточной жидкости) и устойчивость (стабильность) основных физиологических функций организма (кровообращения, дыхания, пищеварения, терморегуляции, обмена веществ и т. д.). Является ли эта формулировка безоговорочно признанной?

Отнюдь нет. В литературе можно встретить и другие определения, как, например: «Гомеостаз — совокупность процессов, обеспечивающих постоянство внутренней среды». В этом определении причина и следствие как бы перевернуты. Гомеостазом названы гомеостатические механизмы, т. е. физиологические процессы или управляющие системы, регулирующие, координирующие и корригирующие жизнедеятельность организма, целью которых является поддержание в нем относительно стабильного состояния. Конечно, это далеко не одно и то же. Живой организм, утверждает П. Д. Горизонтов, представляет собой пример ультрастабильной системы, которая осуществляет активный поиск наиболее оптимального и наиболее устойчивого состояния.

Этот поиск приводит к адаптации, т. е. к поддержанию переменных показателей организма в физиологических границах, несмотря на изменение обычных условий существования.

Так, например, устойчивый уровень кровяного давления сохраняется благодаря координированному взаимодействию многоконтурных физиологических и биохимических систем организма, осуществляющих процессы, конечной целью которых является гомеостаз. Возникшее в силу тех или иных причин повышение артериального давления (гипертензия) автоматически вызывает процесс возбуждения в барорецепторах сосудистых стенок, регистрирующих изменение давления жидкости. Особенно многочисленны они в области некоторых сосудистых рецепторных зон, например, сонной артерии, где этот мощный сосудистый ствол, несущий ток крови в мозг, отдает боковую ветвь к мягким тканям головы. Здесь расположена богатая чувствительными воспринимающими приборами зона — каротидный синус.

Повышение кровяного давления, возникшее под влиянием тех или других причин, — первый сигнал неблагополучия. Число импульсов, поступающих от барорецепторов в продолговатый мозг, начинает быстро нарастать. В нервных клетках сосудодвигательных центров происходит отбор, подсчет и оценка поступающей информации. И тотчас же на основании обратной связи приходят новые импульсы, замедляющие сердечную деятельность, расслабляющие гладкую мускулатуру стенок мелких артерии. Гомеостатические (уравновешивающие) механизмы вступают в действие, артериальное давление начинает снижаться.

С помощью этого довольно простого в начальных стадиях рефлекторного механизма компенсируется или нейтрализуется возникшее повышение кровяного давления.

Примерно те же явления, но лишь с противоположным знаком, возникают в тех случаях, когда кровяное давление почему-либо стало снижаться.

Таким образом в основе регуляции кровяного давления лежит отрицательная обратная связь. При стойких его изменениях, например, при начинающейся гипертонической болезни, в действие вступают более сложные защитные и приспособительные механизмы (нервные и гуморальные), которые могут не только совершенствоваться, но и численно увеличиваться по мере усиления и осложнения болезни. Безошибочный (до поры, до времени!) принцип саморегулирования обеспечивает устойчивость физиологического состояния.

К наиболее совершенным гомеостатическим механизмам в организме высших животных и человека относятся процессы терморегуляции. У теплокровных животных постоянство температуры тела настолько велико, что в норме ее отклонение не превышает нескольких десятых градуса при самых резких колебаниях тепла и холода во внешней среде.

Хорошо известно, что химические процессы, совершающиеся в организме, протекают при устойчивом температурном оптимуме. Незначительные колебания тепла отражаются на нашем самочувствии, работоспособности, выносливости. Несколько долей градусов за красной чертой медицинского термометра заставляют нас вызывать врача, ложиться в постель, посылать в аптеку за жаропонижающим. Ведь, согласно правилу Вант—Гоффа, при повышении температуры на 10° скорость химических реакций в неорганических соединениях увеличивается примерно в 2—3 раза. Вот почему сколько-нибудь выраженные колебания температуры в организме теплокровных животных могут привести к нарушению гомеостаза, возникновению разнообразных расстройств жизнедеятельности, иногда даже к гибели живой системы.

Совершенно удивительным постоянством отличаются состав и физико-химические свойства крови. Осмотическое давление крови, pH, количество и соотношение жизненно важных электролитов (натрия, хлора, кальция, калия, магния, фосфора) меняются в столь узких границах, что практически их величины можно считать стабильными.

Установлено, что живая клетка, изолированная или составляющая часть сложного многоклеточного организма, представляет подвижную, саморегулирующуюся систему. Она не находится в абсолютном равновесии со своим окружением. Ее внутренняя организация поддерживается активными процессами, направленными на ограничение, предупреждение или устранение сдвигов, вызванных различными воздействиями из внешней и внутренней среды. Способность возвращаться к исходному состоянию после отклонения от некоторой средней величины, вызванного тем или иным физическим, химическим, физиологическим фактором,— особое преимущество живой клетки. В известной мере это относится и ко всему организму, который состоит из огромного числа строго дифференцированных клеток. В процессе своей жизнедеятельности он поддерживает и восстанавливает их структуру и функции на молекулярном, микро- и макроскопическом уровнях вопреки всем нарушающим извне и изнутри влияниям.

Для автоматического поддержания гомеостаза, считал Кеннон, необходимо: а) существование безупречно действующей сигнализации, информирующей центральные и периферические регуляторные приборы о любых изменениях, угрожающих гомеостазу, б) наличие корригирующих устройств, своевременно вступающих в действие и задерживающих наступление этих изменений.

Гомеостаз обеспечивается не только выравниванием уже возникших изменений, но и надежной, слаженной, четко организованной на самых различных уровнях системой физиологических и биохимических мер защиты, направленных на их предупреждение или устранение.

Гомеостатические механизмы самого различного характера и действия (нервные, гуморальные, гормональные, барьерные), контролирующие и осуществляющие постоянство внутренней среды, могут вступать в действие на разных уровнях. Приближенно они были сформулированы на одном из симпозиумов, посвященных проблеме гомеостаза.

Схематически регуляция и саморегуляция охватывают следующие биологические уровни:

1) субмолекулярный (доступный изучению с помощью электронного микроскопа);

2) молекулярный (то же);

3) субклеточный (состояние отдельных элементов, из которых состоит клетка);

4) клеточный (жизненная активность клеток, взаимоотношения между ними, иммунологические реакции);

5) жидкостный (внутренняя среда, гуморально-гормонально-ионные взаимоотношения, барьерные функции, иммунитет);

6) тканевой и органный (влияние клеток и органов друг на друга, метаболиты, медиаторы, прорастание клеток из одного органа в другой);

7) нервный (центральные и периферические нервные механизмы, наиболее совершенные виды регуляции функций, нейрогуморально-гормонально-барьерный комплекс);

8) популяционный (популяции клеток, популяции организмов). Сюда же можно отнести и уровень патологический (болезни гомеостаза, нарушение гомеостатических механизмов, перестройка регулирующих систем).

Постоянство внутренней среды и устойчивость основных физиологических функций характеризуют состояние нормального, здорового организма. Любой вид патологии представляет выход за границы гомеостаза, но в то же время ни один вопрос патологии не может быть решен без анализа нарушений гомеостатических механизмов.

Для того чтобы жизнедеятельность организма не нарушалась, чтобы все его функции протекали в наиболее благоприятных оптимальных условиях, необходимо сохранение постоянной концентрации водородных ионов, определенного осмотического давления крови и тканевой жидкости, поддержание на одном и том же, опять-таки оптимальном, уровне температуры тела, кровяного давления, обмена веществ.

Любое эмоциональное, физиологическое, физическое или химическое воздействие (будь то радость, печаль, горе, волнение, болевое раздражение, изменение атмосферного давления, космической радиации, влажности среды, прием лекарства, даже безобидная, подчас незаметно прошедшая физиотерапевтическая процедура и т. д., и т. п.) может явиться толчком к выходу организма из состояния динамического равновесия, в котором он пребывает. Любое влияние, любое воздействие может оказаться «отклоняющим» или, иначе, «возмущающим».

Термин «возмущающее воздействие» на живую систему не всегда понятен и требует уточнения. Приведем простой пример. В крови здорового человека содержится примерно 80—120 мг% сахара. Это границы гомеостаза. Существует не менее 7—8 механизмов, поддерживающих столь устойчивый уровень. Механизмы эти могут меняться, могут усиливаться и ослабевать, могут меняться и варьировать в своей последовательности.

Но существует такое же, если не большее количество «возмущающих» факторов, способных вызвать повышение или снижение содержания сахара в крови. Так, достаточно увеличить количество углеводов в пище, ввести в желудок или вену глюкозу, пробежать несколько километров на соревнованиях, узнать о волнующем событии — и уровень сахара в крови как бы стремится выйти из границ гомеостаза. Но в этот критический момент вступают в действие защитные механизмы, часовые второй линии обороны. Два пояса констант (при определении по методу Хагедорна) — примерно от 45 до 80 мг% и 120—160 мг% примыкают к границам гомеостаза и позволяют сохранить содержание сахара в крови приблизительно на физиологическом, не переходящем в патологию уровне.

Каждое из перечисленных выше воздействий может оказаться «возмущающим». Если бы в организме отсутствовали мощные регулирующие системы, снижающие содержание сахара, количество его во внутренней среде могло бы подняться до цифр, не совместимых с жизнью. Возмущающие воздействия вызывают изменения регулируемой величины, которые должны устраняться системой регулирования. Этот закон лежит, по существу, в основе теории гомеостаза.

Любое раздражение ведет к возникновению сложного комплекса реакций, основная задача которых приспособить организм к изменившимся условиям, предотвратить или сгладить возможный сдвиг в составе и свойствах внутренней среды в состоянии и деятельности органов, физиологических систем, организма в целом. Раздражение является толчком в возникновении длинной цепи взаимосвязанных физиологических процессов, выражающихся в одних случаях нарастающими, в других — затухающими фазовыми колебаниями состава, физиологических и биологических свойств крови, ускорением кругооборота биологически активных веществ, выведения из организма или задержки продуктов обмена веществ, гормонов, медиаторов, ионов, изменения проницаемости тканевых барьеров, клеточных мембран, повышения либо снижения тонуса и реактивности комплексной нейрогуморально-гормональной системы.

Возникшее и закрепившееся в процессе эволюционного развития состояние внутренней устойчивости позволяет организму приспособляться к условиям окружающего мира. Адаптация — это и лицевая, и оборотная сторона гомеостаза. В той или иной форме организм приспособляет свои функции к условиям внешней среды. Адаптация при этом может быть оптимальной, неоптимальной и даже вредной, вызывающей нарушение его жизнедеятельности. В этих случаях живая система способна перестраиваться, переходить на новый гомеостатический уровень, активировать одни регулирующие системы, тормозить другие. Даже у простейших, соприкасающихся всей своей поверхностью с окружающей средой, будь то капля жидкости, мировой океан или воздушное пространство, можно обнаружить пусть примитивные, но достаточно надежные приспособительные механизмы, позволяющие им сохранять жизнь в «безжалостной» среде существования. По мере восхождения по эволюционной лестнице постепенно вырабатываются все более сложные системы, направленные на поддержание устойчивости состава и свойств внутренней среды. У высших животных и человека гомеостатические механизмы достигли надежного совершенства, что позволяет выжить в борьбе за существование, сохранить себя в мире, полном угроз и возмущающих влияний, продолжить свой род. Именно благодаря гомеостазу человек способен подниматься в космос, находиться в нем многие месяцы, опускаться на дно океана, взбираться на горные вершины, переносить тропическую жару экватора и ледяной холод Антарктиды.

Не будь отлаженных многими миллионами лет гомеостатических механизмов, жизнь на Земле давно бы прекратилась. Гомеостазу внутренней среды и основных физиологических функций способствует и то обстоятельство, что условия существования в земной биосфере сами по себе «гомеостатичны». Колебания атмосферного давления, температуры, влажности, радиации в окружающем нас мире ограничены довольно узкими пределами и без должной защиты, подчас весьма сложной, наш организм с трудом переносит выход за эти пределы. Организм защищает свою внутреннюю среду от сдвигов и колебаний, совершающихся вокруг него и, как правило, адаптируется к месту обитания. Его «свободная и независимая» жизнь детерминирована окружающей средой, и гомеостатические системы, перестраиваясь и совершенствуясь в процессе эволюционного развития, дают ему возможность не превращаться в игрушку стихии, а сохранять жизнь, продолжать существование вопреки всем подстерегающим опасностям.

Однако жизнь нельзя себе представить как идеальное уравновешивание организма с внешней средой. Гомеостатические механизмы не всегда действуют безупречно. Бесспорно, они надежны, но и надежность их не беспредельна. При некоторых обстоятельствах они могут дать сбой, затормозиться, отреагировать не сразу, а с опозданием, могут и допустить ошибку. Особенно часто это наблюдается при заболеваниях центральной и вегетативной нервной системы, в раннем онтогенезе, при старении организма, возникновении тех или других эндокринных расстройств.

Возникают состояния, которые, по нашему предложению, носят название «болезней гомеостаза». Плохое самочувствие, вызванное переменой атмосферного давления, дождливой погодой, легкими волнениями, мелкими неприятностями или огорчениями, нередко связано со сдвигами, выходящими за границы гомеостаза, в составе и свойствах внутренней среды, недостаточностью или слабостью гомеостатических систем, ошибками или «просчетами» регулирующих устройств. Гипертонические кризы, совпадающие с магнитными бурями, возросшим космическим излучением, повышенной активностью солнца, обусловлены нередко «болезнями гомеостаза». Беспричинная раздражительность, головные боли, сердечная недостаточность, ломота в костях, особенно в пожилом или старческом возрасте, возникают нередко за счет перебоев в регуляции функций, некомпенсированного выхода физиологических или биохимических показателей за границы гомеостаза.

И в детском, и в преклонном возрасте гомеостатические механизмы менее совершенны, чем в расцвете жизненных сил. Таковы законы природы. «Болезнь гомеостаза» — это физиологическое ослабление факторов регуляции, особый вид предпатологии, нарушения или дисбаланса функций, неадекватность ответа на возмущающее воздействие, недостаточность или срыв компенсаторных, предохраняющих, сглаживающих или уравновешивающих реакций.

Сам по себе термин «гомеостаз» не вскрывает сущности тонких и многообразных механизмов, осуществляющих регуляцию физиологических и биохимических функций, он отражает лишь конечное стационарно-равновесное состояние системы и является результирующей, алгебраической суммой большого числа необычайно сложных взаимодействующих и взаимозависимых (цепных) процессов, протекающих как в целостном организме, так и на органном, клеточном и молекулярном уровнях. Гомеостаз охватывает фазовое или циклическое течение жизненных явлений, компенсаторные механизмы, в одних случаях оптимальные, в других недостаточные или избыточные.

В понятие входят регулирование и саморегулирование функций и, когда это необходимо, — последовательность и эффективность включения различных линий защиты для сохранения жизни и существования вида.

Здесь необходима оговорка. Еще до сих пор некоторые исследователи как отечественные, так и зарубежные, утверждают, что гомеостазом следует называть незыблемые, в лучшем случае едва меняющиеся, а в худшем неизмеримо прочные состояния равновесия всех составных частей и жизненных функций организма.

Понятию о гомеостазе некоторые исследователи придают фиксированный на прочном несдвигающемся фундаменте характер. В литературе появился термин «гомеокинез», который должен подчеркнуть, что организм стремится поддержать свои функции на колебательном в определенных границах уровне. При этом забывается, что жизнь — постоянное движение, а живая система никогда не пребывает в абсолютном равновесии. Жизненный процесс — это непрерывная смена предельно сложных, подчас неразгаданных явлений, протекающих в разных направлениях на самых высших и самых низших уровнях. Еще до сих пор проскальзывают утверждения, что представление о гомеостазе ничего не дает и требует пересмотра, поскольку пределы колебаний состава и свойств внутренней среды и устойчивости физиологических функций в одних условиях могут быть сужены, а в других расширены или перестроены.

Так, Р. Гольдэкр считает, что в организме могут существовать два взаимно исключающих друг друга состояния — стабильности, т. е. полной и абсолютной, неколеблющейся устойчивости, и «поддержания ритма». «Природа, — говорит он, — не любит пустоты, но обожает ритм и цикличность». Гомеостаз по Гольдэкру может трансформироваться в какое-либо ритмическое состояние или изменять периодичность ритма. Тогда он перестает быть «гомеостазом» и противопоставляется фазовым или циклическим состояниям, а отсюда уже один шаг до признания идеального равновесия физиологических процессов и превращения теории гомеостаза в схоластическую модель, не имеющую ничего общего с его истинным (диалектическим) содержанием. При этом исключается незыблемое положение: в живой системе нет и не может быть неколеблющегося равновесия, а жизненные явления не могут протекать и никогда не протекают по принципу «тихой заводи».

Как только наступило равновесие, система превращается в мертвую. В то же время одно из важнейших свойств живого организма состоит в том, что он может сохранять динамическое постоянство вопреки всем возмущающим воздействиям.

Термины «гомеокинез» (постоянство движения) и «гомеорез» (постоянство течения) должны подчеркнуть, что организму свойственна не абсолютная стабилизация функций, а удержание их в определенных границах при непрерывном колебательном движении физиологических и биохимических параметров. Вряд ли подобное усложнение целесообразно, поскольку само понятие «гомеостаз» включает устойчивость внутренней среды и физиологических функций как в непрерывном движении, так и во времени — непрерывном и поступательном.

Гомеостаз как отдельных переменных величин, составляющих живую систему, так и целостного организма обеспечивается многими физиологическими факторами: нервными, гуморально-гормональными, обменными, выделительными. Он обусловлен длинной цепью отдельных, непрерывно возникающих, усиливающихся и затухающих процессов в жизнедеятельности организма. Существует почти неограниченное число гомеостатических механизмов, регулирующих как жизнь отдельных клеток, так и взаимоотношения между ними. Механизмы эти могут существовать, активироваться и тормозиться, могут и возникать и совершенствоваться в процессе приспособления организма к изменившимся условиям среды. Они-то и позволяют сложной, тонко дифференцированной живой системе поддерживать устойчивое, хотя и относительное, динамическое, колеблющееся постоянство внутренней среды, несмотря на изменения в окружающем мире и сдвиги, возникающие в процессе жизни и деятельности самого организма.

У высших животных и человека физиологические и биохимические колебания протекают в довольно узких гомеостатических границах, оптимальных, т. е. наиболее благоприятных и выгодных для данной жизненной ситуации. Как указывает Г. Дришель, понятие «гомеостаз» отражает тот очевидный факт, что при разнообразных условиях, в которых находится организм, при самых различных его запросах и потребностях основные физические и химические показатели внутренней среды организма остаются примерно на одном и том же уровне и не дают не совместимых с жизнью колебаний. Иногда даже физиологические опыты на животных, подчас связанные с вивисекцией, тонкими хирургическими операциями, введением в организм ядовитых веществ, вызывают неожиданно малые и кратковременные сдвиги, после чего в организме быстро восстанавливаются нормальные взаимоотношения.

Однако это вовсе не значит, что любое колебательное отклонение от той или другой средней величины следует рассматривать как нарушение принципа гомеостатического регулирования или как показатель «недоказательности» самого представления о гомеостазе.

* * *

По разным параметрам границы гомеостаза бывают жесткими и лабильными, меняясь и варьируя в зависимости от индивидуальных, климатических, географических, сезонных условий. В процессе усиления или ослабления регуляторных механизмов они могут меняться — расширяться или суживаться. Выход из границ гомеостаза совершается по-разному у разных людей и, как правило, сопровождается более или менее выраженными патологическими явлениями.

В физиологических условиях выход за пределы гомеостатических взаимоотношений даже при тяжелых стрессовых ситуациях происходит довольно редко. Организм может переходить с одного уровня гомеостаза на другой, состав и свойства внутренней среды, состояние и деятельность органов и систем могут изменяться в зависимости от условий, в которых находится организм, но выход за границы гомеостаза равносилен возникновению патологического процесса.

Представление о гомеостазе полностью отвергает метафизические рассуждения о постоянном, не колеблющемся равновесии физиологических и биохимических процессов в организме. В широком диалектическом понимании гомеостаз охватывает чередующиеся фазы и циклы жизнедеятельности организма, каждая из которых отличается своими специфическими и индивидуальными особенностями. Гомеостатические механизмы включают процессы компенсации нарушенных функций («меры физиологической защиты»), регулирования и саморегулирования физиологических функций, последовательность и эффективность включения множества причинно-следственных защитных приспособлений, линий обороны, варьирующую взаимозависимость нервных, гормональных, гуморальных и барьерных компонентов жизненного цикла.

Нередко классическая теория гомеостаза, вернее ее принципиальная сущность, используется для определения отдельных физиологических состояний в организме и даже взаимоотношений между отдельными особями. Так возникли встречающиеся в литературе термины соматический, онтогенетический, биоценотический, иммунологический, системный, молекулярный, физико-химический, генетический, стайный, биосферный, планетарный и др. виды гомеостаза.

В литературе можно встретить такие термины, как хемостат (постоянство химических процессов), гемостат (постоянство свертывающей системы крови), прессостат (постоянство кровяного давления), иммуногемостат и т. д. Возможно, что первоначальная формула Кеннона может быть расширена, использована при оценке состояния отдельных функций организма. Ее можно приложить и к взаимоотношениям между организмами. Например, гомеостазом называют сохранение постоянства видового состава и числа особей в биоценозах, способность популяции поддерживать динамическое равновесие генетического состава, обеспечивающего ее максимальную жизнеспособность.

Советский ученый А. А. Логинов в своей интересной книге «Очерки по общей физиологии» [1976] говорит о разных уровнях гомеостаза — цитогенетическом, соматическом (морфологическом), функциональном и онтогенетическом. Он выделяет гомеостаз дыхательный, пищеварительный, выделительный, циркуляторный, двигательный, сенсомоторный, психомоторный, психологический, регуляторный и даже информационный, обеспечивающий оптимальную реакцию на поступающую информацию. Сюда же может быть отнесен пространственный гомеостаз, определяющийся поведением организма для реализации того или иного действия, а также временной гомеостаз, временно-пространственный и т. д.

Все это раздвигает и углубляет первоначальное представление Кеннона, но в то же время суживает его в достаточной мере ограниченное автором физиологическое значение.

В некоторых отношениях столь широкое дробление всеобъемлющего представления о гомеостазе следует признать неоправданным и даже ошибочным. Отсюда уже один шаг до гомеостаза социального, общечеловеческого, планетарного, биосферного, галактического. Попытку Кеннона перенести представление о гомеостазе в область социальных взаимоотношений вряд ли можно признать целесообразной. Вернее, она заранее была обречена на неудачу. Соответствующую оценку «социального гомеостаза» можно найти в книге М. Г. Ярошевского и С. А. Чесноковой «Уолтер Кеннон»[10]. Слишком уж далека конкретная формула Клода Бернара и Кеннона от внебиологических социальных или мировых проблем.

В последние годы проблему гомеостаза стали рассматривать с позиций кибернетики. Начало этому положил ее основоположник Норберт Винер. По определению известного советского ученого А. И. Берга, под кибернетикой понимают науку о целенаправленном и оптимальном управлении сложными процессами, происходящими в живой природе, в человеческом обществе или в промышленности. В основе представлений Винера лежит принцип саморегулирования — наличие положительных или отрицательных обратных связей. Эту идею в плане биологии углубил и развил румынский физиолог В. Бенетато. Поддержку эта идея нашла и среди советских физиологов и философов.

Общий биофизический механизм гомеостаза следует рассматривать в плане открытых систем. Условием для достижения значительного равновесия между потоком деградации энергии внутри клеток и потоком, удаляющим деградированную энергию во внешнюю среду, является взаимосвязь всех участвующих в биофизической системе химических реакций. О том, что организм является открытой системой, известно давно. В своей книге «Мудрость тела» Кеннон пишет, что в открытой системе, каковой является наше тело, состоящее из неустойчивых материалов и подверженное постоянному влиянию условий, вызывающих в нем нарушение, его постоянство само по себе подтверждает действие или готовность к действию механизмов, поддерживающих это постоянство.

В. Н. Новосельцев рассматривает проблему гомеостаза как задачу управления потоками веществ и энергии, которыми открытая система обменивается со средой. А. Н. Меделяновский представляет внутреннюю среду в виде сложноцепной системы с рядом «активных входов» (внутренних органов) и последовательностью физиологических показателей (кровоток, артериальное давление, газообмен), значение каждого из которых обусловлено активностью «входов» предшествующих показателей. При этом, однако, не учитывается роль «выходов», различных при разных состояниях организма.

Стремлением решить проблему гомеостаза с тех же позиций является попытка английского исследователя У. Р. Эшби сконструировать искусственное саморегулирующееся устройство, названное им «гомеостатом», моделирующее способность живых организмов поддерживать некоторые величины в физиологически допустимых границах.

Чем же, какими механизмами, условиями, возможностями осуществляется гомеостаз в организме человека и животных?

Ответ на этот вопрос труден и, возможно, не совсем точен. В основном, по-видимому, хотя и не полностью комплексной вегетативной системой. Понятие это охватывает вегетативный нервный аппарат, совокупность гуморально-гормональных и ионных регуляторных механизмов, физико-химическую систему организма. Эрго- и трофотропные функции организма, взаимоотношение которых представлено на схеме Моннье, в значительной степени определяются как количеством, так и качеством адрен- и холинергических метаболитов и медиаторов.

В течение многих лет одной из ведущих задач физиологии, особенно отечественной, являлось изучение роли нервной системы в формировании внутренней среды организма. Рассматривая гуморально-гормональное звено как подчиненную часть той или другой функциональной системы, физиологи, патофизиологи и в значительной степени фармакологи оставляли вне поля зрения значение био- и физико-химических факторов в регуляции и организации деятельности самой нервной системы как центральной, так и периферической. И если можно признать, что в условиях нормальной жизнедеятельности высокоорганизованных организмов нервная регуляция является в определенной степени ведущей, то при некоторых возмущающих воздействиях или при стрессовых и экстремальных состояниях, связанных с нарушением или перестройкой тонких механизмов регуляции функций, деятельность нервной системы подчинена сложным химическим «ветрам и бурям» не только в общей внутренней среде организма, но и в непосредственной питательной среде (микросреде) нервных клеток.

Общебиологический механизм реакций, поддерживающих гомеостаз, рассматривается и расценивается по-разному различными исследователями. Выявление наиболее важного, ведущего звена, определяющего и осуществляющего основные физиологические и биохимические процессы в организме при возмущающих воздействиях, подчас затруднено и на современном уровне знаний не всегда доступно.

Ни одна из предложенных многочисленных конценций гомеостаза не исчерпывает проблемы в целом. Учение о гомеостазе, о механизмах детерминирующих, регулирующих, сохраняющих постоянство внутренней среды, явилось торжеством материалистического мышления, победы его над всеми виталистическими представлениями, господствовавшими в течение многих столетий. Оно возникло в результате стремительных успехов физико-химического направления в физиологии. Как справедливо утверждает М. Г. Ярошевский, особое значение имело для него внедрение в круг естественных наук закона сохранения и превращения энергии, с одной стороны, и триумф дарвинского учения — с другой. В принципе гомеостаза роль внешней среды, систематически истребляющей все, что неспособно к ней приспособиться, сочеталась с идеей борьбы живых существ за существование, за выживание в этой среде. Для того чтобы живая система могла сохраниться, не погибнуть при перепадах температуры, атмосферного давления, переменах в составе и свойствах водного или воздушного океана, природа должна была создать в ней защитное устройство, регулирующее ее известную независимость от внешнего мира. За миллионы лет это первоначальное устройство не только совершенствовалось, но и дополнялось множеством приспособительных механизмов, гуморальных, барьерных, нервных, что привело в конечном счете к нейрогуморально-гормонально-барьерным представлениям, значение которых увеличивалось по мере все большего и большего понимания внутренней сущности адаптации организма к условиям обитания. Вот почему ни одна из общебиологических теорий гомеостаза не может претендовать на свое единственное значение или абсолютную универсальность.

Организующая роль нервного аппарата (принцип нервизма) лежит в основе отечественной физиологической школы И. М. Сеченова, И. П. Павлова, А. Д. Сперанского, их многочисленных учеников и последователей. Гуморально-гормональные теории (принцип гуморализма) более распространены за рубежом, хотя в последние годы получили широкое признание и в нашей стране. Представление о ведущей роли вегетативной нервной системы, в особенности ее симпато-адреналового отдела, развиваемое У. Кенноном, Л. А. Орбели, Б. Р. Гессом, Э. Гельгорном и др., в осуществлении гомеостаза не является исчерпывающим или всеобъемлющим, но и невозможно, нельзя исключить, как это говорилось выше, особо важную роль комплексного вегетативно-гуморально-гормонального аппарата в регуляции и координации физиологических механизмов.

Значение гипофизарно-надпочечниковой системы, разработанное Г. Селье, учение о барьерных функциях организма Л. С. Штерн, теория функциональных систем П. К. Анохина, учение о доминанте А. А. Ухтомского — все это отдельные блоки, быть может, фрагменты, а может быть, и компоненты учения о гомеостазе. Французский ученый Г. Лабори считает, что все равновесие многоклеточного организма как бы вращается вокруг «путешествия» в нем молекулы водорода. Участвуя в сложнейших процессах обмена веществ, водород регулирует концентрацию водородных ионов, т. е. реакцию внутренней среды организма, что и лежит в основе гомеостатических механизмов.

Каждая из предложенных теорий таит в себе часть, иногда большую, иногда меньшую, истины жизни, каждая охватывает одну или другую сторону проблемы, но ни одна не в состоянии исчерпать ее полностью. Стремительное движение науки ломает устоявшиеся представления, для того чтобы поставить на их место другие, казалось бы, на этот раз более близкие к «абсолютной истине», но проходит какое-то время, новые гипотезы и теории сменяются еще более новыми, а сомнения возникают снова и снова, ибо нет границ тайнам природы, как и нет пределов познанию их человеком.

Глава III. Гуморально-гормональная регуляция физиологических процессов

Изучение химических и физико-химических взаимоотношений в организме значительно расширяет наши возможности при решении неясных и недостаточно разработанных аспектов проблемы внутренней среды. В этом плане особое значение для понимания механизмов регуляции ее состава и свойств приобретают гуморальные и гормональные факторы.

У высокоразвитых животных и человека гуморальная регуляция тесно связана с нервной, составляя вместе с ней единую систему нейрогуморальных неразрывных связей. В течение ряда лет, исходя из предвзятых теоретических положений и неточных экспериментальных данных, многие исследователи противопоставили нервную регуляцию гуморальной. Сторонники нервной теории стремились доказать отсутствие сколько-нибудь существенного химического взаимодействия между органами и тканями, в то время как представители стремительно развивающегося гуморального направления готовы были исключить или свести к минимуму ведущее значение нервной системы и нервных импульсов в организме человека и животных.

Вполне закономерно, что для выросшего и вошедшего в науку за последние десятилетия поколения физиологов, патологов, биохимиков непримиримые схватки, разыгравшиеся между «нервистами» и «гуморалистами» в первой половине нашего столетия, не представляют большого интереса. Но «старожилы» вспоминают и жаркие споры, подчас выходившие за пределы пауки, помнят и постепенное смягчение разногласий, и мирное объединение противоречивых, казавшихся несовместимыми мнений под единым нейро- или нервно-гуморальным флагом.

От колыбели до зрелости научного гуморализма, впервые заявившего право на существование в 1921 г. после работ австрийского фармаколога О. Леви, его развивали, расширяли и углубляли Г. Дейл, У. Кеннон, А. Ф. Самойлов, Ч. Шеррингтон, Л. А. Орбели, И. П. Разенков, А. Розенблют, У. Эйлер, А. В. Кибяков, X. С. Коштоянц, Д. Нахмансон и многие другие физиологи, патофизиологи, биохимики, физикохимики, морфологи, терпеливо собиравшие доказательства своей правоты и создавшие наконец стройную концепцию регуляции физиологических процессов через жидкие среды организма.

Но, вероятно, наиболее последовательным, наиболее убежденным гуморалистом в нашей стране была Лина Соломоновна Штерн, столетие со дня рождения которой мы недавно отметили.

Было время, когда вопрос ставился бескомпромиссно: либо нервная, либо гуморальная регуляция. Но еще в 1937 г. Л. С. Штерн[11], быть может, несколько предвосхищая будущее, писала, что в «настоящее время обе тенденции — паннервизма и пангуморализма — в достаточной мере сблизились. Появившийся в последние годы термин „нейрогуморальная регуляция“ отражает понимание того синтеза, который осуществляется в механизме координирования функций животного организма». Возникло представление о комплексных нервно-гуморально-гормонально-барьерных механизмах регуляции, стало на свое место учение о метаболитах, т. е. неспецифических, образующихся в процессе обмена веществ регуляторах функций организма.

Представление о гуморальной регуляции функций получило последовательное развитие в работах Л. С. Штерн и ее сотрудников. Ссылаясь на авторитет крупнейших химиков и биохимиков XVIII и XIX вв., Л. С. Штерн выделила на первое место биохимию как основу физиологии животного и растительного организма. Однако и она сама, и ее ученики неоднократно подчеркивали, что в организме химические и нервные факторы неотделимы и взаимно связаны. Без преувеличения можно признать, что в основе современных концепций о роли и значении биологически активных веществ в регуляции и координации функций организма лежит представление о метаболитах. Метаболиты играют основную роль в гуморальных взаимоотношениях внутри организма, осуществляя либо непосредственную связь между органами и физиологическими системами, либо действуя опосредованно через центральные и периферические нервные образования.

Даже роль внутрисекреторных образований в гуморальной регуляции не может быть сведена к действию изолированных гормонов, поскольку ни один гормон не поступает во внутреннюю среду в химически чистом виде. Физиологическим действием обладают, как правило, лишь комплексы биологически активных веществ. «Совершенно неправильно, — писала Л. С. Штерн, — свести роль любого органа в общей динамике организма к действию одного пли даже нескольких гормонов и при изучении взаимных связей и взаимодействий органов мы должны принимать во внимание все без исключения вещества, которые выделяются этими органами в общую циркуляцию, и наличие и соотношение которых далеко не безразлично. Как установлено, эти, так называемые сопровождающие вещества, могут значительно усилить или ослабить, даже извратить действие специфически активных веществ»[12].

Развитие проблемы гуморальной регуляции функций потребовало в дальнейшем выделения из общей массы метаболитов, циркулирующих в жидких средах организма, специфических групп определенной химической структуры, обладающих теми или другими выраженными, им одним свойственными биологическими особенностями и вызывающими строго очерченные физиологические эффекты. В своих работах школа Л. С. Штерн неоднократно ставила вопрос о «химии метаболитов». Начало исследований в этой области следует отнести ко второй половине тридцатых годов, когда шаг за шагом в разных странах началась расшифровка состава и физиологического действия многих биологически активных и сопровождающих веществ.

Среди них оказалось немалое число гормонов общего действия, тканевых гормонов, нейрогормонов, вазоактивных соединений.

С каждым годом растет число «расшифрованных» метаболитов. В 1947 г. был открыт серотонин. Независимо друг от друга У. Эйлер и М. Гольдблатт обнаружили целый класс биологически активных веществ — простагландинов, принимающих активное и обязательное участие в деятельности нервной системы, течении температурной и воспалительной реакций, регуляции желудочной секреции, менструального цикла, зачатия, родов и т. д. Особо важное значение имеют простагландины в осуществлении действия гормонов на клетку.

Из бычьих околоушных желез получен гормон паротин, активирующий рост и обызвествление скелета и зубов. Около 20 гормонов общего и местного действия, а также так называемых, «кандидатов в гормоны» выделены из тканей органов пищеварительного тракта (секретин, гастрин, урогастрон, энтерокинин, холецистокинин, вилликинин и др.).

К физиологически активным соединениям мы относим ныне катехоламины с их предшественниками и продуктами превращения: ацетилхолин, гистамин, серотонин, простагландины, кинины, получившие в последние годы широкую известность опиоидные гормоны. К ним же можно причислить и многие другие продукты обмена веществ органов и тканей, как полученные в чистом виде, так и еще не идентифицированные, обладающие специфическим целенаправленным действием. Работы по изучению метаболитов подготовили почву для выявления, классификации и синтеза ряда гормонов, нейрогормонов, тканевых гормонов медиаторов и модуляторов физиологического процесса.

С каждым годом расширяется и углубляется наука о молекулярных аспектах, интимной сущности и многоступенчатой координации жизненных процессов, о значении рецептивных белков клетки (гуморальных рецепторов) в нейрогуморальной регуляции функций, о гуморальном «общении» клеток и т. д. Нервно (вегетативно)-гуморально-гормональная система регуляции в организме человека и животных функционирует как единое целое, звенья которой взаимосвязаны. Эту систему можно разложить на отдельные слагаемые, что мы и делаем, анализируя ее участие в физиологических процессах, но нельзя расчленить, забывая о ее неделимости.

Для современной физиологии чрезвычайно характерен переход на химические рельсы. Не только сформировался, но уже занял обширную территорию целый раздел науки, который по праву можно назвать «химической физиологией». Это не всем известная биологическая химия, изучающая химические явления в живой природе, а именно физиология, т. е. наука о процессах, совершающихся в живой материи, использующая для решения стоящих перед ней задач все достижения современной химии — неорганической, органической, физической, медицинской. Вместе с тем это физиология молекулярная, изучающая жизнь и превращений веществ на субклеточном и молекулярном уровнях, проникающая в функции отдельных элементов клеток, органов, функциональных систем, целостного организма. Чем выше развит организм, тем сложнее регулирующие его деятельность системы.

Попытку классифицировать по химическому строению неспецифические вещества, обладающие определенной физиологической активностью, предпринял немецкий ученый М. Гуггенгейм. Под названием «биогенные амины» он объединил разнообразные биологически активные вещества алифатического, жирноароматического и гетероциклического ряда. Хотя классификация Гуггенгейма, составленная в 1940 г., устарела и название «биогенные амины» относится лишь к определенным химическим соединениям, все же она сохраняет, быть может, только историческое значение до наших дней.

К биологическим веществам нерасшифрованной к этому времени природы он отнес вещество гистаминоподобного действия вазодилатин, полученное из слизистой кишечника, гормонал — вещество из слизистой кишечника, усиливающее перистальтику, лиенин, полученный из селезенки, эйтонин — препарат печени, автоматик, полученный из сердца, прессорную субстанцию Коллипа из мышц и т. д.

К числу более сложных, обладающих специфическим действием продуктов обмена относятся гормоны, выделяемые в кровь железами внутренней секреции (надпочечниками, гипофизом, щитовидной железой, половыми железами и т. д.), и медиаторы — передатчики нервного возбуждения (стр. 42). Это необычайно активные химические вещества, участвующие в подавляющем большинстве физиологических и биохимических процессов, протекающих в организме. Они оказывают самое активное влияние на разные стороны деятельности организма. Гормоны способны перестроить психическую деятельность, ухудшить и улучшить настроение, стимулировать физическую и умственную работоспособность, возбуждать и подавлять половую активность. Любовь, зачатие, развитие плода, рост, созревание, инстинкты, эмоции, здоровье, болезни проходят в нашей жизни под знаком эндокринной системы. Экстракты из желез внутренней секреции, а также химически чистые гормоны, искусственно синтезированные в лаборатории, применяются при лечении многих заболеваний. Очищенные и синтетические гормональные препараты приносят огромную пользу людям. Учение о физиологии, фармакологии и патологии органов внутренней секреции превратилось за последние годы в один из важнейших разделов современной биологии.

Но сегодня уже можно сказать с уверенностью, а не только в виде теоретического предположения, что в живом организме клетки эндокринных желез выбрасывают в кровь не химически чистый гормон, а комплексы веществ, содержащие сложные продукты обмена (белкового, липидного, углеводного), тесно связанные с активным началом и усиливающие или ослабляющие его действие.

Эти неспецифические вещества принимают непосредственное участие в гармоническом регулировании жизненных функций организма. Поступая в кровь, лимфу, тканевую жидкость, они играют важную роль в гуморальной регуляции физиологических процессов, осуществляемой через внутреннюю среду организма.

На разных этапах эволюции, когда нервная система отсутствует, взаимосвязь между отдельными клетками и даже органами осуществляется гуморальным путем. Но по мере развития нервного аппарата, по мере его совершенствования на высших ступенях физиологического развития гуморальная система все больше и больше подчиняется нервной. Образующиеся под влиянием нервных импульсов разнообразные продукты обмена веществ (метаболизма), в свою очередь, могут действовать как раздражители на клетки органов или окончания чувствительных нервов, вызывая рефлекторным путем определенные физиологические, а иногда и патологические процессы.

В течение многих лет перед исследователями возникал вопрос о том, как взаимодействуют во внутренней среде организма — крови, лимфе, тканевой жидкости — биологически активные вещества, синтезирующие и расщепляющие ферменты, связывающие и освобождающие из связанной формы механизмы. Оставался и в какой-то мере остается нерешенным вопрос, каким образом некоторые биологически активные вещества обнаруживаются в крови, несмотря на наличие в ней высокоактивных ферментов, почти мгновенно разрушающих их после того, как кровь собрана в пробирку для тех или других лабораторных исследований. Так, например, нелегко ответить, почему в крови удается обнаружить свободный ацетилхолин при наличии системы мощных холинэстераз или обнаруживается гистамин наряду с диаминоксидазой, почти мгновенно его расщепляющей.

Медиаторы нервного возбуждения (например, ацетилхолин, норадреналин, серотонин, гамма-аминомасляная кислота и др.), образующиеся нервными окончаниями и передающие нервный импульс с нейрона на клетку-исполнитель (синаптическая передача), избежав ферментативного расщепления или обратного поглощения, поступают в ток крови и разносятся по всему организму. Здесь они начинают свою вторую жизнь, теперь уже в качестве биологически активных веществ, вовлекающих в сферу своего действия различные физиологические системы.

Чрезвычайно важное значение для гуморально-гормональной регуляции функций имеет взаимодействие медиатора с рецептором. Рецептор, принимающий центробежные нервные импульсы, можно рассматривать как устройство, через которое специфическая информация поступает из нервных окончаний в клетку-исполнительницу. Одни рецепторы отвечают на действие ацетилхолина (М- и Н-холинорецепторы), другие — катехоламинов (альфа- и бета-адренорецепторы), третьи — серотонина (М-, Д- и Т-рецепторы), четвертые — гистамина (H_1- и Н_2-рецепторы) и т. д. Работами многих исследователей, в том числе и советских, установлено, что чувствительность рецепторов, их способность приходить в состояние возбуждения или торможения под влиянием одного или нескольких медиаторов в значительной мере определяют физиологические процессы, протекающие в клетках и органах. Так, например, при экспериментальной гипертонии у животных чувствительность адренорецепторов к адреналину увеличивается в 2,3 раза, а к норадреналину — в 3,2 раза. Следовательно, одно и то же количество медиатора может вызвать у животного, страдающего гипертонией, более значительное повышение кровяного давления, чем у здорового подопытного животного.

Если вегетативная нервная система представляет «нервный интегратор», то биологически активные вещества составляют «гуморальный интегратор». Они разносятся током крови по всему организму, однако, только в определенных участках («результирующих органах» или «органах-мишенях») вызывают целенаправленные специфические реакции, вступая во взаимоотношения с рецептором или клеткой-исполнителем, клеткой-мишенью. Действие их при этом и многообразно, и разнообразно. Они возбуждают адрено- и холинорецепторы, вызывают рецепторные реакции и, образуя гуморальный отрезок рефлекторной дуги, проникают (или не проникают) через гематоэнцефалический барьер, обусловливая в одних случаях возбуждение адрен- или холинергических структур головного мозга, в других — их торможение, что приводит нередко к возникновению описанных школой Л. С. Штерн «антагонистических», «противоположных» реакций центральных и периферических нервных образований на действие одного и того же химического раздражителя. И, наконец, они вторгаются в жизнедеятельность органов и тканей, проникая через тканевые барьеры в их непосредственную питательную среду (микросреду), изменяя и регулируя функциональное состояние, обмен, деятельность клеточного аппарата. Отсюда и немедиаторное действие медиаторов, если сказать точнее — «бывших медиаторов». В литературе нередко можно встретить термины «модуляторы» или «нейромодуляторы». В своем действии они отличаются от медиаторов — веществ, передающих возбуждение с нейрона на клетку-исполнитель (межсинаптическая передача), Нейромодуляторами называют химические соединения, выделяемые нервными окончаниями и оказывающие непосредственное влияние вне синапсов, расположенных в месте их образования.

Немедиаторное (отдаленное, дистантное) действие биологически активных веществ, по происхождению медиаторов, по своим свойствам метаболитов, гормонов, нейрогормонов, стимуляторов, ингибиторов, обладающих различным спектром действия, иногда специфическим, иногда неспецифическим, модулирующим, вспомогательным, даже патогенным, широко освещено в научной литературе.

На современном уровне знаний о нейрогуморально-гормональных взаимоотношениях в организме можно судить по уровню биологически активных веществ во внутренней среде с учетом количественных и качественных сдвигов в их соотношении. Идея эта была широко развита исследованиями автора и его сотрудников. Цепь регулирования составляет при этом совокупность жидкой материи организма, составляющей его внутреннюю среду: кровь, лимфа, тканевая (межклеточная) жидкость, в значительной степени цереброспинальная жидкость. Экраном, отражающим, хотя и с некоторым запозданием, совершающиеся в организме процессы регулирования функций, являются моча, слюна, пот и другие выделения организма, особенно если они исследуются через точно фиксированные (сжатые) промежутки времени и можно высчитать количество выделяющегося вещества в 1 мин. Это соответствует определению, принятому в технике, где под цепью регулирования понимают ту часть системы, в которой величина некоторого определенного параметра определяется регулированием.

Сопоставление клинических, физиологических и биохимических показателей позволяет сделать вывод, что для изучения состояния различных отделов вегетативной нервной системы можно пользоваться методом определения в жидких средах и выделениях организма биологически активных веществ эрго- и трофотропного ряда. Их постоянно меняющиеся количественные и качественные соотношения во внутренней среде не только отражают, но и определяют топус и реактивность (готовность к действию) как периферических, так и центральных отделов вегетативной нервной системы. Принято считать, что в крови содержатся вещества, действующие на органы и клетки так же, как действует раздражение вегетативных нервных образований (симпатических и парасимпатических). Они носят название миметических веществ — симпатомиметических и парасимпатомиметических. Но содержатся и вещества, вызывающие возбуждение самих вегетативных нервных образований. Их называют тронными (симпато- и парасимпатотропными). Деление это сугубо условное. По существу, действие биологически активных веществ осуществляется через рецепторы — нервные и гуморальные. О гуморальных рецепторах стали говорить совсем недавно. По существу, это рецепторные элементы клетки, реагирующие на действие тех или других биологически активных веществ через посредство 3'5'-аденозинмонофосфата.

Важное значение для оценки гуморальных механизмов имеют ферментные системы, определяющие образование и распад биологически активных веществ. Необходимо учитывать также скорость выведения их из организма (то, что называется очищением, клиренсом) и способность организма (его клеток, крови, тканей) связывать (и тем самым превращать в неактивную форму), метаболиты, медиаторы, гормоны.

В то время как роль химического фактора в осуществлении местных, строго ограниченных реакций, имеющих узкое целевое назначение, подробно изучена, вопрос об участии в регуляции функций многообразных химических соединений, образующихся в процессе обмена веществ (метаболитов в широком понимании), нередко требует не только глубокого анализа, по и расшифровки наподобие ребуса. За последние годы в этом отношении достигнуты значительные успехи. Из общей суммы одинаково и противоположно действующих метаболитов выделены вещества, имеющие определенную химическую структуру, обладающие специфическими физиологическими свойствами и особенностями. Можно считать установленным, что организм, и в первую очередь центральная нервная система, непрерывно информируется в каждый данный момент об уровне и изменении биологической активности крови.

Природа оказалась очень изобретательной. Проникновение тех или других гуморальных регуляторов в головной и спинной мозг ограничено гематоэнцефалическим барьером. Определенные вещества проникают только в определенные зоны мозга, главным образом в область гипоталамуса, в котором находятся рецептивные зоны, воспринимающие гуморальную информацию. По принципу обратной связи центральная нервная система осуществляет контроль над всеми процессами гуморально-гормональной регуляции функций в организме.

В ответах организма на действие гуморальных факторов важное значение имеет реакция, вернее реактивность рецепторов как нервных, так и клеточных, т. е. нормальная, повышенная или сниженная чувствительность их к действию тех или других биологически активных веществ. Установлено, например, что некоторые образующиеся в организме продукты тканевого обмена (например, аденозинтрифосфорная кислота) делают холинорецепторы более чувствительными к ацетилхолину.

С каждым годом увеличивается число открытых и предполагаемых хеморецепторов. Существуют, по-видимому, рецепторы, способные реагировать не только на все химические соединения, образующиеся в процессе обмена веществ, но даже на различные чужеродные, введенные в организм фармакологические препараты. Последние способны и возбуждать, и блокировать рецептивные субстанции. Можно считать доказанным, что функциональное (химическое или физико-химическое) состояние рецепторов определяет реакцию организма на образующиеся при нервном импульсе или поступающие в кровь биологически активные вещества.

* * *

Данные, полученные при изучении комплексной нервно-(вегетативно)-гуморально-гормональной системы человека (здорового или страдающего различными формами нарушения функций), показывают, что так называемое вегетативное равновесие, т. е. уравновешивающее друг друга состояние симпатического и парасимпатического отделов вегетативной нервной системы, нельзя рассматривать как некую стойкую, неизменную величину. Это протекающее в границах гомеостаза, постоянно меняющееся, имеющее свой ритм и колебательный контур соотношение эрго- и трофотропных факторов, действующих как синергично, так и антагонистически. В комплексе вегетативно-гуморально-гормональной системы следует различать симпатоадреналовый и вагоинсулярный компоненты. Если первый термин легко поддается расшифровке, то второй требует некоторого разъяснения. По существу, он несколько условен. Гуморальногормональное звено вагоинсулярной системы (от слов блуждающий нерв — vagus и ваготропный гормон поджелудочной железы — инсулин) в большей степени составляет ацетилхолин, чем инсулин. Строение и функции вегетативной нервной системы представлены на рис. 1, 2.

Рис. 1. Симпатический отдел вегетативной нервной системы.

Волокна выходят из спинного мозга, входят в периферические нервные узлы (ганглии) и иннервируют различные органы. Сплошными линиями обозначены холинергические волокна, пунктирными — постганглионарные адренергические (по С. Оксу).

Рис. 2. Парасимпатический отдел вегетативной нервной системы.

Холинергические волокна, идущие из черепного (краниального) и крестцового отделов центральной нервной системы, направляются к периферическим нервным узлам (ганглиям) и к органам (по С. Оксу).

В литературе описаны различные формы нарушения функций вегетативной нервной системы. Они охватывают ее не только целиком, но во многих случаях отдельные участки, связанные с деятельностью тех или других тканей, органов, физиологических систем.

Однако, несмотря на сходные внешние проявления, механизмы этих нарушений могут быть различными. Так, функциональное преобладание одного отдела может быть вызвано как повышенным тонусом, высокой реактивностью нервных центров и периферических образований парасимпатической нервной системы, так и сниженным тонусом, недостаточной реактивностью нервных центров и периферических образований симпатической нервной системы. Аналогичные взаимоотношения, но с обратным знаком могут иметь место в случаях функционального преобладания симпатического отдела вегетативной нервной системы.

Вопрос этот чрезвычайно важен и значение его подчас недоучитывается физиологами и врачами. Нередко больные, страдающие вегетативной дистонией, т. е. нарушением нормального тонуса вегетативной нервной системы, предъявляют врачу бесчисленные жалобы, характерные для высокого тонуса симпатического отдела вегетативной нервной системы (например, на повышение кровяного давления, спазмы сосудов, расширение зрачков, повышенную раздражительность, сердцебиение и т. д.). Несмотря на все принимаемые меры, состояние их не улучшается. И лишь более глубокий и вдумчивый анализ показывает, что у пациента не повышен тонус симпатической системы, а снижен тонус парасимпатической. Не симпатотония, а парасимпатоатония. Казалось бы, одна лишняя буква в слове и весь диагноз перевернут с головы на ноги.

Бывает и наоборот. Явные признаки высокого тонуса парасимпатической системы (низкое кровяное давление, замедленный пульс, спазмы кишечника, тошноты) вызваны слабостью симпатической системы. Опять-таки не парасимпатотония, а симпатоатония.

Изменения, возникающие в организме и связанные с деятельностью различных отделов вегетативной нервной системы, находят свое отражение в колебаниях биологической активности крови, в перестройке нейрогуморально-гормональных взаимоотношений. При этом повышение симпатической активности крови может быть обусловлено не только нарастанием симпатомиметических веществ, но и снижением уровня парасимпатомиметических. Снижение симпатической активности крови связано как со снижением уровня симпатомиметических веществ, так и с повышением парасимпатомиметических и т. д.

В нормальных условиях жизнедеятельности организма повышение симпатической активности постоянно компенсируется увеличением активности парасимпатической. Нарастание количества биологически активных веществ одного ряда по закону обратной связи уравновешивается сдвигами в содержании веществ противоположного ряда. Таким образом, биологическая активность крови все время пребывает в состоянии подвижного, колебательного равновесия. Фаза повышенной симпатической активности сменяется фазой повышенной активности парасимпатической. Подъемы сменяются падениями, а падения подъемами.

Биологическая эрго- и трофотропная активность жидких сред организма, т. е. их влияние на рецепторы, клетки, ткани, органы, физиологические системы и целостный организм, обусловлена наличием свободных и связанных форм катехоламинов, их предшественников и продуктов метаболизма, ацетилхолина, гистамина, серотонина, других биогенных аминов, состоянием ферментных систем (синтезирующих и расщепляющих), наличием активаторов и ингибиторов, образованием, связыванием и распадом метаболитов и антиметаболитов, соотношением электролитов, количеством микроэлементов и т. д. Механизмы, определяющие биологическую активность жидких сред организма, более подробно изложены в следующей главе.

Существует четкий индивидуальный, околосуточный, сезонный и т. д. ритм фазовых колебаний биологической активности. Ф. Хальберг указывает, что «околосуточная временная структура» функций организма, выработанная в процессе приспособления живых существ к условиям жизни на Земле, отличается выраженной пластичностью. Она отличается от строго периодических явлений. Сходные события повторяются не точно, а лишь через примерно равные промежутки времени. Ритмы биологической активности жидких сред организма не относятся к числу «свободных», «независимых» ритмов, а должны быть причислены к ритмам околосуточным.

Соотношение гормонов, медиаторов, метаболитов, ферментных систем, ионов, активирующих и подавляющих биологическую активность крови, непрерывно меняется и не укладывается в жесткие биохимические границы. Оно зависит от потребностей организма, различных при тех или других условиях внешней или внутренней среды, от разнообразных раздражений, поступающих извне и изнутри состоящих наподобие цепи из множества отдельных звеньев регуляторных механизмов (последовательно включившихся по мере необходимости), основная задача которых сводится к сохранению динамического постоянства внутренней среды. Это не значит, конечно, что при тех или иных состояниях организма, врожденных или возникающих в процессе его жизнедеятельности, во внутренней среде не могут преобладать метаболиты в одних случаях эрго-, в других трофотропного ряда.

Одно время людей делили на симпатотоников и парасимпатотоников. Несмотря на все возражения, вопреки жесткой критике этого представления в подобном делении имеется какое-то зерно истины. У одних людей более выражены реакции симпатические, у других — парасимпатические, у одних в крови и тканевой жидкости легче образуются вещества симпатомиметические, у других — парасимпатомиметические. Работы нашей лаборатории показывают, что жизнедеятельность организма, его активность, утомляемость, а может быть и длительность существования, старение, подверженность тем или другим видам патологии и т. д. в значительной степени зависят от преобладающего типа его вегетативно-гуморальной реактивности. Схематически люди относятся либо к симпатоадреналовому, либо к вагоинсулярному типу, т. е. у одних преобладают эрготропные, у других трофотропные механизмы регуляции и координации функций. Вопрос этот сложный, трудный и требует дальнейшего экспериментального изучения.

На основании многолетних наблюдений мы приходим к выводу, что характерные гуморально-гормональные сдвиги предшествуют изменению функций. Физиологические и тем более патологические процессы являются следствием перестройки биохимических взаимоотношений во внутренней среде, а не наоборот. Так, например, за несколько часов до резко выраженного состояния перевозбуждения симпатической системы (клинических симпатоадреналовых кризов с характерными явлениями нарушения гомеостаза) в крови резко нарастает уровень катехоламинов. Повышение холинергической активности крови является во многих случаях первым признаком надвигающегося вагоинсулярного криза.

В то же время на высоте вегетативного криза, в момент наиболее выраженных явлений выхода организма за пределы гомеостаза, гуморально-гормональные взаимоотношения, как правило, перестраиваются. В тот момент, когда разыгрываются клинические явления выраженного симпатоадреналового криза, парасимпатическая активность крови повышена, а симпатическая снижена, а во время вагоинсулярного криза повышена симпатическая и снижена парасимпатическая активность крови (рис. 3).

Сопоставление биохимических и физиологических, а тем более биохимических и патофизиологических параметров в один и тот же временной период не всегда возможно. Мгновенно возникающие, быстро сглаживающие, переходящие в свою противоположность колебания биологической активности крови при различных функциональных состояниях вегетативной нервной системы могут не совпадать в данный конкретный период с более медленно развивающимися, более инертными, во многих случаях более длительными и устойчивыми физиологическими и особенно патологическими реакциями. В еще большей степени это обнаруживается при сопоставлении вегетативных проявлений с результатами, полученными при определении гормонов и метаболитов в суточной или взятой отдельными порциями моче. Хотя содержание гормонов, медиаторов и метаболитов в моче отражает общее направление сдвигов в состоянии вегетативной нервной системы, при оценке полученных данных необходимо учитывать величину мочеотделения, концентрацию изучаемого вещества в единице объема, задержку экскреции, интенсивность процессов обмена и т. д. Несовпадение биохимических, физиологических и патофизиологических параметров, выявляемое в некоторых случаях, может быть сведено к минимуму при повторных, динамических исследованиях и применении соответствующих функциональных проб.

Глава IV. Механизмы гуморально-гормональной регуляции функций

Швейцарский физиолог В. Гесс еще в 1925 г. предложил разделить физиологические функции, или, точнее, физиологические реакции организма, на две большие группы: эрготропные и трофотропные. Теория Гесса получила широкое распространение в биологической науке. Ей посвящено немалое число теоретических и экспериментальных исследований. Впоследствии ее развил, углубил и уточнил один из учеников Гесса — М. Моннье. Однако в своих работах Моннье говорит не столько о функциях, сколько об эрго- и трофотропных функциональных состояниях организма. И, возможно, это не терминологическая поправка, а более углубленное представление о процессах регуляции и координации в организме. Состояния эти смешанные, многоплановые. В них участвуют вегетативные, двигательные, чувствительные и психические элементы. В настоящее время более широкое распространение получило представление об эрго- и трофотропных системах, имеющих довольно строгую анатомическую и биохимическую локализацию. К эрготропным относят обычно адренергические (адренореактивные) механизмы, к трофотропным — холипергические (холинореактивные). Это не всегда одно и то же и нередко и эрго- и трофотропные реакции могут быть вызваны возбуждением других гуморальных систем (например, кортикостероидами, серотонином, гистамином и др.).

Схема, предложенная Моннье (рис. 4), не охватывает всей проблемы, но все же дает определенное представление о взаимоотношении эрго- и трофотропных функций в организме. Эрготропные состояния характеризуются активацией деятельности большинства внутренних органов и физиологических систем под влиянием симпатоадреналовых импульсов. При этом повышается реактивность (готовность к действию) всей соматической, «анимальной» системы (чувствительных, двигательных и психических ее компонентов). Так, например, эрготропные функции резко усиливаются при различных стрессовых состояниях, при физической деятельности (спорт, труд), при эмоциях, боли, охлаждении. Они способствуют приспособлению организма к меняющимся условиям внешней среды, повышают расход энергетических запасов, усиливают катаболические, диссимиляторные процессы в организме.

Рис. 3. Зависимость между биохимическими и физиологическими сдвигами во внутренней среде организма при развитии симпатоадреналового криза.

Параллельными линиями отражены границы гомеостаза (Э — эрготропные; Т — трофотропные); сплошная линия — биохимические (гуморальногормональные) сдвиги, прерывистая — физиологические сдвиги при развитии и затухании явлений криза; 2 — фаза снижения симпатомиметической и нарастания парасимпатомиметической активности крови; 3 — фаза постепенного нарастания физиологических проявлений симпато-адреналового криза; 4 — фаза выраженного симпатоадреналового криза с выходом за пределы гомеостаза.

Рис. 4. Схема эрготропных (стрелки направлены от центра) и трофотропных (стрелки направлены к центру) реакции (по М. Моннье).

Вследствие избирательной активации определенных внутренних органов под влиянием симпатической нервной системы происходит повышение реактивности (готовности к действию) соматической нервной системы (эрготропные реакции). Активация определенных внутренних органов под влиянием парасимпатической нервной системы создает оптимальные условия во внутренней среде (ассимиляция, удаление использованных продуктов, трофотропные реакции).

Для трофотропных состояний характерно накопление энергетических запасов, усиление процессов анаболических, ассимиляторных. При этих состояниях активность внутренних органов направлена на поддержание гомеостаза и находится под влиянием вагоинсулярной системы.

Медиаторы. Мысль о том, что передача возбуждения с нервного окончания на клетки органов осуществляется при помощи химических веществ, возникла уже давно. Но доказано это было только в двадцатых годах нашего столетия. Вещества, образующиеся при нервном возбуждении, получили название медиаторов (трансмиттеров) или передатчиков процесса возбуждения. Место их образования (или накопления) — окончания нервных волокон, где они вовлекаются в действие, когда нервный импульс приходит в рабочий орган, например, в мышцу или железистую клетку. Медиаторы образуются также в синапсах, связывающих между собой нервные клетки центральной нервной системы и периферических нервных узлов, а также в нервных стволах.

При электронно-микроскопическом исследовании обнаруживается, что синапс состоит из двух соприкасающихся поверхностей, одна из которых принадлежит аксону, другая — дендриту или телу клетки. При увеличении в несколько десятков тысяч раз синапс представляется в виде щели шириной примерно в 200 ангстремов (ангстрем — одна стомиллионная доля сантиметра). Поверхность аксона, обращенная к синапсу, получила название пресинаптической мембраны (оболочки), а дендрита — постсинаптической.

В окончании аксона электронный микроскоп обнаруживает целое скопление крошечных пузырьков (везикулов), наполненных химическим веществом специального назначения. Вещество это — передатчик, медиатор, посредник нервного возбуждения, осуществляющий переход импульса через синапс.

Чаще всего это ацетилхолин или норадреналин, иногда серотонин, гамма-аминомасляная кислота, гистамин и т. д. (с. 75).

Наряду с другими биологически активными веществами медиаторы, поступая в кровь, принимают участие в регуляции и координации физиологических процессов. Из этого следует, что необходимо различать их роль в медиации и регуляции. Без преувеличения можно сказать, что открытие химической медиации явилось одним из наиболее блестящих, как принято называть, «делающих эпоху» открытий биологии двадцатого века.

Различные нейроны — в зависимости от их расположения, физико-химических свойств, обмена веществ, физиологических функций — возбуждаются или, наоборот, прекращают свою деятельность (затормаживаются) под влиянием тех или других медиаторов.

Отсюда и возникло представление, что существуют возбуждающие и тормозящие медиаторы. Этому вопросу посвящено немалое количество экспериментальных работ и теоретических споров. Одни авторы признают существование тормозящих медиаторов, другие его опровергают.

Нервный импульс представляет сложнейший физикохимический процесс, связанный с перемещением некоторых минеральных веществ, в частности ионов калия и натрия. В состоянии покоя ионы калия находятся преимущественно внутри нервной клетки, ионы натрия — на ее наружной поверхности. В протоплазме нервных клеток ионов калия примерно в 30—40 раз больше, чем в окружающей клетку тканевой жидкости, ионов же натрия в 8—10 раз меньше. В соответствии с этим внутри клетки преобладают отрицательные электрические заряды, вне ее — положительные. В тот момент, когда нервный импульс приходит в окончание аксона (так называемую синаптическую бляшку), пузырьки, содержащие медиатор, лопаются. Химический передатчик изливается в синаптическую щель и изменяет проницаемость постсинаптической мембраны. Это ведет к тому, что ионы калия устремляются из клетки и располагаются на ее поверхности, обращенной к щели, а ионы натрия входят в клетку. Электрический заряд мембраны мгновенно изменяется, возникает разница потенциалов, и импульс переходит с аксона одной клетки на дендрит другой. Как только импульс прошел синапс, медиатор разрушается, ионы калия снова поступают в клетку, а ионы натрия выходят из нее.

Биологически-активные вещества эрготропного ряда

Катехоламины. К веществам, вызывающим и регулирующим эрготропные (адренергические) реакции в организме, в первую очередь относятся катехоламины, составляющие систему гормонов и медиаторов симпатоадреналовой системы. Они создают возможность быстрого, адекватного и устойчивого перехода организма из состояния покоя в состояние длительного возбуждения, регулируя и направляя течение физиологических процессов.

Основной ведущий представитель катехоламинов, наиболее известный и подробно изученный, — адреналин. Он образуется в мозговом слое надпочечников и содержание его во внутренней среде организма характеризует состояние этой важнейшей эндокринной железы нашего организма. Его непосредственный предшественник, отличающийся отсутствием одной метильной группы (СН_3), норадреналин, обладает одновременно функциями гормона мозгового слоя надпочечников и медиатора центральных и периферических отделов симпатической нервной системы.

Длившийся несколько десятилетий спор о химической природе симпатического медиатора можно считать законченным. Еще не так давно говорили и писали о каких-то особых химических веществах, симпатинах, отличающихся от адреналина. В 1933 г. бельгийский ученый Бакк высказал предположение, что симпатины в одних случаях являются адреналином, в других его предшественником — норадреналином. Советский биохимик А. М. Утевский предположил, что симпатины — сложная система адреналина, норадреналина и промежуточных продуктов их обмена. Но в настоящее время установлено, что симпатическая медиация осуществляется с помощью норадреналина. Его предшественник — дофамин, один из медиаторов симпатических образований в центральной нервной системе, отсутствие или недостаточное образование которого в некоторых участках головного мозга приводит к тяжелому заболеванию, известному под названием дрожательного паралича, или паркинсонизма. Катехоламины образуются в организме из аминокислот путем последовательного превращения фенилаланина в тирозин и дигидрооксифенилаланин (ДОФА). Помимо прямого медиаторного действия норадреналин, поступая в кровь и тканевую жидкость, принимает самое активное участие в гуморальной регуляции функций.

Катехоламины оказывают необычайно сильное влияние на возникновение, течение и исход буквально всех процессов, совершающихся в организме, действуя и на нервные и гуморальные рецепторы. При этом они вызывают эффект такого же характера, какой возникает при возбуждении симпатической нервной системы, т. е. обладают симпатомиметическими (сходными с симпатическим) свойствами. Содержание их в крови ничтожно, но активность чрезвычайно высока.

Итак, норадреналин — гормон и медиатор центральных и периферических отделов симпатической нервной системы, дофамин — медиатор центральной нервной системы, а фенилаланин, тирозин и ДОФА последовательно участвуют в биосинтезе катехоламинов. Цепь их превращений, начиная с фенилаланина, совершается при участии ряда ферментов, активность которых может иметь особо важное значение для формирования тонуса и реактивности симпатоадреналовой системы, усиливая или ослабляя превращение одних форм катехоламинов и их предшественников в другие.

Однако медиаторная роль адренергических нервных волокон не сводится к одному лишь выделению норадреналина в синаптическую щель. Недавно было открыто явление, прямо противоположное процессу освобождения норадреналина. Оказалось, что симпатические нервные окончания способны обратно захватывать неиспользованный медиатор и этим как бы пополнить запасы катехоламинов. Какая поразительно тонкая феерия разыгрывается в адренергическом синапсе в ту минуту, когда к нему приходит нервный импульс! Содержащийся в везикулах норадреналин изливается в синаптическую щель и вступает в реакцию с постсинаптическими адренореактивными системами. Однако он используется не полностью, часть его остается ненужной, избыточной. И сразу в действие вступают механизмы, инактивирующие излишки медиатора. Этих механизмов несколько и надежность их достаточно велика. Прежде всего это цикл разнообразных биохимических превращений, сложных и многозвеньевых, а кроме того, обратный захват, поглощение (uptake), детали которого подробно описаны в литературе[13]. Однако какое-то количество медиатора ускользает от цепких механизмов инактивации и уносится током крови. Это именно тот норадреналин, который мы определяем в жидких средах и выделениях организма, по уровню которого судим о тонусе и реактивности симпатического (нервного) отдела симпатоадреналового аппарата.

Унесенные кровью, проникшие через гистогематические барьеры в непосредственную среду органов катехоламины вызывают длинную цепь физиологических и биохимических эффектов. Но их действие на клетку осуществляется не непосредственно, а через несколько промежуточных инстанций. Наиболее важной из них является образование циклического 3'5' - аденозинмонофосфата (3'5' - цАМФ), который в настоящее время рассматривается как универсальный «второй передатчик» регуляторных воздействий гормонов и медиаторов, превращающих межклеточные сигналы, поступающие из внутренней среды, во внутриклеточные. Можно считать доказанным, что это соединение выполняет функцию посредника между действием гормонов и ответной реакцией клетки.

В образовании цАМФ важную роль играет группа биологически активных веществ — простагландинов. Вступая в соединение с рецептором клеточной мембраны, гормон (в данном случае адреналин или норадреналин) стимулирует переход в активную форму простагландинов различного действия. Активным началом этих соединений являются ненасыщенные жирные кислоты с 20 атомами углерода. Хотя простагландины делятся на 4 группы, число их, как и спектр физиологического действия, значительно выше. В оболочке клетки простагландины находятся в связанной форме и освобождаются под влиянием норадреналина. В свою очередь, простагландины активируют фермент аденилциклазу, который при участии ионов кальция усиливает образование цАМФ. Другим ферментом, который принимает участие в обмене цАМФ, является фосфодиэстераза. Ее роль заключается в разрушении и тем самым инактивации цАМФ. Интересно отметить, что инсулин — представитель вагоинсулярной системы, тормозит освобождение простагландинов из связанного состояния и тем самым снижает образование цАМФ. Аденилциклаза активируется не только при участии катехоламинов, по и некоторых других биологически активных веществ (гистамина, серотонина, ангиотензина, некоторых гормонов гипофиза и др.). Образование и разрушение цАМФ — сложный и полностью еще не расшифрованный процесс[14].

Таким образом, если катехоламины, попадая из крови в тканевую жидкость, являются внеклеточным химическим посредником между мозговым слоем надпочечников (или адренергическими нервными элементами) и клеткой-мишенью, т. е. объектом действия гормонов, то цАМФ, проникая через клеточную мембрану, вступает во взаимодействие с содержащимися в ней рецептивными образованиями и ферментами, что приводит к возникновению многочисленных биохимических и физиологических реакций в организме.

Роль катехоламинов в реализации гомеостатических механизмов подробно изучена не только в экспериментах на животных, но и на человеке. Катехоламины, их предшественники и продукты превращения определяются в крови и моче при различных физиологических и патологических состояниях организма. Обычно в клинической практике или при исследовании состояния симпатоадреналовой системы у человека в лабораторных условиях определяют катехоламины, их предшественники и продукты превращения в моче, собранной в течение суток (суточная доза) или нескольких часов (порционная моча). Опыт показывает, что содержание катехоламинов в моче, подобно зеркалу, позволяет судить о состоянии симпатоадреналовой системы, хотя в мочу попадает лишь 4—5% их общего количества в организме. В пашей лаборатории принята следующая схема: мочу собирают с 8 до 12 ч, с 12 до 16 ч, с 16 до 20 ч, с 20 до 8 ч. Ночные пробы мочи можно брать в 2 и 5 ч. Эта схема необязательная, существует ряд ее вариантов.

По уровню адреналина в моче можно судить в основном о состоянии гормонального звена симпатоадреналовой системы, т. е. о деятельности мозгового слоя надпочечников, а по уровню норадреналина — медиаторного, т. е. нервного. Количество дофамина и ДОФА характеризует резервные возможности симпатоадреналовой системы. Определение их в крови и моче позволяет оценить возможности симпатоадреналовой системы, наличие в организме строительных материалов, из которых образуются катехоламины. Большое значение уделяется физиологами и клиницистами исследованию продуктов обмена дофамина (гомованилиновой кислоты) адреналина и норадреналина (метанефрина и норметанефрина), а также ванилилминдальной кислоты — основного метаболита адреналина и норадреналина по пути О-метилирования и окислительного дезаминирования. Сопоставление результатов, полученных при изучении экскреции с мочой катехоламинов, их предшественников и продуктов превращения позволяет охватить всю совокупность процессов, протекающих в организме при различных состояниях симпатоадреналовой системы. Так, например, увеличение экскреции ванилилминдальной кислоты указывает на усиление обменных процессов, повышенное использование катехоламинов, а уменьшение экскреции является показателем сниженного обмена адреналина и норадреналина.

Важнейшую, если не главную роль играют катехоламины в осуществлении адаптационно-трофической роли симпатической нервной системы. Этот термин введен советским физиологом Л. А. Орбели. Значение катехоламинов как регуляторов приспособительных механизмов вытекает из способности их быстро и интенсивно оказывать влияние на процессы метаболизма, стимулировать распад гликогена и жиров, повышать уровень глюкозы в крови, способствовать окислению жирных кислот, повышать потребление кислорода тканями, увеличивать работоспособность сердца и скелетной мускулатуры, обеспечивать перераспределение крови для оптимального снабжения тканей энергетическими ресурсами, усиливать возбуждение центральной нервной системы, участвовать в развитии эмоциональных реакций и т. д. и т. д.

Состав и свойства внутренней среды и в еще большей степени состояние организма зависят во многих отношениях от сдвигов в системе катехоламинов, их соотношении и использовании. Возбуждение симпатоадреналовой системы сопровождается, как правило, нарастанием уровня катехоламинов во внутренней среде. В то же время высокое содержание катехоламинов в организме поддерживает напряженный тонус симпатоадреналовой системы. Все эрготропные функции организма усилены. Он приготовился к действию, к бою, достижению цели. Состояние это прекрасно описано Шекспиром в драме «Генрих V» (перевод Е. Бируковой).

Когда ж нагрянет ураган войны,

Должны вы подражать повадке тигра.

Кровь разожгите, напрягите мышцы.

Свой нрав прикройте бешенства личиной!

Глазам придайте разъяренный блеск —

Пускай как пушки смотрят из глазниц;

Пускай над ними нависают брови,

Как выщербленный бурями утес

Над основанием своим, что гложет

Свирепый и нещадный океан.

Сцепите зубы и раздуйте ноздри;

Дыханье придержите; словно лук,

Дух напрягите[15].

Физиолог не ошибется. Перед ним сразу встает знакомая картина возбужденной до предела симпатоадреналовой системы. Если бы каким-то чудом Генриху V удалось заглянуть во внутреннюю среду организма его воинов, он увидел бы истинное «катехоламиновое наводнение».

Существует несколько предположений о значении отдельных катехоламинов для жизнедеятельности организма. Вопрос этот широко обсуждается в литературе, но единого мнения до сих пор нет. Слишком быстро меняется уровень катехоламинов в крови. Они быстро образуются, поступают во внутреннюю среду, выводятся, разрушаются, захватываются клетками, вступают в реакцию и исчезают. Просматривая работы отечественных и зарубежных авторов, подытоживая исследования свои и своих учеников, мы приходим к выводу, что психологические стрессы, выражающиеся в задержке внешних проявлений (ожидание боли, опасности, предчувствие неприятностей, возможного поражения, страх, тревога, сознание собственной беззащитности, депрессия, боязнь смерти), связаны в значительной мере с поступлением в кровь адреналина и в меньшей степени норадреналина, а стрессы, выражающиеся во внешних проявлениях (например, аффект, агрессия, гнев, ярость) состояния, требующие выдержки, выносливости, длительного умственного и физического напряжения, преодоления препятствий, уверенности в победе, сопровождаются накоплением во внутренней среде норадреналина.

В развитие этих представлений можно с известной условностью говорить о норадреналине как «гормоне льва» и адреналине как «гормоне кролика». Автор этой книги считает, что такое деление, предложенное шведским ученым М. Франкенхойзер, следует понимать не в прямом, а в переносном смысле, как противопоставление силы — слабости или храбрости — трусости. Правильнее назвать адреналин, как это сделал Кеннон, гормоном тревоги, а норадреналин — гормоном гомеостаза. Советский ученый С. А. Разумов исследовал содержание адреналина и норадреналина в крови петухов после петушиных боев. По характеру поведения петухи были разделены на агрессивных и пассивных. Оказалось, что у агрессивных петухов содержание норадреналина было в 13 раз выше, чем у птиц пассивных или боящихся драки. В нашей лаборатории определяли катехоламины в крови рысистых лошадей. Оказалось, что победителями в скачках выходили лошади, у которых в крови преобладало содержание норадреналина.

В литературе имеются указания, что поступление во внутреннюю среду норадреналина избирательно повышается в тех случаях, когда требуется сосредоточенное внимание. Английский ученый У. Фридман утверждает, что у темпераментных, честолюбивых людей выделение норадреналина при работе выше, чем у лиц, не обладающих этими чертами характера. По нашим данным, эмоциональное напряжение при полетах на сверхзвуковых самолетах сопровождается резким (в 7—10 раз) увеличением выделения норадреналина мочой. Наиболее высокие показатели летного искусства были отмечены у лиц, экскретировавших большие количества норадреналина, В совместных работах с Н. Н. Артамоновым и Р. С. Веледой мы показали, что испытуемые «норадреналинового типа», т. е. выделяющие преимущественно норадреналин, легко переносят пребывание в барокамере на высоте 5—6 тыс. м, в то время, как испытуемые, у которых экскреция норадреналина снижена или замедлена, не выдерживают даже кратковременного подъема на высоту. Такую же закономерность нам пришлось наблюдать и при спортивной деятельности. Но об этом в специальной главе.

Однако наивно думать, что адреналин и норадреналин во внутренней среде организма как бы противопоставлены друг другу. Можно говорить только о преобладании того или другого представителя этих гормонов-медиаторов комплексной симпатоадреналовой системы. Принято считать, что эмоциональные состояния, особенно возникшие при стрессовых ситуациях, сопровождаются резким нарастанием уровня адреналина в крови. Но вот В. В. Ушаков и Т. И. Лукичева установили, что при сильнейшем эмоциональном стрессе (смерть от утопления) содержание адреналина в трупной крови по сравнению с кровью живых людей было увеличено в 27 раз, а норадреналина — в 31,3 раза, Видимо, при объяснении недоучитывался тот факт, что утопающий мобилизует все свои силы для того, чтобы спастись. В действие вступает вся симпатоадреналовая система, реализующая все защитные механизмы, все жизненные ресурсы погибающего, но не сдающегося организма. В то же время у лиц, погибших без значительного эмоционального стресса (скоропостижная сердечнососудистая смерть), содержание адреналина увеличивалось в 12 раз (вероятно, все же был испуг!), а норадреналина всего в 4,6 раза (мобилизация только началась!).

Оказалось, что сдвиги в обмене катехоламинов, от которых зависит в значительной степени состояние симпатоадреналовой системы, далеко неодинаковы при одних и тех же воздействиях на организм. Они зависят от многих факторов: исходного состояния и реактивности симпатоадреналовой системы, интенсивности и длительности воздействия, времени дня и ночи, наличия или отсутствия предшественников, из которых образуются катехоламины, ответной, компенсаторной реакции со стороны вагоинсулярной системы и т. д.

Количество катехоламинов в крови колеблется в пределах миллионных долей грамма. Данные, приведенные различными исследователями, зависят от метода определения. Предложено много разнообразных методов, в основном спектрофлуорометрических и радиоиммунологических, позволяющих определять в биологических объектах буквально гомеопатические количества катехоламинов. Количество адреналина в плазме крови составляет 0,1—0,4 мкг/л (трииндоловый метод). Содержание норадреналина примерно в 2—4 раза выше. Несколько более высокие цифры получены при определении катехоламинов другими методами. Интересно отметить, что содержание катехоламинов в крови и выделение их с мочой меняется в зависимости от времени дня и ночи. Наиболее высокое количество их обнаруживается во вторую половину дня, наиболее низкое в ночные часы, что соответствует повышению тонуса симпатоадреналовой системы днем и снижению его ночью. Суточный ритм экскреции катехоламинов и их предшественников у здоровых людей изучен многими авторами. В нашей лаборатории получены данные, частично представленные в табл. 1. Любопытно отметить, что для людей, принадлежащих к породе «сов», т. е. привыкших работать в ночные часы или вообще чувствующих себя ночью бодрее, чем днем, характерен перестроенный ритм экскреции катехоламинов — некоторое снижение между 12—16 ч и повышение в 2—3 ч ночи.

Таблица 1. Суточный ритм экскреции катехоламинов и их предшественников (нанограммы в 1 мин) у здоровых людей (по материалам нашей лаборатории)

Часы обследования

Адреналин

Норадреналин

Дофамин

ДОФА

8—12

4,3±0,3

8,8±0,9

261±16

22,4±1,4

12—16

3,0±0,2

6,3±0,7*

226±15*

16,0±15*

16—20

4,8±0,2

10,1±1,3

240±14

24,0±1,3

20—8

2,0±0,1*

5,0±0,5*

131±16*

14,0±1,5*

* Статистически достоверные различия по сравнению с утренней порцией мочи (Р < 0,05).

О состоянии отдельных звеньев симпатоадреналовой системы (медиаторного и гормонального) можно судить по соотношению норадреналин/адреналин в моче, которое повышается при усилении медиаторного его звена и снижается при усилении гормонального. Для косвенной оценки процессов динамики образования катехоламинов вычисляют отношение их суммы (адреналина, норадреналина, дофамина) к ДОФА — А+НА+ДА/Д, а также отношение суммы адреналина и норадреналина к дофамину — А+НА/ДА. Снижение первого коэффициента и увеличение второго является показателем нарастания резервных возможностей симпатоадреналовой системы (накопление ДОФА и усиленный переход дофамина в норадреналин).

Аналогичные результаты получил Р. В. Беледа, обследуя суточный ритм здоровых летчиков по несколько измененной схеме.

Биологически активные вещества трофотропного ряда

Система ацетилхолина. Ацетилхолин — медиатор парасимпатического отдела вегетативной нервной системы является сложным эфиром холина и уксусной кислоты. Он образуется при участии синтезирующего фермента — холинацетилазы, активность которого в клетках изменяется под влиянием условий среды и тканевого обмена. Ацетилхолин нестоек и срок его существования крайне ограничен. Выполнив свою задачу, ацетилхолин, образовавшийся в нервных окончаниях, мгновенно расщепляется на свои составные части (уксусную кислоту и холин) под влиянием фермента холинэстеразы. До сих пор принято было считать, что ацетилхолин приспособлен для выполнения узкоограниченных, чисто медиаторных задач и действие его сводится к передаче возбуждения с нерва на клетку-мишень. Но теперь, в значительной степени работами нашей лаборатории, установлено, что ацетилхолин поступает из органов и тканей в кровь и принимает активное участие в гуморальной регуляции функций. Его влияние на клетки сходно с действием парасимпатических нервов.

Возьмем обычную медицинскую пиявку и вырежем у нее из спины кусочек мышцы. Если погрузить этот кусочек в раствор ацетилхолина, разведенного в миллион и даже больше раз, мышца пиявки начнет сокращаться. Она отвечает на незначительное количество ацетилхолина, содержащееся в жидкости Рингера, в крови, в вытяжках из тканей.

Немедиаторное действие ацетилхолина в целостном организме представляет один из наименее изученных и наиболее спорных разделов гуморально-гормональной регуляции функций. Установлено, что холинергические (парасимпатомиметические, парасимпатотропные, трофотропные) реакции возникают при действии ацетилхолина (или других соединений холина) на холинорецепторы, субклеточные образования, клетки, ткани, органы или организм в целом. Помимо своего основного (холинергического) действия, ацетилхолин вызывает освобождение калия, связанного белками, повышает или снижает проницаемость биологических мембран, принимает участие в регуляции избирательной проницаемости эритроцитов, изменяет активность отдельных дыхательных ферментов, влияет на активность катепсинов, на обновляемость фосфатной группы в фосфолипидах, на метаболизм макроэргических фосфорных соединений, повышает устойчивость отдельных тканей и организма в целом к гипоксии. Советский ученый X. С. Коштоянц высказал предположение, что, осуществляя медиаторное действие, ацетилхолин вступает в круг тканевых биохимических превращений.

По современным представлениям, ацетилхолин действует на клетки через циклический гуанозин-3'5'-монофосфат (цГМФ), который наряду с цАМФ рассматривается как универсальный внутриклеточный регулятор. Фермент гуанилциклаза, осуществляющий синтез цГМФ, так же как аценилциклаза, входит в состав мембран клеток и активируется ацетилхолином, инсулином и некоторыми другими биологически активными веществами трофотропного ряда.

Но в данном случае речь идет только об ацетилхолине. Этот вездесущий и многообразный участник физиологических и патологических процессов, нейрогормон, посредник нервного возбуждения и одновременно метаболит центральных и периферических клеточных и субклеточных структур, образующийся в процессе жизнедеятельности и мгновенно разрушающийся или инактивирующийся, таит немало загадок и значение его в физиологических реакциях еще далеко не «разложено по полочкам». Не использованный в процессах передачи возбуждения в синапсах ацетилхолин поступает в тканевую жидкость и кровь из элементов нервной системы. Накопление его во внутренней среде вызывает определенные парасимпатомиметические эффекты, охватывающие множество функций. Возникает состояние, характерное для повышенного тонуса всего парасимпатического отдела вегетативной нервной системы. Состояние это сопровождается одновременным немедиаторным (отделенным дистантным) действием ацетилхолина на многие периферические (и, вероятно, центральные) рецепторы и эффекторы (мышечные, секреторные, сосудистые). Проверить действие ацетилхолина в эксперименте нетрудно. Достаточно пропустить его через изолированное сердце лягушки. Опыт прост и легко воспроизводится во всех физиологических лабораториях. Раствор Рингера с добавлением прозерина (для подавления расщепляющих ацетилхолин холинэстераз) вызывает на сердце такой же эффект, как и раздражение парасимпатических нервов.

Но парасимпатомиметическое действие почти полностью отсутствует, если ввести ацетилхолин в организм (под кожу, в вену), будь то морская свинка, кролик, собака и даже человек. Ацетилхолин мгновенно расщепляется холинэстеразами внутренней среды. Попробуем заменить ацетилхолин близким ему по строению и действию карбаминохолином (карбохолином). Этот препарат не расщепляется холинэстеразами и введение его в организм вызывает выраженный, необычайно яркий парасимпатический эффект. Однажды автору этой книги пришлось наблюдать такой случай. Больному с высоким кровяным давлением (около 300 мм рт. ст.), которому не помогали обычные лечебные препараты, ввели под кожу 1 мг карбаминохолина. Буквально через 10 мин можно было наблюдать отчетливый холинергический эффект. Давление снизилось до 200 мм, началось сильнейшее потоотделение, резко усилилась перистальтика кишечника, рот наполнился жидкой слюной, резко сузились зрачки. В течение следующих минут начал развиваться типичный парасимпатический криз (дальнейшее снижение кровяного давления, замедление пульса, спазмы кишечника), который, как по мановению волшебной палочки, прекратился после подкожной инъекции 1 мл раствора атропина (1:1000). Холинорецепторы были заблокированы атропином и действие карбоминохолина почти мгновенно прекратилось.

Рис. 5. Соотношение уровня ацетилхолина и активности ацетилхолинэстеразы (схема).

А — при высоком тонусе парасимпатической нервной системы: 1 — исходные соотношения, 2 — повышение содержания свободного ацетилхолина при неизменной активности ацетилхолинэстеразы; 3 — снижение активности ацетилхолинэстеразы при неизменном содержании свободного ацетилхолина; Б — при низком тонусе парасимпатической нервной системы: 1 — исходные соотношения, 2 — снижение содержания свободного ацетилхолина при неизменной активности ацетилхолинэстеразы, 3 — повышение активности ацетилхолинэстеразы при неизменном содержании свободного ацетилхолина; а — уровень ацетилхолина; б — активность ацетилхолинэстеразы.

Уровень свободного ацетилхолина в крови лишь частично отражает процессы холинергической (парасимпатической) регуляции. Еще меньше информаций можно получить при весьма распространенном в клинике и лабораторном эксперименте определении в крови одной лишь активности неспецифической (бутирилхолинэстеразы) или специфической холинэстеразы (ацетилхолинэстеразы).

Здесь следует сделать небольшое отступление принципиального характера. Обычно физиологическая активность того или другого биологически активного вещества (например, ацетилхолина, гистамина, серотонина) расценивается по уровню его в крови. Не учитывается активность фермента, расщепляющего данное вещество. Между тем конечная, суммарная биологическая активность крови зависит не только от количественного содержания того или другого вещества во внутренней среде, но и от скорости (кинетики) его образования и расщепления. Высокий уровень ацетилхолина (ацетилхолинемия) или гистамина (гистаминемия) при высокой активности расщепляющих их ферментов подчас вызывает такой же физиологический эффект, как низкое содержание этих биогенных аминов при низкой активности ферментов.

Так, нами установлено, что снижение активности ацетилхолинэстеразы (при одном и том же уровне свободного ацетилхолина в крови) увеличивает, а повышение ее — уменьшает холинергическую активность жидких сред организма (рис. 5). Однако природа не ограничилась расщеплением ацетилхолина специфическими и неспецифическими ферментами. Накопление его в крови слишком опасно. Оно может привести к непоправимым последствиям. Это легко проверить, если ввести в организм вещество, подавляющее активность холинэстераз, например, прозерин или один из других антихолинэстеразных препаратов. Поэтому организм обезопасил себя открытой нами второй линией обороны. Оказалось, что эритроциты крови способны связывать немедиаторный ацетилхолин и тем самым инактивировать, обезвреживать его. В тех случаях, когда организму необходимо повысить тонус парасимпатической системы, ацетилхолин освобождается из связанной формы и поступает в ток крови, вызывая соответствующий физиологический эффект. Но существует и третий фронт защиты организма от избытка ацетилхолина — прочное связывание его белками крови и тканей. Этот ацетилхолин в отличие от первых двух — реакционноспособных не принимает прямого участия в регуляции функций. Он образует как бы неприкосновенный запас, который выбрасывается во внутреннюю среду лишь в случаях крайней необходимости. Исследование реакционноспособных форм ацетилхолина в крови (свободного и связанного эритроцитами), активность холинэстераз (специфической и в меньшей мере неспецифической), а также способности эритроцитов связывать в пробирке добавленный к крови химически чистый ацетилхолин (так называемый феномен его связывания) позволяет оценить холинергическую активность крови и является одним из методов исследования парасимпатического отдела вегетативной нервной системы.

Установлено большое информативное значение коэффициента распределения — соотношения между свободным и связанным эритроцитами ацетилхолином и холинергического индекса — соотношения между активностью ацетилхолинэстеразы и свободным ацетилхолином. По-видимому, эритроциты представляют депо, нечто вроде хранилища ацетилхолина и принимают участие в его немедиаторном (дистантном) действии. Освобождение ацетилхолина, связанного эритроцитами, происходит в клетках, органах и тканях в зависимости от потребностей организма. Оно увеличивается под влиянием одних веществ, например, калия или гистамина[16], и уменьшается под влиянием других (кальция, катехоламинов, серотонина).

У здорового человека и у некоторых видов животных связывание ацетилхолина эритроцитами является одним из путей его инактивирования (депонирования). При усилении ферментативного расщепления, т. е. при повышении активности холинэстераз, величина связывания уменьшается и увеличивается при ее снижении. В тех случаях, когда обе формы инактивирования ослаблены, например, в первые недели или месяцы беременности, холинергическая активность крови значительно нарастает.

Физиологи уже давно заметили, что в плазме крови свободный ацетилхолин отсутствует. Для определения его используют обычно цельную кровь, к которой добавлено небольшое количество какого-либо препарата, подавляющего активность холинэстераз. По-видимому, весь ацетилхолин крови содержится в эритроцитах в двух состояниях — прочно и рыхло связанном. Немедиаторное (дистантное) его действие обусловлено освобождением из рыхло связанной эритроцитами формы. Его-то мы определяем как «свободный». Прочно связанный эритроцитами (резервный) ацетилхолин освобождается при определенных ситуациях, например, когда организму для поддержания гемеостаза необходимо усиление холинергической активности крови. Чтобы обнаружить его в крови, пробу крови помещают на 1,5—2 ч в термостат.

В пользу высказанного нами предположения говорит тот факт, что в пробах крови удается выявить присутствие ацетилхолина, несмотря на наличие мощных холинэстераз. Учитывая все эти сложные взаимоотношения, мы предложили весь ацетилхолин крови, т. е. свободный и связанный эритроцитами, считать суммарным. Он и представляет реакционноспособный ацетилхолин. Своей способностью воздействовать на эффективные клетки он отличается от ацетилхолина, прочно связанного с белками крови или тканей, для выявления которого необходимы специальные химические методы.

И в заключение об одном удивительном свойстве эритроцитов. Если к пробе крови или к отмытой физиологическим раствором взвеси эритроцитов добавить небольшое количество раствора химически чистого препарата ацетилхолина, то после 24-часового пребывания в холодильнике при 4° количество ацетилхолина в пробе значительно уменьшается. У одних людей на 60—70%, у других на 20—30—40%. Разумеется, действие расщепляющих ферментов необходимо предварительно подавить прозерином или каким-нибудь другим ингибитором. Это явление мы назвали феноменом связывания ацетилхолина. Его следует рассматривать как функциональную пробу, характеризующую потенциальную способность эритроцитов связывать медиатор. Способность связывать добавленный извне ацетилхолин может быть отнесена к физиологическим мерам защиты против его избыточного накопления в крови. Величина феномена связывания зависит от разных причин: физикохимических свойств эритроцитов, мембранной проницаемости, рецепторной функции белково-липоидной оболочки эритроцитов, состава и биологических свойств плазмы и т. д., а также активности холинэстераз. Обычно чем выше активность холинэстераз, тем слабее выражен феномен связывания. Состав плазмы оказывает исключительно сильное влияние на способность эритроцитов связывать добавленный к крови ацетилхолин. Достаточно прибавить к плазме незначительное количество калия или раствор гистамина, чтобы феномен связывания резко снизился. Напротив, кальций, адреналин и норадреналин способствуют его повышению.

Если кровь связывает в пробирке 80—90% добавленного извне ацетилхолина, это косвенно говорит о высокой ее холинергической активности. Но самое важное заключается не в этом. Оказалось, что феномен связывания значительно повышается при некоторых заболеваниях нервной системы, особенно вегетативной (например при различных формах поражения гипоталамуса, при миастении и др.), и, как правило, снижается при нормализации ее тонуса и реактивности.

У здорового человека ацетилхолин, связавшийся эритроцитами в пробирке, освобождается после 2—3-часового пребывания в термостате. Он как бы реактивируется. Однако при некоторых заболеваниях, характеризующихся высокой холинергической активностью крови (например, язвенная болезнь желудка и 12-перстной кишки, болезнь Паркинсона), эритроциты прочно удерживают связавшийся ацетилхолин и реактивация отсутствует.

Таким образом, в организме существует сложная система ацетилхолина, отдельные компоненты которой могут меняться независимо друг от друга (повышаться, снижаться). Схематически холинергическая активность крови увеличивается:

— при повышении содержания в ней общего (суммарного) ацетилхолина; при повышении содержания свободного ацетилхолина;

— при снижении содержания рыхло связанного ацетилхолина в эритроцитах;

— при снижении активности холинэстераз;

— при повышении коэффициента распределения между свободным и связанным эритроцитами ацетилхолином;

— при снижении холинергического индекса.

Холинергическая активность крови уменьшается:

— при снижении содержания в ней общего (суммарного) ацетилхолина;

— при снижении содержания свободного ацетилхолина;

— при повышении содержания рыхло связанного ацетилхолина в эритроцитах;

— при повышении активности холинэстераз;

— при снижении коэффициента распределения между свободным и связанным ацетилхолином;

— при повышении холинергического индекса.

Ниже представлены средние цифры, характеризующие холинергическую активность крови здорового человека. Необходимо учесть, что цифры эти получены при определении ацетилхолина биологическим методом на спинной мышце пиявки. Нет необходимости описывать методику, читатель найдет ее в специальной литературе[17].

Холинергическая активность крови здорового человека:

Свободный ацетилхолин, мкг%

0,5—0,7

Связанный эритроцитами ацетилхолин, мкг%

0,3—0,4

Активность ацетилхолинэстеразы (расщепленного за 30 мин мг ацетилхолина)

4,0—4,5

Феномен связывания ацетилхолина, %

30—40

Коэффициент распределения между свободным и связанным ацетилхолином

1,2—1,5

Холинергический индекс (соотношение между активностью ацетилхолинэстеразы и уровнем свободного ацетилхолина)

8,0

Механизм немедиаторного действия ацетилхолина можно представить в виде следующей схемы. Поступая в кровь из разных органов и тканей, неиспользованный при передаче нервного возбуждения медиатор рыхло связывается эритроцитами и разносится током крови по организму. При соответствующих условиях под влиянием определенных метаболитов, гормонов или солей он освобождается внутри или на поверхности клеток, в органах и тканях или в жидких средах организма из связанной формы и вступает во взаимодействие с холинергическими нервными или гуморальными образованиями, осуществляя свое трофотропное действие. Не исключено, что в крови содержится какое-то вещество, способствующее освобождению рыхло связанного эритроцитами ацетилхолина. Как указывает советский биохимик Н. Н. Демин, в этих случаях проявляется многостороннее, хотя и не во всех случаях ярко выраженное немедиаторное биохимическое действие ацетилхолина.

Таким образом, эритроциты представляют депо ацетилхолина, постоянно пополняющееся и непрерывно освобождающееся. При некоторых состояниях организма динамическое равновесие между связыванием ацетилхолина эритроцитами и его переходом в свободную форму может нарушаться. В одних случаях способность эритроцитов связывать ацетилхолин, поступающий во внутреннюю среду, увеличивается, в других — уменьшается. Точно так же в одних условиях повышается выход ацетилхолина из эритроцитов, что приводит к увеличению холинергической активности крови, в других — освобождение медиатора уменьшается, вследствие чего наступает ее снижение.

С давних пор известны парасимпатомиметические свойства ионов калия. Немецкий ученый Б. Цондек назвал калий «жидким блуждающим нервом». Однако можно предположить, что действие калия, сходное с парасимпатическим, зависит от вытеснения ацетилхолина из рыхло связанной эритроцитами формы, а симпатомиметическое действие кальция («жидкий симпатический нерв» но Б. Цондеку) — с увеличением связывания его красными кровяными тельцами. Это легко проверить в эксперименте, добавляя растворы кальция к пробам крови.

Система гистамина. Гистамин относится к биологически активным веществам трофотропного ряда, но не является холинергическим амином. Он не оказывает сколько-нибудь заметного влияния на холинорецепторы, не влияет на центральные или периферические звенья парасимпатического отдела вегетативной нервной системы. Но при явлениях повышенного тонуса ее содержание гистамина в крови увеличивается. По-видимому, это связано с нарастанием уровня ацетилхолина в жидких средах организма, вызванного способностью гистамина подавлять активность ацетилхолинэстеразы и увеличивать его освобождение из рыхло связанной формы. Надо полагать, что при осуществлении гомеостатических реакций гистамин потенцирует, «подкрепляет» действие ацетилхолина.

Хотя свободного гистамина в организме сравнительно немного, действие его необычайно многообразно и охватывает различные физиологические процессы и функции. Роль гистамина в возникновении некоторых форм патологии (особенно аллергических реакций) хорошо известна, подробно изучено его фармакологическое действие. Большая литература посвящена и его участию в гуморальной регуляции функций. О ней идет речь в этой книге.

Под влиянием гистамина повышается проницаемость сосудистых стенок, расширяются кровеносные капилляры, суживаются артерии, снижается кровяное давление, сокращаются гладкие мышечные волокна, усиливается слезотечение, уменьшается выделение мочи. Установлено, что он участвует в эмбриогенезе. Несомненную роль играет гистамин в цикле смены сна и бодрствования. Гистамин участвует во многих физиологических процессах, регулируя деятельность органов, стимулируя ее в одних случаях и ослабляя в других. Как неотъемлемая составная часть входит он в комплекс биологически активных веществ, циркулирующих в крови или находящихся в тканях.

Особо важное значение имеет гистамин для микроциркуляции крови в органах и тканях. Американский ученый Р. Шейер считает, что он является единственным, независимым от нервной системы регулятором просвета капилляров, прекапилляров, посткапилляров, артериол, венул, в стенках которых непрерывно по мере необходимости образуется, расширяет их или суживает, действуя на соответствующие рецепторы. Микроциркуляция в отдельных органах (головном мозге, сердце, легких, печени) отличается некоторыми специфическими особенностями, причем строение стенки капилляров различно в разных органах. Наряду с микроскопическими выявлены и субклеточные особенности строения. Более подробно этот вопрос освещен в главе о гистогематических барьерах.

Гистамин принимает участие в процессах роста и регенерации тканей, в какой-то мере связан с развитием опухолей. Не так давно были опубликованы материалы о роли гистамина в регуляции деятельности сердца, коронарного кровотока, сократительной способности миокарда. У здоровых женщин гистамин связан с менструальным циклом. Он является одним из сильнейших возбудителей желудочной секреции. В клинике внутренних болезней нередко применяется гистаминовая проба, которая позволяет решить вопрос о состоянии желез желудка. Если после введения гистамина в кровь желудочный сок не выделяется, следовательно, слизистая желудка атрофирована и железы ее либо отсутствуют, либо потеряли способность вырабатывать соляную кислоту и переваривающие пищу ферменты. Это позволяет врачу отличать органические изменения в желудке от функциональных. По-видимому, гистамин играет важную роль в возникновении язвенной болезни желудка. Наблюдающаяся при ней повышенная кислотность желудочного сока в значительной мере связана с высоким содержанием гистамина в крови и тканях[18].

В последние годы методы определения гистамина во внутренней среде в органах, тканях и выделениях организма значительно усовершенствовались. Выявились некоторые новые данные о его роли в физиологических процессах, о распределении в центральной и периферической нервной системе, об участии в химической регуляции физиологических процессов. Присутствие гистамина в нервных окончаниях аксонов корковых клеток головного мозга позволяет предположить, что он является одним из медиаторов нервного возбуждения. В тканях открыты специфические рецепторы Н_1 и Н_2, реагирующие на действие гистамина. Расположены они на оболочке клеток. Описаны гистаминовые рецепторы в слизистой оболочке желудочно-кишечного тракта, в сердце и сосудах, в мозгу, во многих железах внутренней секреции, в клетках крови и т. д.

Содержание гистамина во внутренней среде зависит от интенсивности процессов его синтеза, разрушения и инактивирования путем связывания. В основном оно определяется активностью соответствующих ферментных систем, участвующих в процессах образования и расщепления гистамина. Отсюда и «система гистамина», т. е. некая функциональная величина, складывающаяся из его количества в крови, активности синтезирующих и расщепляющих ферментов, состояния связывающих механизмов (связывание и освобождение из связанной формы).

Образование гистамина осуществляется путем ферментативного превращения аминокислоты гистидина при участии фермента — гистидиндекарбоксилазы, а расщепление гистамина идет по пути либо окислительного дезаминирования при участии фермента диаминоксидазы с образованием имидазолуксусной кислоты, либо метилирования в имидазольном кольце при участии фермента имидазолметилтрансферазы, последующим окислительным дезаминированием образовавшегося метилгистамина моноаминоксидазой и образованием метилимидазолуксусной кислоты.

Гистамин образуется во многих органах и тканях, например, в печени, почках, поджелудочной железе («эндогенный гистамин»). Особенно интенсивно происходит его образование в кишечнике, при весьма деятельном участии кишечных бактерий («экзогенный гистамин»). Небольшое количество гистамина (примерно около 5%) поступает в организм с пищей — с хлебом, молоком, мясом, некоторыми овощами (шпинатом, помидорами и др.).

Для научных и фармакологических целей гистамин получают из спорыньи (маточных рожков). Интерес к нему очень возрос с тех пор, как его удалось выделить почти из всех органов человека и животных. Гистамин постоянно содержится в крови, преимущественно в базофильных лейкоцитах. Количество его, по данным разных авторов, составляет 0,025—0,05—0,07 мкг/мл. В то же время из 1 кг бычьего легкого удается извлечь 30 мг, а из 1 кг печени 2,5 мг гистамина. Некоторые авторы утверждают, что 1 кг легких взрослого человека содержит до 70 мг гистамина, а 1 кг кожи человека 30 мг. Много гистамина в селезенке, в сердце коровы, в ткани мозга и нервах человека и животных. Наиболее высокое содержание гистамина обнаружено в симпатических нервных волокнах. Но этот гистамин неактивен. Он связан белками и не в состоянии проявить свое действие, пока не освободится из связанной формы. И вот именно освобождение гистамина играет важнейшую роль в возникновении многих заболеваний человека и животных.

Рис. 6. Различные формы гистаминемии (схема).

I — факторы образования и освобождения, II — уровень гистамина, III — активность диаминоксидазы, IV — гистаминопексический эффект (объяснения в тексте). Слева направо — 1, 2, 3, 4, сверху вниз — а, б, в.

Содержание гистамина в крови, тканевой жидкости и выделениях организма зависит от различных, нередко антагонистических или конкурирующих процессов в организме — интенсивности образования его в кишечнике, тканях и крови из гистидина, освобождения из связанного состояния, интенсивности разрушения ферментными системами и инактивирования путем связывания в крови и тканях. Каждый из этих факторов определяет состояние и физиологическую активность системы гистамина.

По данным нашей лаборатории (И. Л. Вайсфельд), в крови здоровых людей уровень гистамина при определении флуорометрическим методом колеблется в пределах 0,3—0,92 мкг/мл (в среднем 0,58±0,06 мкг/мл). Активность фермента, расщепляющего гистамин, — диаминоксидазы составляет 2,3±0,12 мкг/мл (от 0 до 3,8 мкг/мл) гистамина, расщепляемого за 24 ч. Экскреция гистамина с мочой равна приблизительно 60 мг/24 ч. Содержание гистамина в моче здоровых людей отличается некоторыми особенностями. В двух ее порциях, собранных с 12 до 15 ч и с 18 до 21 ч, количество гистамина выше, чем в остальных. Приводим сведения об экскреции свободного гистамина с мочой у здоровых людей в суточном ритме (по И. Л. Вайсфельд):

Часы

6—9

9—12

12—15

15—18

18—21

21—24

24—6

Гистамин, нг/мин

36,09±4,86

32,29±3,76

52,03±7,2

41,6±4,09

60,16±4,09

46,24±7,39

25,54±6,06

Под влиянием сложных и многообразных процессов, совершающихся в организме, вызванных некоторыми внешними воздействиями, например, охлаждением, перегреванием, ожогом, солнечными лучами, гистамин освобождается из связанной формы. Переполненные гистамином тканевые депо, эти «склады», насыщенные неактивным, связанным гистамином, в основном содержащие его базафильные лейкоциты, начинают опорожняться. В кровь поступает свободный и очень активный гистамин. Он повышает проницаемость сосудов, расширяет капилляры, снижает давление крови, усиливает секрецию желудочного сока. Опустевшие депо быстро заполняются вновь образовавшимся гистамином, который, в свою очередь, может легко освободиться и перейти в кровь. Этому «гистаминовому наводнению» организм противопоставляет мощную систему обороны. Но в некоторых случаях поступление превышает разрушение, и тогда-то возникает многообразное болезненное состояние, преимущественно аллергического типа.

Разумеется, нельзя ставить знак равенства между аллергией и гистамином. Проявления аллергии не сводятся к действию одного только гистамина, к гистаминовому отравлению. Но, как правило, без его участия не возникают аллергические явления.

Гистамин активен при разведении в несколько миллионов раз. Тысячные доли миллиграмма способны вызвать сокращение изолированной кишки морской свинки. Накопление сравнительно небольших количеств гистамина в крови и органах человека нередко вызывает у него тяжелые нарушения самочувствия, возникновение расстройств жизнедеятельности организма. Обмен гистамина резко нарушается при некоторых заболеваниях нервной, особенно вегетативной системы. Наши данные показывают, что наиболее важную роль играет при этом гипоталамус. Все без исключения формы поражения этого небольшого по величине, но буквально необъятного по действию участка мозга сопровождаются явлениями гистаминемии.

У больных нарколепсией, внезапно засыпающих днем при самых неожиданных, казалось бы, обстоятельствах, перед засыпанием уровень гистамина в крови значительно повышается, в то время как во время сна он, как правило, несколько снижен. Гистамин нарастает при длительной гипокинезии (обездвижении) и достигает поистине критически высоких цифр после тяжелой черепно-мозговой травмы.

Фармакологическая промышленность наших дней синтезировала несколько десятков препаратов противогистаминного действия (антигистамины). При введении в организм они препятствуют проявлению его токсических свойств. Это легко показать в лабораторном опыте. Если морской свинке ввести димедрол и после него четырехкратную смертельную дозу гистамина, свинка остается в живых. Механизм действия сложен и не всегда ясен. Они действуют на разные функции организма. Одни из них подавляют центральную нервную систему, другие не оказывают на нее сколько-нибудь заметного влияния. Антигистамины блокируют гистаминорецепторы, они как бы закрывают цель, в которую бьет пуля гистамина. Многие из них выключают также холино- и адренорецепторы. Некоторые препараты препятствуют синтезу гистамина в клетках, другие активируют ферменты, разрушающие гистамин, третьи способствуют его связыванию. Физиологическая классификация антигистаминов отсутствует и, быть может, этим объясняется неэффективность их при некоторых аллергических заболеваниях.

Появление антигистаминных препаратов на фармакологическом рынке сыграло огромную роль в лечении многих заболеваний. Но в начале шестидесятых годов было сделано неожиданное открытие. Оказалось, организм вырабатывает собственные, естественные антигистамины. Тонкими лабораторными исследованиями удалось показать, что кровь здорового человека способна нейтрализовать, обезвредить добавленный к ней гистамин. Открытие это принадлежит французскому ученому Ж. Л. Парро, который назвал описанное им явление гистаминопексией, а самый эффект связывания гистамина — гистаминопексическим.

Феномен гистаминопексии зависит от наличия в нормальной сыворотке крови особого белка — плазмапексина I, который по своему химическому строению относится к псевдо-гамма-глобулинам. Содержание его в крови равно 0,4—0,7% всех белков сыворотки. Плазмапексин связывает не только гистамин, но также и другие биологически активные вещества (ацетилхолин, серотонин, окситоцин). Установлено, что избыток ионов калия тормозит, а ионов кальция усиливает связывание гистамина плазмапексином. Работы в этой области интенсивно продолжаются. По-видимому, способностью связывать гистамин, превращая его в неактивную форму, обладает не только белок крови, но и гликопротеиды, липиды, нуклеиновые кислоты, а также некоторые другие составные части крови.

Низкий гистаминопексический эффект в сыворотке больных с различными аллергическими заболеваниями зависит не только от отсутствия плазмапексина I, но и от появления в крови плазмапексина II, неспособного связать гистамин в крови, и антипексина, подавляющего связывание гистамина плазмапексином I.

В нашей лаборатории подробно изучен гистаминопексический эффект при различных заболеваниях. Полученные данные совпадают с результатами исследований Парро. При некоторых заболеваниях сыворотка крови теряет способность связывать в пробирке добавленный к ней гистамин. Это наблюдается у больных бронхиальной астмой, вазомоторным ринитом, крапивницей. Сыворотка крови не в состоянии нейтрализовать гистамин. И хотя содержание в крови свободного гистамина нередко в норме или даже ниже нормы, из-за отсутствия гистаминопексического эффекта он отличается особой активностью и даже в низких концентрациях способен вызвать аллергические явления.

В известной степени это явление сходно с описанным нами феноменом связывания ацетилхолина. Это зависит во многих случаях от недостаточности механизмов, инактивирующих гистамин во внутренней среде и, по-видимому, в тканях. Можно считать доказанным, что отсутствие гистаминопексического эффекта или снижение активности диаминоксидазы приводит к значительному усилению действия гистамина на физиологические процессы, протекающие в организме. Организм становится как бы беззащитным к действию гистамина. По мере образования и поступления в кровь ничем не инактивируемый гистамин вызывает серию специфических реакций, нередко находящихся на грани между физиологией и патологией. Так, например, в ночные часы активность диаминоксидазы резко снижается, в то время как содержание гистамина в крови практически не меняется. Это ведет к относительной гистаминемии и, быть может, способствует засыпанию. Но при некоторых аллергических состояниях, например, при крапивнице, бронхиальной астме, эксудативном диатезе гистаминопексический эффект равен нулю, в то время как содержание гистамина в крови может оставаться в пределах физиологической нормы.

На рис. 6 представлены различные варианты, характеризующие состояние системы гистамина. Они условно определяют физиологические и патологические особенности процессов и явлений, известных под названием гистаминемии. Первый ряд рисунка (а) соответствует нормальным физиологическим взаимоотношениям в организме. Факторы образования и освобождения из связанной, неактивной формы уравновешиваются факторами расщепления и связывания (1). Повышение уровня гистамина во внутренней среде, вызванное усиленным образованием или повышенным освобождением из связанной формы, компенсируется активацией расщепляющего фермента — диаминоксидазы (2), либо увеличением связывания (4), либо одновременным нарастанием активности расщепляющих и связывающих механизмов (3).

Второй ряд рисунка (б) характеризует взаимоотношения внутри системы при абсолютной гистаминемии. Высокий уровень гистамина не компенсируется инактивирующими механизмами. Усиление синтеза или повышенное освобождение из связанной неактивной формы не сопровождается повышением гистаминопексии или активацией диаминоксидазы, ведет к их ослаблению — раздельному (2, 3) или одновременному (4). Третий ряд (в) характеризует взаимоотношения внутри системы при относительной гистаминемии. Уровень гистамина не изменен или даже снижен. Факторы синтеза и освобождения из связанной формы находятся в пределах нормы. Ослаблены только инактивирующие механизмы. Гистаминопексический эффект ниже нормальных величин (1) пли полностью отсутствует, активность диаминоксидазы уменьшена (2). Особенно отчетливо проявляются признаки относительной гистаминемии при ослаблении всех инактивирующих механизмов (3). В этих случаях даже невысокий уровень гистамина может вызвать явления, характерные для выраженной гистаминемии (4).

Рис. 7. Суточный ритм экскреции гистамина и 5-оксииндолуксусной кислоты у здоровых людей.

1 — гистамин; 2 — 5-оксииндолуксусная кислота. График рассчитан путем приравнивания среднего арифметического суточного выделения за 1 мин. к единице.

Система серотонин (5-окситриптамин) — 5-оксииндолуксусная кислота. В середине нашего столетия трое американских ученых — М. Рапорт, А. Грин и У. Пейдж выделили из бычьей сыворотки вещество, способное повышать кровяное давление. Оно и было названо ими серотонином, т. е. веществом, выделенным из сыворотки (по латыни serum) и повышающим кровяное давление. Несмотря на большую литературу, посвященную роли серотонина в регуляции функций, значение его в системе регуляторных механизмов изучено недостаточно. Серотонин обладает отчетливым влиянием на гомеостатические механизмы не только здорового, но и больного организма. Он энергично вмешивается в физиологические и биохимические процессы, протекающие в сердечно-сосудистой, дыхательной, выделительной системах. В известной степени содержание серотонина в мозгу определяет состояние возбуждения, торможения и, как теперь установлено, имеет важное значение для цикла: сон — бодрствование. Серотонинергические механизмы мозга принимают участие в реализации медленного сна. Можно считать установленным, что серотонин истинный медиатор. Он отвечает всем требованиям, предъявляемым к этому типу биологически активных веществ, подобно норадреналину, ацетилхолину, гистамину. Серотонин осуществляет передачу импульсов с одной нервной клетки на другую. Принято считать, что серотонин является медиатором трофотропных систем ствола мозга и лимбико-ретикулярного комплекса.

В организме серотонин образуется из аминокислоты — триптофана. Под влиянием фермента моноаминоксидазы он окисляется и превращается в 5-оксииндолуксусную кислоту (5-ОИУК), которая выделяется с мочой.

Систему серотонина при оценке нейрогуморальных взаимоотношений в организме несколько условно составляют серотонин крови и его основной метаболит — 5-оксииндолуксусная кислота в моче. По экскреции 5-ОИУК можно судить об интенсивности обмена серотонина. Однако при некоторых патологических нарушениях нормальные соотношения перестраиваются. Несмотря на то что содержание серотонина в крови повышено, выделение 5-ОИУК с мочой может оказаться сниженным, и наоборот.

В течение многих лет ученые разных стран пытаются разгадать роль серотонина в осуществлении процессов жизнедеятельности отдельных органов или всего организма. Ведутся эти исследования и в нашей лаборатории. Несомненно, серотонин принимает участие в регуляции деятельности головного и спинного мозга, двигательной, сердечно-сосудистой, пищеварительной, выделительной и многих других физиологических систем. Обычно он находится в тканях в виде связанной, неактивной формы. Под влиянием различных воздействий и особенно при введении некоторых лекарственных препаратов, например раувольфии, серотонин освобождается из связанной формы. Но существование его, как правило, непродолжительно. Почти во всех тканях содержится фермент моноаминоксидаза (типа А и Б), довольно быстро инактивирующая серотонин[19].

Вероятно, правильнее было бы систему серотонина представить себе в виде соотношения уровня его в крови и активности моноаминоксидазы. Проблема эта мало разработана. Известно, что активность моноаминоксидазы в крови увеличивается при одних патологических состояниях (например, при хронической сердечной недостаточности) и резко падает при других (ожоги). В какой мере это отражается на уровне серотонина, неизвестно. Вопрос требует дальнейшего изучения.

С недавних пор пристальное внимание исследователей привлекает значение серотонина в возникновении и развитии инфаркта миокарда. И хотя в этом вопросе еще далеко нет полной ясности, при сердечных болях нередко назначают препараты, способные повысить уровень серотонина в крови. Имеются указания, что накопление серотонина в миокарде предотвращает развитие инфаркта. Впрочем, это требует проверки.

Недостаточно изучено также влияние серотонина на вегетативную нервную систему. В одних случаях при введении его препаратов в организм усиливаются симпатические реакции, в других — парасимпатические. Не исключено, что это зависит от дозы препарата, а быть может, от исходного состояния, вернее настройки центральных и периферических отделов комплексной вегетативно-гуморально-гормональной системы. Несомненно, важную роль играет серотонин при физических нагрузках. Об этом более подробно в соответствующей главе.

Количество серотонина в крови составляет 0,03—0,15 мкг/мл (в среднем 0,076±0,06 мкг/мл), причем основная масса его находится в тромбоцитах. Интересно отметить, что тромбоциты содержат также наиболее активную моноаминоксидазу. Экскреция с мочой — в среднем — 4,9 мг/24 ч. При различных физиологических и патологических состояниях эти цифры могут колебаться как в сторону уменьшения, так и увеличения. Некоторые формы вегетативной неустойчивости, то, что принято называть вегетативной дистонией, сопровождаются нарушением нормального соотношения во внутренней среде гистамина и серотонина либо содержанием серотонина в крови и 5-ОИУК в моче. По-видимому, существуют какие-то антагонистические отношения между уровнем в крови гистамина и серотонина. У здоровых людей коэффициент соотношения гистамина и серотонина в крови равен, по данным И. Л. Вайсфельд, 1,42. При различных физиологических и патологических состояниях этот коэффициент может повышаться или снижаться. Так, например, у мастеров спорта — велосипедистов он равен 5,0, у лыжников 3,0, у борцов 2,0, у бегунов 1,4. Повышение соотношения гистамин/серотонин выявлено у больных паркинсонизмом.

Содержание серотонина меняется не только в крови. Опыты на животных показывают, что в различных органах и, следовательно, в их непосредственной питательной среде уровень серотонина может колебаться в широких пределах. Так, например, у подопытных крыс после 8-часового изнурительного плавания и особенно при вибрации мышца сердца почти полностью свободна от серотонина и соотношение гистамин/серотонин увеличивается с 1,4 до 4 и выше.

В литературе имеются указания, что серотонин обладает противосудорожными и успокаивающими свойствами. Накопляясь в центральной нервной системе, он подавляет ее активность. Не случайно так много внимания уделяет медицинская наука изучению обмена серотонина у больных с различными психическими заболеваниями.

Несомненно также участие серотонина в возникновении ряда заболеваний внутренних органов. Видимо, избыточное содержание его во внутренней среде способствует развитию язвенной болезни желудка и 12-перстной кишки. Установлено, что некоторые злокачественные опухоли, например, феохромоцитома, содержат целые «залежи» серотонина. Нередко в моче больных, страдающих злокачественными опухолями, обнаруживается в большом количестве 5-оксииндолуксусная кислота.

И, наконец, весьма важную роль играет серотонин в возникновении и развитии болевого синдрома.

В заключение несколько слов о многочисленных и разнообразных гормонах коры надпочечников — кортикостероидах. Содержание их в жидких средах и выделениях организма характеризует состояние одной из наиболее важных нейрогуморально-гормональных систем — гипоталамо-гипофизарно-надпочечниковой. О ней написано так много, особенно в связи с исследованиями Г. Селье в области физиологии, патофизиологии и биохимии стресса, что в этой книге можно ограничиться лишь кратким изложением современных представлений, непосредственно связанных с проблемой внутренней среды.

Важнейшие гормоны коры надпочечников делят на три основные группы: минералокортикоиды, глюкокортикоиды и половые гормоны. В нашей лаборатории разработан метод тонкослойной хроматографии, позволяющий определить в одной порции мочи целую гамму стероидных гормонов, их предшественников и продуктов превращения. Уже давно стало очевидным, что гормоны коры надпочечников принимают непосредственное участие почти во всех физиологических процессах, протекающих в организме. Сфера их влияния охватывает обмен белков, углеводов и жиров, образование фонда аминокислот — строительных материалов, из которых формируются белки, пептиды, ферменты. Кортикостероиды влияют на деятельность сердечно-сосудистой системы, поддерживают тонус сосудов, усиливают сократительную функцию миокарда. Они обеспечивают выход энергии, способствуют более экономному расходованию ресурсов организма при повышенной потребности в них. Помимо этого они обладают так называемым пермиссивным действием, т. е. создают необходимые условия для осуществления реакций, вызываемых катехоламинами. Если катехоламины можно считать пусковой системой организмов, то для стероидов характерны длительные, долгосрочные реакции.

Минералокортикоиды (альдостерон и дезоксикортикостерон) оказывают влияние на обмен электролитов (натрия и калия). Глюкокортикоиды (кортизон, гидрокортизон, он же кортизол, кортикостерон) регулируют углеводный обмен, участвуют в обмене белков и жиров, влияют на ряд других физиологических функций организма. Роль и значение их в реакциях стресса подробно освещены в литературе. К группе половых гормонов, вырабатываемых корой надпочечников, относятся андрогены, эстрогены и прогестерон.

Особый интерес для проблемы нейрогуморально-гормональной регуляции функций представляют многоступенчатые механизмы, осуществляющие образование и поступление во внутреннюю среду кортикостероидных гормонов. Нервные импульсы, поступающие в гипоталамус и ретикулярную формацию мозга, активируют в нем холино- и серотонинореактивные элементы. Под их влиянием происходит образование в гипоталамусе кортиколиберинов, о которых более подробно написано в гл. 7. Поступая из мозга в гипофиз, кортиколиберин стимулирует образование адренокортикотропного гормона, который, вступая в сложные биохимические процессы, протекающие в коре надпочечников, способствует биосинтезу кортикостероидов различного строения и действия.

Глава V. Гуморально-гормональные резервы и возможности организма

Функциональные пробы

Не каждое однократное физиологическое или биохимическое исследование, выполненное в лаборатории или клинике, позволяет судить о состоянии регуляторных механизмов и определить границы гомеостаза. Необходимы повторные обследования организма человека и животных с применением целенаправленных физических или химических нагрузок. Как известно, и в эксперименте, и в клинической практике широко применяются функциональные пробы для оценки возможностей сердечно-сосудистой системы, способности организма разрушать или усваивать введенную в избытке глюкозу, барьерной функции печени, деятельности желудочно-кишечного тракта и т. д. Нами предложены и разработаны функциональные пробы для оценки системы нейрогуморально-гормональных механизмов регуляции функций. С этой целью применяются различные методы строго дозированных воздействий на центральные и периферические отделы нервной системы.

В основе каждой гуморальной пробы лежит слабое, иногда даже подпороговое воздействие на какой-либо отдел вегетативной нервной системы — симпатический или парасимпатический. Возникающее при этом возбуждение одной системы почти сразу компенсируется возбуждением противосистемы. Ответная реакция может быть сильной, умеренной, слабой, может вовсе отсутствовать в зависимости от тонуса и реактивности (готовности к действию) антагонистических, компенсирующих механизмов. Так, например, при введении под кожу или в вену незначительных количеств адреналина возникает первичная симпатическая реакция. Но почти мгновенно начинается мобилизация противоборствующих сил. В крови постепенно нарастает уровень ацетилхолина, показатель возбуждения парасимпатических механизмов. Но на этом реакция не кончается. Накопление ацетилхолина, в свою очередь, возбуждает активность мозгового слоя надпочечников и вот уже в крови снова повысилось содержание катехоламинов, вслед за которым идет накопление ацетилхолина и т. д. и т. д. Как от камня, брошенного в пруд, бегут затухающие и вновь возникающие круги, так же под влиянием самого, казалось бы, незначительного воздействия на организм возникают фазовые колебания во внутренней среде организма. Подъемы и падения, вслед за ними подъемы, уже менее выраженные, снова спады и снова подъемы. Симпатическая активность сменяется парасимпатической, и наоборот (рис. 8). Величина и длительность этих фазовых колебаний зависит от состояния и реактивности нервного аппарата, от интенсивности и скорости образования и распада биологически активных веществ, своевременно вступающих в действие регуляторных механизмов.

Рис. 8. Колебания биологической активности крови при различных состояниях вегетативной нервной системы.

Границы гомеостаза условно очерчены параллельными линиями; Э — границы эрготропной активности; Т — границы трофотропной активности; волнообразная линия — колебания биологической активности крови; сплошные стрелки — направление противорегулирующих процессов; пунктирные — возмущающее воздействие; 1 — при относительном равновесии между тонусом симпатической и парасимпатической системы; 2 — при преобладании тонуса парасимпатической системы; 3 — при преобладании тонуса симпатической системы; 4—6 — при возмущающих воздействиях на фоне относительного равновесия и при преобладании одного из отделов вегетативной нервной системы.

Применяются холодовая, тепловая, адреналиновая, инсулиновая, карбаминохолиновая, падутиновая, мезатоновая и другие функциональные пробы. Выбор наиболее пригодной пробы зависит в первую очередь от цели исследования. Основная задача — выявить резервные, потенциальные возможности вегетативной нервной системы, определить границы гомеостаза, характер и длительность приспособительных и компенсаторных реакций. Функциональные пробы позволяют судить о достаточной или недостаточной активности, реактивности или эффективности регуляторных (корригирующих) механизмов.

Этой цели может служить любое воздействие на организм, способное вызвать колебательный (фазовый) сдвиг в составе и свойствах внутренней среды. Здесь необходимо подчеркнуть, что воздействие должно быть слабым, во многих случаях пороговым. Организм должен дать слабую, едва заметную первичную реакцию на воздействие. Исследователь заинтересован во вторичной, ответной реакции. Она-то и характеризует состояние, нейрогуморально-гормональных механизмов регуляции функций. Этим предложенные нами функциональные пробы принципиально отличаются от широко распространенных проб в физиологическом эксперименте или клинической практике. Если мы хотим проверить реактивность симпатоадреналовой системы, целесообразно ввести в организм небольшое количество вещества, вызывающего слабое возбуждение системы вагоинсулярной, например, инсулина или карбаминохолина[20]. Первичное возбуждение этой системы влечет за собой мобилизацию компенсирующих, резервных механизмов и поступление в кровь и мочу катехоламинов, их предшественников и продуктов превращения. По содержанию их в жидких средах и выделениях организма можно судить о возбудимости и резервных возможностях симпатоадреналовой системы.

Аналогичные взаимоотношения, но лишь с обратным знаком, возникают при исследовании реактивности вагоинсулярной системы.

Таким образом, любой возмущающий фактор вызывает фазовую, периодическую смену симпатической и парасимпатической активности крови, а также фазовые колебания в экскреции соответствующих биологически активных веществ с мочой. Проследить фазовые колебания в составе мочи очень трудно. Моча поступает из почек в мочевой пузырь непрерывным потоком и судить о содержании в ней биологически активных веществ (особенно у человека) можно, только собирая отдельные порции в течение строго ограниченного времени. Возникновение и смена фаз могут быть различными при разных воздействиях. В зависимости от исходного состояния организма фоновые колебания, совершенно неизбежные в условиях гомеостаза, протекают в определенном закономерном ритме и закономерным же образом изменяются под влиянием дозированных раздражителей (рис. 8).

Разберем этот рисунок, имеющий особо важное значение для дальнейших рассуждений. Схема 1 характеризует фоновую активность (нарастание и снижение уровня симпатомиметических и парасимпатомиметических веществ) при достаточных и приблизительно равных резервных возможностях обоих отделов вегетативной нервной системы. Границы гомеостаза условно ограничены линиями, характеризующими эрго- и трофотропные системы (Э—Т). Колебания биологической активности протекают в определенных физиологических пределах, периодически повышающихся или снижающихся.

Схема 2 характеризует те же взаимоотношения при недостаточных резервных возможностях симпатоадреналовой системы и относительном преобладании тонуса и реактивности вагоинсулярной (вегетативно-инсулярный тип). Аналогичные взаимоотношения при недостаточных резервных возможностях вагоинсулярной нервной системы и преобладании симпатоадреналовой представлены на схеме 3 (симпатоадреналовый тип). Как в 1-м, так и во 2-м случаях колебания биологической активности крови протекают на фоне более высокого содержания биологически активных веществ трофотропного (схема 2) или эрготропного (схема 3) ряда. При этом изменяется также длительность фаз (удлинение в зонах преобладающих резервных возможностей и укорочение их в зоне недостаточных резервов).

На схеме 4 представлены фазовые колебания, вызванные различными воздействиями на организм с уравновешенным вегетативным статусом. Первичная закономерная реакция (симпатическая при введении адренергических веществ и парасимпатическая при введении холинергических) сменяется компенсаторной реакцией противоположного знака — отчетливой симпатической при введении холинергического вещества или выраженной парасимпатической — при введении адренергического. Вслед за этим возникают сменяющие друг друга колебания активности, не выходящие за границы гомеостаза. В зависимости от состояния организма и компенсаторных возможностей его волнообразные изменения биологической активности постепенно приходят в норму.

Все эти взаимоотношения складываются иначе, если организм неспособен в силу тех или других причин компенсировать возникшие отклонения или если механизмы регуляции недостаточны (схемы 5 и 6). Любой раздражитель, подчас даже незначительный, может привести к срыву компенсаторных гомеостатических реакций, возникновению выраженных симпатоадреналовых и вагоинсулярных кризов различной интенсивности и длительности.

При высокой реактивности парасимпатической нервной системы и слабости компенсирующих реакций со стороны симпатической возникают вагоинсулярные кризы (схема 5), с преобладающим содержанием трофотропных метаболитов в крови. Обратные соотношения имеют место при высокой реактивности симпатической нервной системы (схема 6).

Выяснение нейрогуморально-гормональных взаимоотношений, выявление сущности, возможностей и резервов регулирующих и регулируемых механизмов может иметь в каждом случае решающее значение не только для оценки состояния физиологических и биохимических систем организма, но и для медицинской практики, направляя мысль врача в сторону правильных диагностических решений и рациональных терапевтических мероприятий.

Наибольшая трудность при изучении механизма нарушения функций заключается в сложности процессов, определяющих состояние вегетативного равновесия в норме и патологии, всегда представляющего сочетанное проявление факторов, способствующих поддержанию и сохранению гомеостаза и возмущающих воздействий, направленных на его нарушение, отклоняющие, компенсирующие и восстанавливающие нормальный уровень колебания, фазово сменяют друг друга и поэтому требуют в каждом отдельном случае специального анализа оценки и понимания наблюдаемых изменений и колебаний.

Как уже указывалось, в зависимости от условий и задач исследования (лабораторного или клинического) применяются различные функциональные пробы, первично действующие на те или иные механизмы комплексной вегетативно-гуморально-гормональной системы.

Опыт показывает, что для оценки реактивности симпато-адреналового (эрготропного) отдела этой системы целесообразно пользоваться тепловой или инсулиновой пробами. Адекватной пробой для оценки реактивности вагоинсулярного (трофотропного) отдела являются в основном холодовая и адреналиновая пробы. Проба с введением мезатона позволяет выявить реактивность обоих отделов вегетативной нервной системы.

Получившие наибольшее распространение в клинической практике адреналиновая и инсулиновая пробы вызывают в организме первичные гуморально-гормональные сдвиги, сопровождающиеся вторично развивающимися физиологическими реакциями. В основе Холодовой, тепловой и мезатоновой проб лежат первичные нервно-рефлекторные реакции, обусловленные раздражением рецепторов и возбуждением нервного аппарата, вслед за которым возникают вторичные гуморально-гормональные сдвиги. В этом принципиальное различие между этими группами функциональных проб.

Схема исследования. Применяются различные варианты функциональных проб. В нашей лаборатории разработана следующая схема, которая может быть использована частично или полностью с учетом возможностей и условий клинического и лабораторного обследования.

1-й день контрольный (фон). У испытуемых собирают отдельными порциями мочу. 1-я порция с 8 до 12 ч, 2-я — с 12 до 16 ч, 3-я — с 16 до 20 ч, 4-я — с 20 до 8 ч следующего дня. В 12 ч 30 мин берут кровь для определения исследуемых биологически активных веществ эрго- и трофотропного ряда.

2-й день (проба). Мочу собирают в те же часы, что и в 1-й день. Клиническое обследование испытуемого (самочувствие, состояние вегетативной нервной системы, определение систолического и диастолического артериального давления, пульс). Дозированная нагрузка проводится в 12 ч. Каждые 10—15 мин в течение 2 ч проводится повторное клиническое обследование. В 12 ч. 30 мин берут кровь для определения исследуемых биологически активных веществ эрго- и трофотропного ряда.

При определении катехоламинов и гистамина в отдельных порциях мочи результаты выражаются в нг/мин. Изменения, вызванные пробой, подсчитываются в процентах к 1-й порции мочи (до пробы). Для исключения суточных колебаний экскреции катехоламинов и других биогенных аминов проценты изменений соотносятся к соответствующим показателям контрольного дня.

Холодовая проба. Погружение кисти руки в холодную воду (4°) на 2—3 мин. Были предложены разные модификации пробы (более теплая вода, меньшая длительность погружения в воду одной или двух рук и т. д.). В нашей лаборатории используется проба, описанная выше. У здоровых людей с устойчивой вегетативной нервной системой первичной реакцией организма является активация симпатоадреналовой системы (гормонального и медиаторного звеньев), выражающаяся в увеличении уровня катехоламинов в крови и моче (и, или) снижении холинергической активности крови. В зависимости от состояния и реактивности различных отделов вегетативной системы качественные и количественные сдвиги могут быть различными, но направление их обычно подчинено одним и тем же закономерностям.

По результатам, полученным при применении Холодовой пробы у здоровых людей и больных с различными формами вегетативной неустойчивости, испытуемые могут быть отнесены к одной из следующих групп.

1. Проба сопровождается нарастанием катехоламинов в крови и моче и снижением холинергической активности крови. Имеет место при умеренной или высокой реактивности симпатоадреналовой системы. В последнем случае нередко наблюдаются значительные, превышающие физиологические колебания сдвиги в обмене исследуемых веществ.

2. Проба сопровождается повышением уровня катехоламинов в крови и моче и одновременным повышением холинергической активности крови. Первичная симпатоадреналовая реакция компенсируется возбуждением парасимпатического (холинергического, вагоинсулярного) отдела вегетативной нервной системы. Процесс этот характеризуется иногда явлением избыточной (гипер) компенсации, граничащей с патологией. В этих случаях уровень свободного ацетилхолина в крови повышается в два, иногда в три раза. Этот тип реакции наблюдается при высокой реактивности вагоинсулярного отдела вегетативной нервной системы.

3. Проба сопровождается снижением уровня катехоламинов в крови и моче при одновременном снижении холинергической активности крови. Результаты пробы характеризуют слабую реактивность всего вегетативно-гуморально-гормонального комплекса.

4. Проба сопровождается снижением уровня катехоламинов в крови и моче и одновременным значительным нарастанием холинергической активности крови. Результаты пробы характеризуют слабость симпатоадреналовой и высокую реактивность вагоинсулярного отдела вегетативной нервной системы.

Тепловая проба. Погружение кисти руки в горячую воду (44°) на 2—3 мин.

У здоровых людей с устойчивой вегетативной нервной системой первичной реакцией организма на тепловую пробу является активация вагоинсулярного отдела вегетативной нервной системы, выражающаяся в повышении холинергической активности крови и снижении уровня катехоламинов в крови и моче.

По результатам, полученным при тепловой пробе, испытуемые могут быть отнесены к одной из следующих групп.

1. Проба сопровождается повышением холинергической активности крови и снижением уровня катехоламинов в крови и моче. Отсутствие сдвигов указывает на несколько ослабленную реакцию вагоинсулярного отдела вегетативной нервной системы.

2. Проба сопровождается повышением холинергической активности крови и одновременным снижением содержания катехоламинов в крови и моче. Это говорит о том, что первичная парасимпатическая реакция, вызванная теплом, быстро компенсируется реакцией симпатической.

3. Проба сопровождается одновременным снижением холинергической активности крови и содержания катехоламинов в крови и моче. Результаты пробы характеризуют низкую реактивность парасимпатического отдела вегетативной нервной системы. В то же время она указывает на некоторую слабость симпатического нервного аппарата.

4. Проба сопровождается снижением холинергической активности крови и значительным нарастанием содержания катехоламинов в крови и моче. Характеризует высокую реактивность симпатоадреналовой системы и недостаточность вагоинсулярного отдела вегетативной нервной системы.

Адреналиновая проба. Установлено, что адреналин как введенный в организм извне, так и образовавшийся в нем самом и поступивший в кровь, быстро из нее исчезает. Полупериод существования экзогенного адреналина в плазме — 0,5—2,3 мин. Проследив динамику экскреции с мочой меченного по углероду адреналина, английские авторы обнаружили, что в первые 10 мин на долю неизменного адреналина приходилось 28±3% общей радиоактивности, через 20 мин — 10±3%, 30 мин — 5±1%, 70 мин — 2±1%. Через 6—8 ч в моче определяются лишь следы меченого адреналина.

Рис. 9. Колебания биологической активности крови при введении под кожу небольших доз адреналина (отмечено стрелкой).

1 — физиологическая норма; 2 — при введении адреналина здоровому человеку; 3 — при кратковременном выходе за границы гомеостаза и быстром восстановлении; 4 — при длительном выходе за границы гомеостаза с преобладанием явлений резкого возбуждения симпатического отдела вегетативной нервной системы; 5 — при длительном выходе за границы гомеостаза с преобладанием явлений резкого возбуждения парасимпатического отдела вегетативной нервной системы; границы гомеостаза условно очерчены параллельными линиями; Э — границы эрготропной активности, Т — трофотропной.

По клинической, в основном вегетативной реакции все испытуемые были отнесены к одной из следующих групп: 1) лица с отсутствием реакции; 2) с частичной реакцией; 3) с выраженной реакцией симпатоадреналового или вагоинсулярного типа.

Выраженные реакции у отдельных испытуемых (3-й тип) наблюдаются преимущественно при вегетативной неустойчивости, при некоторых заболеваниях центральной и периферической нервной системы, в особенности при поражении гипоталамуса и лимбико-ретикулярного комплекса, и напоминают кризы с выходом за пределы гомеостаза (рис. 9).

У подавляющего большинства здоровых испытуемых вегетативная реакция после подкожного введения 0,3 мл 0,1%-ного адреналина полностью отсутствует. В некоторых случаях наблюдается слабая (частичная) реакция (нерезко выраженные изменения артериального давления, пульса или дыхания) и лишь в исключительных случаях могут возникать явления выраженной вегетативной реакции различной интенсивности.

У больных с нарушенной регуляцией (особенно при поражениях гипоталамуса) введение адреналина вызывает нередко длительную и интенсивную вегетативную реакцию, в основном 3-го типа. В этом отношении адреналиновая проба очень удобна и показательна в клинической практике. Уже самый факт интенсивной вегетативной реакции, наступающей после введения адреналина, заставляет насторожиться опытного врача.

У здоровых людей с устойчивой вегетативной нервной системой и хорошо выраженными гомеостатическими реакциями адреналиновая проба активирует первично симпатоадреналовую систему, что сопровождается выбросом катехоламинов из надпочечников в кровь и повышенной экскрецией их с мочой.

По нашим данным, у здоровых людей содержание адреналина в порции мочи, собранной по принятой в нашей лаборатории схеме после инъекции 0,3 мл 0,1% раствора адреналина, увеличивается в среднем на 344%, норадреналина — на 200 %, ДОФА — на 156 %. Выделение дофамина существенно не меняется. Исследования, выполненные с меченым адреналином, показывают, что моча содержит в основном гормон, образовавшийся в организме, а не введенный извне. В следующих порциях мочи содержание катехоламинов начинает уменьшаться и, как правило, оно ниже, чем в порциях, собранных в контрольные дни.

Сменяющие друг друга колебания симпатической и парасимпатической активности крови у здоровых людей, вызванные введением адреналина, обычно не выходят за границы гомеостаза и не вызывают сколько-нибудь выраженных патологических явлений. Однако при очень высоком тонусе или повышенной реактивности симпатоадреналового или вагоинсулярного отделов вегетативной нервной системы колебания биологической активности крови могут быть очень значительными и сопровождаются более или менее отчетливыми вегетативными реакциями. При этом изменения биологической активности крови в подавляющем числе случаев предшествуют физиологическим и клиническим реакциям.

Интенсивная (выраженная) реакция наблюдается обычно у лиц со слабостью или нарушением гомеостатических механизмов и с явлениями повышенной реактивности одного из отделов вегетативной нервной системы. На каком-то этапе после введения адреналина (иногда даже через длительный промежуток времени) наступает торможение компенсаторных механизмов и возникает клиническая реакция типа симпатоадреналового или вагоинсулярного криза (рис. 9).

В этих случаях начало симпатической реакции и предшествующий ей период характеризуются иногда стремительным нарастанием уровня катехоламинов в крови. Иногда содержание их достигает критических цифр, далеко выходящих за пределы гомеостаза. Содержание веществ трофотропного ряда (например, ацетилхолина, инсулина, гистамина) нарастает при этом медленно и не в состоянии компенсировать стремительно увеличивающуюся эрготропную активность крови. Однако возбуждение, а в дальнейшем перевозбуждение симпатоадреналовой системы все же сопровождается постепенным накоплением в крови трофотропных метаболитов. Симпатоадреналовая система, как бы пройдя пик возбуждения и вызвав целый комплекс симпатических реакций (повышение артериального давления, спазм сосудов, учащение сердцебиений, повышение температуры тела, нарастание уровня сахара в крови, взрыв эмоциональных реакций и т. д.), начинает постепенно снижать свою активность, наступает период спада, ослабления и в дальнейшем ее полного истощения.

Вот почему, к удивлению исследователей, на высоте отчетливого симпатоадреналового криза содержание катехоламинов в крови оказывается сниженным, а ацетилхолина, инсулина, гистамина, серотонина — увеличенным в два или три раза. Это парадоксальное явление, впервые описанное в нашей лаборатории, имеет важное значение для клиницистов. Оно говорит о том, что нередко при явлениях выраженного симпатического криза с описанными выше явлениями не следует вводить симпатолитические, т. е. снижающие тонус симпатической системы препараты. Организм сам справляется с перевозбуждением симпатоадреналового аппарата, используя ресурсы противоположного ряда.

В тех случаях, когда у испытуемых имеют место явления вегетативной дистонии с преобладанием реактивности вагоинсулярной системы, адреналиновая проба может вызвать срыв компенсации и привести к возникновению реакции типа вагоинсулярного криза (тошнота, рвота, потоотделение, уменьшение сахара в крови, снижение кровяного давления, замедление пульса, выделение больших количеств мочи с низким удельным весом, усиление перистальтики кишечника и т. д.).

При этом начало реакции характеризуется повышением холинергической активности, уровня гистамина и инсулина в крови, но уже в процессе ее развития нарастает содержание катехоламинов.

Адреналиновая проба может быть использована для оценки реактивности как симпатического, так и парасимпатического отделов вегетативной нервной системы у человека в норме и при некоторых формах нарушения деятельности вегетативной нервной системы. Однако опыт применения адреналиновой пробы показывает, что она выявляет в большей мере реактивность трофотропных и в меньшей степени эрготропных механизмов.

Инсулиновая проба. Давно известно, что введение инсулина в организм человека и животных способствует выбросу адреналина из мозгового слоя надпочечников. Обычно это приписывается снижению количества сахара в крови и, следовательно, компенсаторному поступлению в кровь веществ, способствующих восстановлению уровня сахара. При этом однако не учитывается влияние инсулина на центральные и периферические отделы вегетативной нервной системы. Между тем инсулин возбуждает парасимпатические элементы, на что организм отвечает системой последовательных защитных реакций, предотвращающих или сглаживающих возможный сдвиг в составе и свойствах внутренней среды. Это обеспечивается не только выравниванием уже возникших изменений, но и целой системой физиологических мер защиты, направленных на их предупреждение. Возникает цепная реакция, выражающаяся в нарастании и затухании фазовых симпатических и парасимпатических колебаний химического состава и биологических свойств крови. Это и позволяет использовать инсулиновую пробу для оценки реактивности симпатоадреналовой и вагоинсулярной систем.

Как правило, введение небольших доз инсулина (0,1—0,15 ед/кг веса) сопровождается характерными вегетативными сдвигами, которые позволяют разделить испытуемых на 4 группы: 1-я — с отсутствием реакции, 2-я — с выраженной вагоинсулярной реакцией (снижение кровяного давления, урежение пульса, вялость, сонливость, иногда незначительная тошнота), 3-я — с умеренной симпатоадреналовой реакцией (повышение артериального давления на 10—15 мм рт. ст., учащение пульса, общее возбуждение, повышение температуры и т. д.), 4-я — с выраженной симпатоадреналовой реакцией (повышение артериального давления, учащение пульса, озноб, дрожь, стеснение в груди, головная боль).

В последнем случае симпатоадреналовая реакция напоминает симпатоадреналовый криз и возникает при некоторых формах нарушения деятельности вегетативной нервной системы. У здоровых людей чаще всего развиваются реакции 1-го и 3-го типа — 65%, реакция 2-го типа — 16% и 4-го типа — 19%. В то же время у лиц с явлениями вегетативно-сосудистой неустойчивости (вегетативная дистония) реакции 1-го и 3-го типов отмечены у 36%, 2-го типа — у 55%, 4-го типа — у 9% лиц. Таким образом, инсулиновая проба выявила у них отчетливое преобладание реактивности вагоинсулярной системы.

У здорового человека с преобладанием тонуса симпатической системы содержание адреналина, норадреналина и дофамина после инсулиновой пробы в моче увеличивается нередко в 4—5 раз («гиперадреналовый» тип реакции).

В то же время у испытуемых, у которых симпатическая реакция вовсе отсутствует или слабо выражена, выделение адреналина с мочой увеличивается примерно в 2 раза, а норадреналина и дофамина закономерно не изменяется («гиноадреналовый» тип реакции).

Как уже указывалось, по уровню адреналина и норадреналина в крови и моче после пробы можно судить о реактивности гормонального или медиаторного звеньев симпатоадреналовой системы. При вагоинсулярных реакциях, вызванных выведением инсулина, экскреция катехоламинов обычно снижена («гипосимпатония» или «симпатоатония»), а содержание ацетилхолина в крови и гистамина в моче повышено.

У лиц пожилого возраста, у которых содержание катехоламинов в крови и моче, по нашим данным, обычно снижено, выведение инсулина вызывает в большинстве случаев более высокую экскрецию катехоламинов с мочой, чем у молодых, что можно считать показателем повышенной реактивности симпатоадреналовой системы.

Инсулиновая проба может быть использована не только для оценки реактивности симпатоадреналовой или вагоинсулярной системы. Несколько работ, выполненных в нашей лаборатории, а затем и в различных экспериментальных и клинических учреждениях, показали, что инсулиновая проба с успехом применяется для прогнозирования возможных вегетативных реакций, возникающих при действии на организм разнообразных возмущающих воздействий, в том числе стрессовых и экстремальных. Учитывая роль симпатоадреналовой системы в приспособительных реакциях организма и в осуществлении компенсаторных и противокомпенсаторных механизмов регуляции, особое внимание должно быть обращено на «гиперадреналовый» и «гипернорадреналовый» ответ при введении инсулина, т. е. на величину повышения экскреции с мочой адреналина или норадреналина. Так, например, оказалось, что введение инсулина лицам, страдавшим постоянными мигренями, вызывает в большинстве случаев сильную головную боль. При этом экскреция адреналина повышалась на 585% (в контрольной группе здоровых на 280%), экскреция дофамина на 192% (у контрольных на 154%), а ДОФА на 315% (у контрольных на 103%). Можно предположить, что возникновение мигренозных болей наблюдается чаще всего у лиц «гиперадреналового» типа и в основе их лежит выброс в кровь адреналина и норадреналина.

Примером использования инсулиновой пробы для прогнозирования возможных вегетативных реакций могут служить наши работы совместно с Р. В. Веледой и Н. Н. Артамоновым. У большой группы здоровых людей (в практике врачебно-летной экспертизы) изучалась экскреция адреналина, норадреналина, дофамина, ДОФА и гормонов коры надпочечников — 17-оксикортикостероидов. Исследования проводились в условиях физиологической нормы (контрольные исследования), при инсулиновой пробе и после двукратного пребывания в барокамере (разрежение 405 мм рт. ст. соответственно высоте 5000 м, пребывание в камере 30 мин).

Полученные результаты показали, что изменения экскреции катехоламинов, вызванные как инсулиновой пробой, так и пребыванием в барокамере, совпадают. Повышение экскреции катехоламинов (особенно норадреналина) и 17-оксикортикостероидов в течение первых часов после введения небольших доз инсулина позволяют прогнозировать (предвидеть) хорошую переносимость умеренных степеней гипоксии в барокамере (рис. 10).

Наблюдавшееся у некоторых испытуемых слабое, недостаточное или замедленное (как бы отставленное или отсроченное) повышение экскреции катехоламинов и 17-оксикортикостероидов после введения инсулина позволяло прогнозировать сниженную переносимость умеренных степеней гипоксии в условиях пребывания в барокамере (рис. 11). Лучше всего (в 95,2% исследований) гипоксию переносили лица, отнесенные по результатам инсулиновой пробы к 4-му типу, всего 11,6% — ко 2-му типу. Испытуемые 1-го и 3-го типов показали средние данные (59%).

Рис. 10. Экскреция катехоламинов при хорошей переносимости гипоксии.

А — подъем в барокамере; Б — инсулиновая проба. Каждый столбик соответствует содержанию катехоламинов в 3-часовой порции мочи; 1 — физиологический фон; 2, 3, 4 — после воздействия. Норма принята за 100.

Рис. 11. Экскреция катехоламинов при пониженной переносимости гипоксии.

Обозначения те же, что на рис. 10.

Применение инсулиновой пробы для прогнозирования возможных вегетативных реакций организма имеет особо важное значение не только для физиологии, но и для клиники. Вопрос о том, как будет реагировать вегетативная нервная система в стрессовых условиях, когда от организма потребуется максимальное напряжение сил, в одинаковой степени занимает и физиолога и клинициста. Какая система будет «на высоте» — симпатическая (симпатоадреналовая) или парасимпатическая (вагоинсулярная), какие катехоламины заполнят внутреннюю среду — адреналин или норадреналин, какие трофотронные метаболиты — ацетилхолин, гистамин, серотонин поступят в кровь и тканевую жидкость — все это важно предусмотреть заранее. В известной мере это позволит предвидеть или планировать необходимые профилактические или лечебные мероприятия, предупреждать угрожающие «ошибки» регуляции, активизировать полезные, подавлять нарушающие гомеостаз реакции.

Введение небольших количеств инсулина, как и адреналина, вызывает заметные изменения в обмене трофотропных веществ — ацетилхолина, гистамина и серотонина. При отсутствии симпатоадреналовой реакции на введение инсулина содержание этих веществ в крови увеличивается, а активность расщепляющих ферментов — ацетилхолинэстеразы и диаминоксидазы снижается, что является, как уже указывалось, показателем повышенной холинергической активности крови и относительной гистаминемии.

По-видимому, изменения обмена ацетилхолина, гистамина и серотонина при инсулиновой пробе являются вторичными и отражают активность защитных (компенсирующих) механизмов или накопление катехоламинов, вызванное введением инсулина. В некоторых случаях при нарушении вегетативной регуляции инсулиновая проба сопровождается снижением уровня свободного ацетилхолина и гистамина в крови наряду с повышением активности расщепляющих ферментов — ацетилхолинэстеразы и диаминоксидазы. Это говорит о слабости компенсаторных механизмов и является предвестником приближающегося, хотя и необязательно наступающего, симпатоадреналового криза.

Таким образом, инсулиновая проба, получившая широкое распространение в эксперименте и клинике, позволяет оценить состояние (тонус и реактивность) вегетативно-гуморально-гормональной комплексной системы. В первую очередь она характеризует состояние симпатоадреналовых механизмов и в несколько меньшей степени вагоинсулярных. Наряду с этим важное значение инсулиновая проба имеет для прогнозирования вегетативных реакций при возмущающих, особенно стрессовых и экстремальных воздействиях на организм.

В заключение необходимо остановиться на пробе принципиально другого, нервно-рефлекторного характера.

Мезатоновая проба. Мезатон (неосинефрин) — синтетический препарат адренотропного действия, по своему строению близок к адреналину. Основное его влияние — повышение кровяного давления. С этой целью он и применяется в клинической практике. Однако вскоре после введения мезатона наступает резкое замедление пульса, обусловленное, по мнению большинства исследователей, компенсаторной реакцией, вызванной возбуждением центра блуждающего нерва. Установлено, что при введении под кожу мезатон первично возбуждает альфа-адренорецепторы. Этим мезатон отличается от адреналина и инсулина, действие которых на вегетативную нервную систему связано с нейрогуморальными сдвигами во внутренней среде, предшествующими выраженными физиологическими реакциями.

Мезатоновая проба проводится по обычной схеме. После подкожного введения (1,0—1,5 мл раствора мезатона в разведении 1:100) регистрируются физиологические и биохимические реакции.

Вегетативные реакции при введении мезатона оцениваются по специально разработанной нами шкале.

Частичная реакция: а) с преобладанием симпатических проявлений — повышение артериального давления на 10—15% и урежение пульса до 10% от исходных величин; б) с преобладанием парасимпатических проявлений — урежение пульса на 10—15%, повышение артериального давления незначительное (в некоторых случаях оно может снижаться); в) с одинаковой приблизительно реактивностью обоих отделов вегетативной нервной системы — повышение артериального давления и урежение пульса до 10—15% от исходных величин. Длительность частичной реакции 20—30 мин. Наблюдается она у людей с устойчивой вегетативной нервной системой.

Умеренная реакция: а) с преобладанием симпатических проявлений — повышение артериального давления на 15—25%, урежение пульса на 10—15%; б) с преобладанием парасимпатических проявлений — повышение артериального давления на 15%, урежение пульса на 15—25%; в) с одинаковой приблизительно реактивностью обоих отделов вегетативной нервной системы — повышение артериального давления и урежение пульса на 15—25% от исходного. Длительность реакции 30—60 мин наблюдается при некоторых (умеренно выраженных) формах неустойчивости вегетативной нервной системы.

Выраженная реакция: а) с преобладанием симпатических проявлений — повышение артериального давления на 25% и более, урежение пульса на 20—25%. Интенсивные пульсирующие головные боли, озноб, побледнение кожи, расширение зрачков и т. д. В некоторых случаях реакция протекает по типу отчетливого симпатоадреналового криза; б) с преобладанием парасимпатических проявлений — повышение артериального давления на 15—20%, урежение пульса на 25—30%. Тупые, интенсивные головные боли, боли в животе, обильное потоотделение, гипертония лица, повышенное мочеотделение. В некоторых случаях реакция протекает по типу отчетливого вагоинсулярного криза; в) с одинаковой приблизительно реактивностью обоих отделов вегетативной нервной системы — повышение артериального давления и урежение пульса более чем на 25%. Интенсивные головные боли, сердцебиение, игра сосудов, то суживающихся, то расширяющихся и т. д. Длительность выраженной реакции до 2—3 ч; она наблюдается при тяжелых формах вегетативной неустойчивости, преимущественно центрального происхождения.

В отдельных случаях введение мезатона вызывает мало типичные реакции с чередующимися фазами повышения и снижения артериального давления, ускорением и замедлением пульса, субъективными жалобами, длительным течением. Эти «нетипичные» реакции говорят о глубоких нарушениях деятельности центральных и периферических отделов вегетативной нервной системы и слабости гомеостатических механизмов.

У здоровых людей мезатоновая проба вызывает преимущественно частичные реакции смешанного (симпатического и парасимпатического) типа. Она позволяет без всякого ущерба для здоровья испытуемого судить об относительном преобладании того или другого отдела вегетативной нервной системы. При нарушении гомеостатических механизмов вегетативной регуляции (те или иные формы вегетативной дистонии) при мезатоновой пробе возникают нередко умеренные или выраженные, подчас «нетипичные» реакции. При этом выявлена одна особенность. В ночные часы реакции на введение мезатона протекают, как правило, значительно слабее, чем в дневные, что зависит, по-видимому, от несколько сниженной реактивности вегетативной нервной системы ночью.

Однако мезатоновая проба принципиально отличается от адреналиновой и инсулиновой. Это показало изучение биологической активности крови и экскреции катехоламинов, гистамина, 5-оксииндолуксусной кислоты и кортикостероидов с мочой. Гуморальные изменения возникают вторично. Они сопутствуют первичным нервно-рефлекторным сдвигам, сопутствуют и поддерживают их. Длительность изменений, вызванных введением мезатона, зависит в значительной степени от нарастания в крови уровня веществ эрго- или трофотропного ряда. На примере мезатоновой пробы выявляется единство нейрогуморальных механизмов регуляции. Вегетативные сдвиги, возникающие при мезатоновой пробе, обусловлены в первую очередь нервно-рефлекторной активностью симпатической нервной системы через альфа-адренорецепторы и компенсаторным возбуждением центра блуждающего нерва. Гуморальногормональные изменения лишь поддерживают и усиливают эффект, вызванный возбуждением симпатического нервного аппарата.

Как и другие пробы, проба мезатоновая может быть использована для выявления состояния вегетативной нервной системы и для прогнозирования реакций организма на стрессовые и экстремальные воздействия.

Глава VI. Барьерные функции организма

Мы уже знаем, что организм строго хранит постоянство внутренней среды, устойчивость ее состава, неизменность биологических свойств. Ведь это залог его «свободной и независимой» жизни. Многочисленные координирующие, регулирующие, компенсирующие механизмы вступают в действие при малейших нарушениях гомеостаза. Но существует еще одна система охраны постоянства внутренней среды. Это система барьерных приспособлений. Внешние барьеры оберегают ее от колебаний и изменений в окружающем мире. Среди них наибольшее значение имеет кожный барьер, надежно защищающий наше тело от ядов, бактерий, вирусов. Через кожу организм освобождается от некоторых чужеродных веществ и многих продуктов метаболизма. К внешним барьерам принадлежат также аппараты дыхательный и пищеварительный. Они защищают организм от вредных химических соединений, находящихся в атмосфере или оказавшихся в пище, случайно или преднамеренно. Мощный барьер образует печень — сложнейшая лаборатория, в которой обезвреживаются ядовитые продукты, образовавшиеся в процессе пищеварения и перешагнувшие кишечную стенку. По воротной вене устремляются всосавшиеся в кишечнике химические соединения, подчас ненужные и даже вредные, встречая на пути трудно преодолимый для них заслон печеночных клеток. Как часто печень, принимая первый удар, спасает организм от отравления и даже гибели, мобилизуя все свои ресурсы на борьбу со вторгшимся в организм врагом. К внешним барьерам относят и почки, освобождающие и очищающие организм от шлаков, продуктов обмена веществ, токсинов и ядов.

Но внешние барьеры не в состоянии обеспечить постоянство непосредственной среды органов и тканей. Они охраняют общую внутреннюю среду — кровь, а клетки органов и тканей, как известно, с кровью не соприкасаются. Необходимые для питания вещества они получают из тканевой жидкости, которая хотя и образуется кровью, но отделена от нее специальными защитными образованиями — внутренними барьерами. Хорошо изучены барьеры между кровью и различными органами (мозгом, глазом, печенью, легкими, половыми железами, суставами и т. д.). Они получили название «гистогематических барьеров».

Существование барьеров позволяет понять, почему некоторые яды, бактерии, вирусы, токсины поражают одни органы и не затрагивают другие. Не совсем понятное сродство (аффинитет), «влечение» отдельных тканей к тем или другим чужеродным веществам, попавшим во внутреннюю среду, в том числе и к фармакологическим препаратам, можно объяснить особенностями строения их барьерных механизмов. В медицине существует представление о зонах наименьшего сопротивления, в которых чаще всего возникают очаги заболевания. Во многих случаях образование таких зон связано с нарушением проницаемости гистогематических барьеров. Так, например, больные диабетом страдают нередко от мучительных болей, известных под названием диабетических невритов. В последние годы было установлено, что эти боли возникают вследствие нарушения гематоневрального, т. е. расположенного между кровью и нервными стволами, барьера. Из-за высокого содержания сахара в крови он становится проницаемым для некоторых болетворных соединений, содержащихся в крови.

Теория барьерных функций организма берет начало с XIII Международного физиологического конгресса в Бостоне. На нем в 1929 г. Л. С. Штерн впервые высказала мысль, что между кровью и органами находятся особые образования, регулирующие состав и свойства непосредственной питательной среды органов и тканей — тканевой жидкости. «Что мы понимаем под гистогематическими барьерами,— спрашивает она в одной из своих статей 1936 г. — Гистогематические барьеры — понятие физиологическое, функциональное. Это механизмы, вернее комплекс аппаратов или механизмов, регулирующих органов и тканей; другими словами, тот аппарат, который регулирует обмен между общей питательной средой (кровью) и непосредственной питательной средой отдельных органов, т. е. тканевой жидкостью»[21].

С тех пор прошло более 50 лет, но, перелистывая недавно опубликованную «Физиологию гистогематических барьеров»[22], другого определения мы не находим. Несмотря на неточность названия (гистогематический, т. е. барьер между тканями и кровью, а не как следует из всего смысла теории барьерных функций — кровью и тканями), оно прочно вошло в литературу, хотя многие авторы писали впоследствии о внутренних, гематопаренхиматозных, гистоцитарных, сосудисто-тканевых, биологических, физиологических и иных барьерах. И когда на одном из всесоюзных совещаний по проблеме гистогематических барьеров был поднят вопрос о более точном, более адекватном термине, все участники совещания единодушно высказались за сохранение старого названия. Существуют термины привычные, узаконенные временем и традициями. Заменять их практически невозможно и нецелесообразно. Поэтому физиологическая наука сохранила название «гистогематические барьеры», попутно тем самым признав, что барьерные механизмы действуют в обоих направлениях: кровь→ткани и ткани→кровь. Это особенно важно, поскольку и сама Л. С. Штерн и некоторые ее ученики полагали, что барьеры действуют как клапаны, регулируя движение из крови в ткани, и как вентили — из тканей в кровь.

И еще об одном надо сказать. Наиболее широкое развитие проблема барьерных функций получила в нашей стране. Здесь ее больше всего изучают, здесь о ней больше всего говорят и спорят. Помимо работ школы Л. С. Штерн (Я. А. Росина, С. Я. и Я. Л. Рапопортов, М. М. Громаковской, П. Фонвиллера, автора этих строк и многих других), в разработку учения о барьерах внесли свой вклад А. А. Богомолец, Н. Д. Стражеско, А. В. Лебединский, Б. Н. Тарусов, Н. Н. Зайко, Ю. П. Петрович, А. И. Смирнова-Замкова, И. А. Аршавский и ряд других представителей отечественной науки.

Целый раздел науки о роли и значении биологических мембран, получивший широкое распространение за последние годы, не заменяет и не подменяет представления о гистогематических барьерах. Физиология барьерных механизмов значительно шире, и проницаемость мембран является лишь одним из факторов, определяющих функциональное состояние барьеров.

К гистогематическим барьерам могут быть отнесены все без исключения барьерные образования между кровью и органами. Однако нельзя не признать, что существуют специализированные барьеры, имеющие особо важное значение для жизнедеятельности организма. К ним мы относим более подробно изученные гематоэнцефалический барьер (между кровью и центральной нервной системой), гематоофтальмический барьер (между кровью и водянистой влагой глаза), гематолабиринтный барьер (между кровью и ушной эндолимфой), гематотестикулярный барьер между кровью и половыми железами, барьер между кровью и слюнными железами и т. д. К гистогематическим барьерам относятся также барьеры между кровью и жидкими средами организма (цереброспинальной жидкостью, лимфой, плевральной, синовиальной жидкостями). Они получили название гематоликворного, гематолимфатического, гематопреврального, гематосиновиального барьеров. Плацентарный барьер (между матерью и плодом), хотя и не относится к гистогематическим барьерам, осуществляет чрезвычайно важную функцию защиты развивающегося плода. Советские ученые В. А. Горбань и Н. И. Зайко делят гистогематические барьеры на три группы: изолирующие, частично изолирующие и неизолирующие. Результаты их исследований показывают, что гистогематические барьеры в высокой степени адаптированы к структуре и функции «опекаемых» ими органов и тканей.

Основные теоретические представления о барьерных функциях организма построены на изучении барьера гематоэнцефалического. В дальнейшем они были перенесены, в известной степени механически, на все гистогематические барьеры. Между тем гематоэнцефалический барьер имеет свою специфику и свои анатомические и физиологические особенности и о нем речь будет идти особо.

Жизнедеятельность клеток и органов сама по себе предопределяет многообразие, постоянно возникающие и затухающие сдвиги в составе и свойствах их микросреды. Выравнивание этих сдвигов, поддержание устойчивости и постоянства возможны только при наличии безупречно действующих механизмов. Метаболизм клеток, удовлетворение их потребностей в необходимых питательных веществах, своевременное поступление гуморально-гормональной информации, координация и корреляция функций органов и физиологических систем, равно как и защита их от чужеродных, поступивших в кровь химических соединений или образовавшихся в ней продуктов нарушенного метаболизма, в высокой степени зависят от функционального состояния гистогематических барьеров. Отсюда основная, ведущая функция любого гистогематического барьера — регулирование состава и свойств непосредственной питательной среды органов и тканей. Эта функция действует постоянно, в то время как защитная проявляется только в случаях необходимости. Но и защищая, барьеры тем самым регулируют состав и свойства микросреды органов и тканей. Поэтому и защитная и регуляторная функции гистогематических барьеров составляют диалектическое единство, конечной целью которого является сохранение постоянства внутренней среды организма.

Химический состав, физико-химические и биологические свойства непосредственной питательной среды органов (тканевой жидкости) обусловлены: 1) поступлением веществ из крови, которое зависит от сопротивляемости гистогематического барьера данного органа в направлении кровь→ткани; 2) поглощением и использованием составных частей тканевой жидкости клетками и неклеточными элементами органа в процессе обмена веществ; 3) поступлением продуктов клеточного и тканевого обмена (метаболитов) в тканевую жидкость; 4) удалением метаболитов из тканевой жидкости, т. е. переходом их из непосредственной питательной среды органа в кровь через гистогематический барьер данного органа (ткани→кровь).

Существование барьеров между тканями и кровью оспаривается многими исследователями. Доказано, что не все вещества, циркулирующие в крови, проникают в ткани. В этом проявляется как защитная, так и регулирующая функция барьеров. Но известно также, что все вещества, поступившие из клеток в тканевую жидкость, выводятся в ток крови. Иначе организм не мог бы существовать. Однако выведение это происходит с различной скоростью для разных веществ и может изменяться в зависимости от состояния соответствующего барьера. В этом проявляется один из аспектов регулирующей функции барьеров.

Важнейшее значение для функции барьеров имеет очищение (клиренс) микросреды органов и тканей от продуктов распада и метаболизма. В нескольких экспериментальных работах мы пробовали вводить определенные вещества непосредственно в разные ткани и фиксировать время их перехода в кровь. С этой целью использовались различные радиоактивные изотопы, определение которых в крови и тканях осуществляется легко и просто. Оказалось, что одни вещества довольно быстро исчезают из тканей, в то время как другие обнаруживаются в них через длительный промежуток времени. В этих опытах переход в кровь замедлялся при возбуждении симпатического отдела вегетативной нервной системы, при состоянии стресса, при некоторых формах нарушения гипоталамической регуляции. В то же время возбуждение парасимпатического отдела вегетативной нервной системы сопровождалось обычно ускорением этого процесса. Интересно отметить, что в первом случае кровь содержала большие количества катехоламинов, во втором — ацетилхолина и гистамина. Вряд ли проницаемость гистогематических барьеров в направлении ткани→кровь регулируется одной лишь вегетативной нервной системой. Это мы увидим в главе о гематоэнцефалическом барьере, хотя она играет немаловажную роль в освобождении тканевой жидкости от продуктов обмена, ядовитых и вредных для организма веществ.

Но все-таки вопреки своему не очень точному названию гистогематические барьеры осуществляют основную функцию в направлении кровь→ткани.

Гистогематический барьер органа, будь то мозг, печень, сердце, селезенка, желудок, кишка, легкое и т. д., определяет функциональное состояние последнего, его деятельность, способность противостоять вредным влияниям. Значение барьера заключается в создании оптимальных условий для жизнедеятельности клеточных и неклеточных элементов, что особо важно для всего организма и его отдельных частей. Осуществляя регуляторную функцию, гистогематические барьеры способствуют сохранению органного и клеточного гомеостаза. Нельзя считать, что барьеры только затрудняют переход веществ из крови в ткани. Это несколько примитивное представление нередко бытует в специальной литературе. Во многих случаях барьеры способствуют переходу необходимых для жизнедеятельности клеток веществ из крови в ткани. Прежде всего барьеры активны. И поэтому неправильно всю их деятельность сводить к «проницаемости». Однако все же мы почти всегда, характеризуя состояние того или иного барьера, говорим именно о его проницаемости, несмотря на то что проблема проницаемости составляет лишь часть учения о гистогематических барьерах. Такова сила традиции в научных изысканиях.

Между тем барьер — это сложное, отнюдь не только морфологическое, а функциональное, физиологическое понятие. Это система регуляторных и защитных приспособительных механизмов, подлежащая рассмотрению и изучению в разных планах, различных аспектах. Барьеры активно отбирают из крови необходимые для жизнедеятельности органов вещества и столь же активно выводят из тканевой жидкости продукты метаболизма. Функциональное состояние барьеров — уравнение со многими неизвестными, одним из которых является селективная (избирательная) проницаемость. Барьер не полупроницаемая мембрана, подчиняющаяся законам химии и физики. Но в то же время проницаемость — одно из свойств барьера, один из бесспорных механизмов его функционирования. Поступление веществ из крови в ткани и из тканей в кровь — сложный процесс, регулируемый многочисленными морфологическими, физиологическими (нервными и гуморальными), физическими, химическими факторами.

Несколько расширяя и углубляя высказывания скандинавского ученого Л. Херлина, можно сказать, что функции гистогематических барьеров объясняют все явления, предотвращающие, понижающие, замедляющие и даже облегчающие поступление веществ в органы и ткани и удаление из них продуктов межуточного обмена. Многочисленные физические, химические, морфологические концепции, предложенные для объяснения избирательной проницаемости гистогематических барьеров, не решают проблемы. Деятельность барьеров может осуществляться при помощи механического давления, диализа, ультрафильтрации, осмоса, равновесия Доннана, калий-натриевого насоса, электрических изменений, растворимости в липидах, особого тканевого сродства или метаболической активности клеточных элементов, пиноцитоза и т. д.

Одним из механизмов барьерной функции представляется активный транспорт некоторых электролитов через мембраны. Установлено, что переход метаболитов, медиаторов, ферментов, гормонов через гистогематические барьеры зависит не только от величины молекул, размеров пор в мембранах, открытия и закрытия ионных канальцев, электрического заряда, растворимости в липидах, но в основном от потребностей органа, нервных и гуморальных влияний, скорости кровотока, микроциркуляции, площади открытых и резервных капилляров, наличия или отсутствия функциональных и морфологических нарушений. Важное значение для состояния барьеров имеет наличие в них метаболических структур, т. е. тканевых элементов, способных нейтрализовать, разрушать или связывать содержащиеся в крови биологически активные соединения. Таким образом, гистогематические барьеры можно рассматривать как саморегулирующуюся систему, представляющую одно из звеньев комплексного нейрогуморально-гормонального аппарата, обеспечивающего состояние гомеостаза.

Гистогематические барьеры осуществляют своевременное поступление в непосредственную питательную среду органов и тканей адекватной гуморальной информации о состоянии регуляторных систем в различных частях организма. Проникая через гистогематический барьер в орган, биологически активные вещества оказывают свое действие не только на клетки, но и на специфические хеморецепторы, что ведет к возникновению как местных, так и распространенных (общих) физиологических и биохимических реакций.

К этому вопросу мы еще вернемся в главе о гематоэнцефалическом барьере, наиболее подробно и всесторонне изученном защитном и регуляторном механизме, расположенном между кровью и центральной нервной системой.

Для того, чтобы изучить состояние гистогематических барьеров, приходится прибегать главным образом к методам анатомии и гистологии. Получить тканевую жидкость органа, подобно тому как мы получаем цереброспинальную жидкость, практически невозможно. На помощь исследователю приходит микроскоп — световой или электронный. В кровь подопытного животного вводятся резко контрастные вещества и исследуется их проникновение в межклеточные пространства или клетки того или иного органа. Обычно кусочки тканей, обработанные соответствующим образом, изучаются при сильном увеличении.

Нередко применяется метод витальной (прижизненной) микроскопии. Вместо мертвых, зафиксированных объектов, которыми оперирует классическая гистология, витальная микроскопия позволяет рассмотреть живые, неизмененные органы и ткани. Другие же способы изучения барьеров заимствованы в основном из практики исследования гематоэнцефалического барьера.

Как в эксперименте на животных, так и в клинике используются методы сравнительного исследования состава притекающей к органу (артериальной) и оттекающей от него (венозной) крови. Для суждения о защитной и регуляторной функции барьеров между кровью и жидкими средами организма (лимфой, цереброспинальной, плевральной, синовиальной жидкостями) производится количественное определение в крови и соответствующих жидкостях свойственных организму или введенных извне веществ.

В самом начале эры антибиотиков мы совместно с советским микробиологом Н. А. Красильниковым вводили в кровь животных антибиотик стрептомицин и имели возможность убедиться, что он по-разному распределяется в организме. В некоторых органах и тканях стрептомицин почти не обнаруживается, в то время как в других он как бы «накапливается». Барьерной функцией мы объяснили малую эффективность лечения стрептомицином туберкулеза, некоторых внутренних органов и с этим до сих пор приходится считаться в клинической практике. Появилось множество исследований, в которых индикатором состояния гистогематических барьеров служили радиоактивные вещества (например, различные белки, адреналин, ацетилхолин, инсулин, тиамин, глицин, фосфор, кальций, калий, натрий, хлор, стронций, цезий, золото, медь, марганец, мышьяк, сера и др.). В какой-то степени это позволило судить не только о защитной, но и о регуляторной функции гистогематических барьеров отдельных органов.

Состояние гистогематических барьеров в направлении ткани→кровь можно оценить, вводя испытуемое вещество в ткани (внутрикожно, подкожно, внутримышечно) и определяя скорость их всасывания или (при введении радиоизотопных индикаторов) время полуудаления.

Для оценки барьерной функции целостного организма то или иное вещество, например фосфор или натрий, вводят внутривенно и в течение определенного времени исследуют его исчезновение из кровотока или — при введении радиоизотопных индикаторов — время полуудаления. Метод этот условный. Он дает известное представление о состоянии барьерных механизмов организма, но отнюдь не отдельных гистогематических барьеров. Обилие методов исследования — показатель отсутствия общепризнанного критерия для оценки барьерной функции. Отсюда и возникла оценка функционального состояния гистогематических барьеров по величине коэффициента проницаемости, т. е. по соотношению концентрации того или иного вещества в органе и в крови (К=а/б, где а — концентрация вещества в органе или в какой-либо жидкой среде организма, б — концентрация его в крови). Однако на самом деле величина К соответствует распределению исследуемого вещества между тканями и кровью, поскольку содержание его в ткани зависит не только от поступления из крови в тканевую жидкость или из нее в кровь, но и от характера и интенсивности метаболизма клеток, т. е. от использования вещества клетками или поступления метаболитов в микросреду органа.

Функциональное состояние гистогематических барьеров, как уже указывалось, не может быть сведено к одной лишь их проницаемости, и, следовательно, коэффициент проницаемости правильнее назвать коэффициентом распределения. Спор вокруг этого термина беспредметен, хотя в литературе «коэффициент проницаемости» встречается чаще, чем «коэффициент распределения». Приходится еще раз подчеркнуть, что функциональное состояние гистогематических барьеров определяется не только проницаемостью (сопротивляемостью, резистентностью) их к чужеродным или свойственным организму химическим соединениям, но в основном их физиологической активностью, т. е. способностью создавать и поддерживать наиболее благоприятные условия в непосредственной питательной среде органов, необходимой для нормальной жизнедеятельности органов, тканей и организма в целом.

В зависимости от физиологической активности гистогематических барьеров их сопротивляемость (или проницаемость) по отношению к тем или другим веществам может повышаться или снижаться, что ведет к увеличению или уменьшению величины коэффициентов распределения. Так, например, при значительном увеличении содержания того или другого вещества в крови количество его в органе может не измениться или повыситься лишь незначительно. При этом величина коэффициента распределения снижается, что является показателем как высокой активности соответствующего гистогематического барьера, так и снижения его проницаемости. В других случаях содержание вещества в органе нарастает при постоянной или низкой его концентрации в крови. Повышенный в этом случае коэффициент распределения указывает на уменьшение активности барьера и одновременно на его высокую проницаемость.

Все эти закономерности, в которых на первый взгляд трудно разобраться, имеют важное принципиальное значение. Функциональное состояние, сопротивляемость (резистентность), активность, проницаемость, деятельность гистогематических барьеров — отнюдь не синонимы. Каждое определение имеет свой внутренний смысл и характеризует отдельные грани многоплановой проблемы барьерной функции организма.

Большая пластичность гистогематических барьеров, их лабильность к постоянно меняющимся условиям внешней и внутренней среды играют важную роль в жизнедеятельности организма. Барьерная функция меняется в зависимости от возраста, пола, нервных, гуморальных и гормональных взаимоотношений в организме, тонуса и реактивности вегетативной нервной системы, многочисленных внешних и внутренних воздействий. Состав крови, хоть и в узких пределах, но все же меняется. Обмен в клетках и органах усиливается и ослабевает, содержание биологически активных веществ и солей по обе стороны различных барьеров нарастает и снижается, в кровь поступают иногда чужеродные вещества. И барьеры неизбежно перестраивают свои свойства, приспособляясь к потребностям клеток, органов, физиологических систем, целостного организма.

Точно так же, как не существует абсолютного неколеблющегося постоянства внутренней среды, не существует и абсолютно непроницаемых к тому или другому веществу барьеров. Каждое вещество, свойственное организму или чужеродное, в том или другом (иногда совершенно незначительном) количестве проникает в орган. Иногда это микрограммы и даже нанограммы, иногда миллиграммы. Величины эти меняются в зависимости от потребностей клеток и состояния организма.

Гистогематические барьеры, охраняя постоянство тканевой жидкости, задерживают одни метаболиты, пропускают другие и способствуют наиболее быстрому удалению третьих. Конечно, они не являются автономными и изолированными образованиями в организме. Чутко и быстро отзываясь на изменения состава омывающей их снаружи (кровь) и изнутри (тканевая жидкость) среды, на импульсы, посылаемые центральной и периферической нервной системой, они меняют, в зависимости от условий, свою проницаемость, повышают и понижают ее, регулируя состав и свойства непосредственной среды органов и тканей.

Любое резкое колебание в составе и свойствах тканевой жидкости ведет к изменению состояния и деятельности омываемых ею клеток, к расстройству бесперебойной и координированной работы органов. Нарушение резистентности по отношению к различным чужеродным веществам и продуктам нарушенного метаболизма, циркулирующим в крови, может привести к возникновению патологического процесса в отдельных органах, а затем во всем организме. Нечувствительность, или иммунитет, так же как и сродство или способность органа захватывать определенные химические вещества, бактерии, токсины, зависит в той или иной мере от функционального состояния соответствующего гистогематического барьера, поскольку обязательной предпосылкой непосредственного воздействия на клеточные элементы является проникновение болезнетворного начала в микросреду органа.

Снижение сопротивляемости гистогематического барьера органа делает его более восприимчивым, а повышение ее — менее чувствительным к химическим соединениям, образовавшимся в процессе метаболизма или введенным в организм с экспериментальной или лечебной целью.

И, наконец, из каких же анатомических элементов формируются барьерные механизмы? Можно ли вообще говорить о структуре гистогематических барьеров, если это понятие в первую очередь физиологическое, функциональное? Вот, что пишет о структуре барьеров Л. С. Штерн[23]: «... циркулирующий в крови краситель выходит из кровяного русла через стенки капилляров. Постепенно окрашиваются отдельные слои стенок, а затем появляется краска вокруг сосуда, окружая его в виде рукава, который постепенно расширяется. Капилляры в разных органах имеют свои особенности... Морфологическим субстратом того аппарата, который мы назвали гистогематическим барьером, являются в первую очередь стенки капилляров. Активность и функциональные особенности барьера определяются главным образом структурой стенок капилляров».

В настоящее время можно считать доказанным, что эндотелий капилляров в разных органах обладает характерными морфологическими особенностями. По форме ядра, строению его оболочки, структуре и количеству хроматина эндотелиальные клетки капилляров различных органов значительно отличаются друг от друга. Складывающиеся в онтогенезе чрезвычайно изменчивые особенности эндотелиальных клеток, возможно, и являются морфологической основой избирательной проницаемости гистогематических барьеров. Переход веществ из крови в окружающую среду происходит через мельчайшие поры между эндотелиальными клетками и сквозь некоторые истонченные участки самих клеток, названных «окошками» или «фенестрами». Под эндотелиальными клетками, выстилающими просвет сосудов, располагается базальная мембрана, в составе которой обнаруживаются особые клетки не совсем ясного назначения — перициты. Между эндотелиальными клетками и вокруг них лежит основное аморфное вещество, которому многие исследователи придают важное значение в осуществлении барьерных функций.

Для проницаемости гистогематических барьеров важное значение имеет особый надмембранный гликопротеидный слой, получивший название гликокаликса. Это совокупность нитчатых и гранулярных элементов, образующих своеобразную сеть, выполняющую разнообразные физиологические функции.

Нет необходимости описывать особенности строения капилляров. Структура и проницаемость капиллярной стенки далеко неодинакова в разных тканях и органах. Одно только необходимо подчеркнуть. Стенка капилляра отнюдь не полупроницаемая мембрана, через которую все вещества просачиваются в «забарьерную» зону. Переход их — сложный активный физиологический процесс. И не только физиологический, но и физико-, и биохимический. В нем принимают участие и морфологические образования — поры, фенестры, пиноциты — мельчайшие пузырьки в эндотелиальных клетках, открывающиеся либо в просвет сосуда, либо в сторону базальной мембраны, биохимические соединения, обнаруженные в основном аморфном веществе, — мукополисахариды, особенно гиалуроновая кислота, липиды, белки, перициты и подвижные клеточные элементы — лейкоциты, макрофаги.

Вплотную к капилляру прилежит слой соединительной ткани. А. А. Богомолец придавал ему особое значение в осуществлении барьерных функций. Он считал, что эта ткань представляет депо, в котором откладываются и задерживаются чуждые и вредные для организма вещества и бактерии. Она защищает органы и ткани от отравления, инфекции, разрушения. Путь из капилляров к клеткам органов лежит через соединительную ткань и она, в свою очередь, стоит на страже постоянства внутренней среды.

Но природа изобретательна и осторожна. Как правило, она предпочитает двойное, тройное надежное охранение. Вот почему организм строит последние препятствия — оболочки клеток и внутриклеточные барьеры. В том случае, когда вредное или ненужное для нормальной жизнедеятельности вещество даже находится в тканевой жидкости, оно нередко не может проникать в клетку и в самой клетке задерживается внутриклеточными защитными механизмами, ограждающими особо важные ее структурные образования. «Для того, чтобы клетки могли существовать как автономные единицы,— пишут английские авторы Е. Свенсон и В. Уэбстер[24], — и выполнять присущие им функции, совершенно необходимо, чтобы обмен различными веществами между клеткой и внешней средой каким-то образом регулировался. Различия в химическом составе между содержанием клетки и внешней средой выражают определенную степень упорядоченности». Эта упорядоченность может поддерживаться только при наличии барьера, препятствующего свободному перемещению веществ из среды в клетку и из клетки в среду. Роль такого барьера выполняет плазматическая мембрана. Но электронный микроскоп выявляет чрезвычайно тонкую систему высокоструктурированных мембран в самой клетке, образующих внутриклеточные барьеры. Клеточные и внутриклеточные барьеры существенно различны в разных клетках и органах. И именно эти различия лежат в основе широкого диапазона физиологической их активности.

Проницаемость гистогематических барьеров повышается и снижается при действии различных физических и химических факторов на организм, при некоторых физиологических и патологических состояниях (смена сна и бодрствования, голодание, утомление, беременность, послеродовой период, состояния стресса, тревоги, шок, переохлаждение, перегревание, лихорадка, различные инфекционные заболевания, действие ионизирующей радиации и т. д.).

Некоторые содержащиеся в крови и тканях или введенные извне биологически активные вещества (например, ацетилхолин, гистамин, серотонин, брадикинин, различные ферменты, в первую очередь фермент гиалуронидаза) в небольших количествах снижают сопротивляемость гистогематических барьеров и тем самым повышают переход вещества из крови в органы и ткани. Противоположное действие оказывают катехоламины, соли кальция, рутин и другие.

При патологических процессах барьерная функция организма нередко перестраивается, сопротивляемость (резистентность) гистогематических барьеров повышается или снижается. Снижение сопротивляемости соответствующих барьеров делает органы более восприимчивыми к ядам и инфекциям, по некоторым данным — усиливает рост опухолей. Напротив, повышение сопротивляемости нередко носит защитный или компенсаторный характер. Организм защищается от чужеродных веществ, случайно или с лечебной целью введенных в кровь. Во многих случаях гистогематические барьеры препятствуют поступлению в те или другие органы лекарственных препаратов, антибиотиков и антител. Этим объясняется их неэффективность. Вот почему проблема регулирования функционального состояния барьеров имеет для клиники особо важное значение. Предложены самые различные методы воздействия на барьеры отдельных органов. Облучение (общее или местное) разными участками светового спектра (инфракрасным и ультрафиолетовым), воздействие ультракороткими, высокочастотными волнами, рентгеновыми лучами, ультразвуком, электромагнитным полем сверхвысокой частоты, иногда обычное прогревание, а также введение в организм некоторых гормонов, фармакологических препаратов, ферментов, психотропных веществ, витаминов и т. д. изменяют функциональное состояние гистогематических барьеров. Все эти методы могут быть использованы в лабораторной и медицинской практике для целенаправленной перестройки барьерных функций.

Успех физиотерапевтических мероприятий во многих случаях зависит от изменения проницаемости барьеров. Искусственное снижение сопротивляемости того или иного гистогематического барьера путем различных физических или химических воздействий может повысить или расширить действие лекарственных препаратов, не проникающих в обычных условиях в непосредственную среду органа, в то время как повышение сопротивляемости служит целям профилактики при инфекциях, интоксикациях, опухолевом росте и т. д. Проницаемость барьеров повышается при введении тех или других веществ (например, некоторых антибиотиков, лечебных сывороток) непосредственно в артерию, питающую орган. Резкое повышение их концентрации в притекающей к органу крови значительно увеличивает эффективность препарата, необходимого для лечения местных нарушений. И, наконец, в определенных случаях для воздействия на клетки пораженного органа химические соединения, лекарственные препараты, лечебные сыворотки вводятся, если это возможно, в обход того или другого барьера (в цереброспинальную жидкость, плевральную и суставные полости, в ткань органа и т. д.).

Глава VII. Мозг как эндокринная система

В течение многих лет непревзойденное творение природы, ее высшее и самое совершенное достижение — головной мозг человека исследуется и изучается во всех странах мира. И все же до сих пор мы не можем сказать, что его строение, химический состав, неповторимо тонкие, подчас загадочные механизмы действия, влияние на физиологические и биохимические процессы жизнедеятельности организма хорошо известны и до конца поняты исследователями — морфологами, физиологами, биохимиками, психологами. Еще до сих пор говорят о мозге как о «черном ящике», используя крылатое выражение основателя кибернетики Норберта Винера, который назвал этим термином устройство, выполняющее определенную операцию над входным потенциалом, строение и функции которого, обеспечивающие выполнение операции, остаются неизвестными. В начале нашего столетия И. П. Павлов[25] писал: «Можно с правом сказать, что неудержимый с времен Галилея ход естествознания впервые заметно приостанавливается перед высшим отделом мозга, или, вообще говоря, перед органом сложнейших отношений животных к внешнему миру. И, казалось, что это недаром, что здесь действительно критический момент естествознания, так как мозг, который в высшей его формации — человеческом мозгу — создавал и создает естествознание, сам становится объектом этого естествознания».

Многое изменилось с тех пор, когда были написаны эти слова. На помощь естествоиспытателю пришли поразительно тонкие, необыкновенно информативные методы анатомического, гистологического, физического и химического исследования. Лаборатории и клиники обогатились сложнейшей электронной аппаратурой, автоматическими анализаторами, мощными усилителями, вычислительными машинами, микроманипуляторами, способными проникнуть в отдельную клетку, уловить и записать электрический ток, рождающийся при возбуждении одного-единственного нейрона. Таинственный орган, перед которым беспомощно останавливался человеческий гений, начал выдавать свои тайны. Магическая сущность процессов, совершающихся в его недрах, стала достоянием науки, «черный ящик» приоткрыл свое содержимое.

О том, что центральная нервная система, в первую очередь головной мозг, управляет функциями организма, известно давно. Чем выше развита живая система, тем сложнее устроена, тем большее значение имеет для нее нервная система. Она регулирует и координирует все проявления его жизнедеятельности. Нервные импульсы, поступая в клетки, органы и ткани, вызывают не только явления возбуждения или торможения, но и направляют, перестраивают протекающие в них химические процессы, стимулируют либо подавляют образование и распад биологически активных соединений, осуществляющих возникновение, течение и затухание физиологических колебаний в составе и свойствах внутренней среды.

Но для того, чтобы нервная клетка головного и спинного мозга могла жить и посылать в органы и клетки — мишени «директивные» сигналы, она, как и любая клетка любого органа, нуждается в непрерывном поступлении кислорода и питательных веществ (белков, углеводов, жиров, солей, витаминов, сложных биологически активных соединений и т. д.). Ее деятельность зависит от состава и свойств микросреды, в которой она живет, откуда получает гуморальную информацию и которой отдает продукты своего обмена — метаболиты. В одних случаях ей нужны простые, в других — сложные химические продукты, вырабатываемые органами и тканями внемозгового происхождения либо нервными клетками, расположенными подчас в отдаленных участках спинномозгового ствола. Вещества эти обладают во многих случаях свойствами истинных гормонов, иногда «кандидатов в гормоны», как их называют в специальной литературе. Клетки мозга «общаются» между собой не только через нервные, но и гуморальные связи. Образующиеся в синапсах медиаторы передают сигналы с одной нервной клетки на другую, модуляторы регулируют деятельность нейронов и их ансамблей, поступая в микросреду различных отделов мозга. Местное влияние метаболитов, медиаторов и модуляторов может генерализоваться, если они попадают в цереброспинальную жидкость или в ток крови. Более подробно об этом в следующей главе.

Еще недавно исследователи, изучая в лабораторных опытах на животных действие крови, оттекающей от мозга, могли убедиться, что по своим свойствам эта кровь отличается от крови, притекающей к мозгу. Поступившая в центральную нервную систему артериальная кровь обогащается какими-то веществами, усиливающими деятельность сердца, повышающими кровяное давление, изменяющими состояние пищеварительного тракта, работу почек. Оказалось, что влияние оттекающей от мозга венозной крови на различные органы и физиологические системы зависит от функционального состояния центральной нервной системы.

В настоящее время физиологи и врачи-хирурги легко получают кровь, оттекающую от мозга. Ее можно брать и в опытах на животных, и при обследовании больных, страдающих теми или другими заболеваниями головного мозга. Сравнивая состав артериальной крови и крови, взятой из яремной вены, судят о биохимических процессах, совершающихся в мозге. Этим путем удается выявить как образование в нервной ткани специфических метаболитов, так и проследить процесс их инактивации не только в целом мозге, но и в его отдельных участках.

Мысль о том, что мозг является своеобразным эндокринным органом, высказала Л. С. Штерн еще много лет назад. «Таким образом, — писала она, — мозг, помимо своей специфической функции как центр и источник нервных импульсов, регулирующих активность отдельных органов и систем, принимает участие, наравне с другими органами, своими метаболитами в регуляции и координации функций организма. В этом отношении никакой принципиальной разницы между нервной системой и другими системами не существует. Как и всякий другой орган, мозг (головной и спинной) выделяет продукты своего метаболизма в окружающую его жидкость и оттуда в оттекающую от него кровь»[26].

Мысль эта, высказанная в тридцатых годах, казалась в то время не только антинаучной, но и противоречащей всем узаконенным представлениям о роли нервной системы в жизнедеятельности организма. Но в настоящее время представление об эндокринной функции мозга уже не вызывает каких-либо сомнений. Можно перечислить по крайней мере несколько десятков биологически активных веществ, обладающих всеми свойствами гормонов, поступающих в ток крови именно из мозга и имеющих особо важное значение для гуморально-гормональной регуляции физиологических процессов. Может быть, поэтому правильнее рассматривать мозг не как эндокринную, а как гуморально-гормональную систему организма человека и животных.

Предполагалось, что в нервную ткань мозга как бы вкраплены железистые клетки, вырабатывающие гормоны мозга. Однако работами последних лет установлено, что биологической активностью обладают не только продукты, выделяемые нейросекреторными клетками, но и метаболиты нейронов, глиозных элементов, расположенные в самых различных областях мозга человека и животных.

Проблема эндокринных функций мозга получила широкое признание после блестящих работ Г. Харриса, X. Костерлица, Дж. Хьюза, Ф. Гиллемина, Э. Шелли и др. исследователей, открывших и расшифровавших химическое строение многих гормонов мозга полипептидной (т. е. состоящей из цепи аминокислотных остатков) природы, обладающих как местным, внутримозговым, так и общим действием на целостный организм.

Значение эндокринной секреции мозга в регуляции деятельности организма — факт общепризнанный, подтвержденный присуждением Нобелевской премии по медицине за работы в этой области. Высшей научной награды 1977 г. удостоились Р. Гиллемин и Э. Шелли за изучение пептидов гипоталамуса и раскрытие их химического строения, а также Розалин Ялоу — за расшифровку молекулярных форм белковых гормонов. В настоящее время, по данным И. П. Ашмарина, число известных пептидных гормонов мозга превышает 50, причем наибольшее количество их обнаружено в гипоталамусе.

Два давно известных и хорошо изученных гормона гипоталамуса — вазопрессин (он же антидиуретический гормон) и окситоцнн поступают в цереброспинальную жидкость и кровь, осуществляя контроль над деятельностью середечно-сосудистой системы, почек, матки, грудных желез. Диапазон действия этих гормонов довольно широк, имеются даже указания, что вазопрессин играет какую-то роль в физиологии памяти.

Г. Харрис и Э. Шелли, а вслед за ними многие исследователи шестидесятых годов выделили из гипоталамуса ряд биологически активных веществ, регулирующих образование гормонов гипофизом. С тех пор в результате многочисленных экспериментальных работ составлена подробная классификация гормонов гипоталамуса. В основном они распадаются на две большие группы: либеринов, освобождающих гормоны гипофиза, и статинов, препятствующих их освобождению. Через стадию образования в гипофизе тройных гормонов либерины участвуют в гуморально-гормональной регуляции деятельности почти всех желез внутренней секреции.

Химический состав либеринов и статинов хорошо изучен. Известна и химическая структура некоторых из них. Р. Гиллемину удалось синтезировать тиролиберин — пептид, способствующий освобождению и поступлению в кровь тиреотропного гормона, стимулирующего, в свою очередь, образование гормонов щитовидной железы. Сложность и необычайная трудоемкость исследований подобного рода чрезвычайно велика. Достаточно сказать, что из 300000 овечьих гипоталамусов за семь лет упорного труда получен 1 мг чистого тиролиберина с активностью 57000 ед., который и был использован для выяснения его химической структуры.

Необходимо отметить, что тиролиберин и соматостатин отнюдь не ограничивают свою деятельность границами гипофиза. Они оказывают выраженное влияние на состояние всего мозга, подавляя активность нейронов коры больших полушарий, мозжечка и самого гипоталамуса. При введении в боковые желудочки мозга, т. е. в цереброспинальную жидкость, некоторые либерины и статины вызывают изменение поведения экспериментальных животных. Возможно, что их удастся в обозримом будущем использовать при лечении заболеваний центральной нервной системы.

В последние годы изучение эндокринной системы мозга обогатилось серией блистательных открытий. Биохимики университета в Эбердине Дж. Хьюз и Г. Костерлиц выделили из мозга свиньи особые противоболевые химические соединения, получившие в 1975 г. по предложению Э. Симона общее название эндорфинов. Существование в организме противоболевых систем, препятствующих возникновению боли, стало известным еще в шестидесятых годах (подробнее см. гл. 11), но новостью оказалась гуморально-гормональная регуляция этих систем. Было установлено, что некоторые нейроны мозга и секреторные клетки гипофиза реагируют на действие морфина, благодаря наличию в них специальных рецептивных белков — опиоидных рецепторов. Именно этим обусловлено мощное противоболевое действие морфина. Отсюда был сделан вывод. Если существуют рецепторы, воспринимающие поступление во внутреннюю среду фармакологического противоболевого препарата, следовательно, в организме должны вырабатываться эндогенные химические соединения морфиноподобного действия. Такие соединения (в научной терминологии — лиганды), связывающиеся с опиоидными рецепторами, и были вскоре обнаружены. Отсюда и их название — эндорфины (эндогенные морфины), составившие целый класс опиоидных гормонов.

Открытие эндорфинов положило начало изучению многочисленных нейрогормонов различного состава и физиологического назначения. К эндорфинам относятся противоболевые олигопептиды (пептиды с короткой цепочкой аминокислот), известные под названием энкефалинов. Установлено, что все противоболевые пептиды имеют своего «прародителя» — бета-липотропин, полипептид, молекула которого состоит из 91 аминокислотного остатка. Он вырабатывается в гипоталамусе и гипофизе и последовательность расположения в нем аминокислот хорошо изучена. Каждая аминокислота имеет свое местоположение и свой номер. Осколок бета-липотропина (цепочка аминокислот, расположенных под номерами 61—65) образует пента-(пятичленный) пептид энкефалин. Известны мет-энкефалин, содержащий метионин, и лей-энкефалин, в состав которого входит лейцин.

Цепочка из 31 аминокислоты (61—91), отколовшаяся от бета-липотропина, образует наиболее активный по своему физиологическому действию бета-эндорфин. Выделены также альфа- и гамма-эндорфины с меньшим числом аминокислот и более слабым влиянием на болевую чувствительность. Эндорфины широко представлены в различных отделах головного мозга. Топография их детально изучена. Особенно много их в полосатом теле и гипоталамусе, меньше в коре и почти нет в мозжечке. Эндорфины с длинной цепью аминокислот содержатся преимущественно в гипофизе, с короткой цепью в мозге, что и естественно, поскольку противоболевые системы расположены в нервной ткани. Однако энкефалины обнаружены также в ткани некоторых внутренних органов, например, они выделены в значительном количестве из подвздошной кишки морской свинки.

Первоначальное представление, что эндорфины являются только лигандами опиоидных рецепторов, оказалось неточным. По-видимому, они играют важную роль в деятельности мозга, принимают участие в обмене метаболитов, медиаторов, таких, как норадреналин, ацетилхолин, гистамин, серотонин. Имеются указания, что эндорфины регулируют поведение человека и животных. При введении в желудочки мозга энкефалины вызывают у экспериментальных животных необычайную агрессивность, изменяют их поведение, меняют взаимоотношения между отдельными особями внутри вида. Тот факт, что эндорфины и энкефалины обнаруживаются не только в ткани мозга, но в крови и цереброспинальной жидкости, свидетельствует о более широком, чем предполагалось раньше, действии этих гормонов на различные функции организма. Влияние нейропептидов на сердечно-сосудистую систему было показано советским ученым А. А. Галояном еще в 1961 г. Он выделил из гипоталамуса два коронарорасширяющих вещества. В литературе последних лет высказывается предположение, что нейропептиды являются широко распространенными специфическими соединениями, используемыми организмом для межклеточной сигнализации. Описаны пептиды сна, усиливающие одни его фазы и ослабляющие другие, пептиды памяти, узнавания, привыкания и т. д. Широко распространено мнение, что существуют специальные пептидергические синапсы, медиатором которых служит тот или другой нейропептид, например вещество Р. Исследования в этой области далеко не закончены, но уже сегодня можно утверждать, что учение о физиологически активных пептидах представляет одну из интереснейших глав естествознания, а может быть, и медицины.

Совсем недавно удалось получить ряд синтетических препаратов-энкефалинов, влияние которых на физиологические и биохимические процессы отличается более высокой эффективностью, чем действие пептидов, вырабатываемых организмом.

Открытие нейропептидов — один из этапов на пути расшифровки эндокринной функции мозга. Эта сторона деятельности центральной нервной системы вышла из стадии предположений. Она превратилась в стремительно развивающийся раздел науки, имеющий не только теоретическое, но и огромное практическое значение.

Глава VIII. Внутренняя среда центральной нервной системы

Гематоэнцефалический барьер

Для центральной нервной системы постоянство внутренней среды имеет особо важное значение. Нервные клетки, больше, чем клетки других органов, чувствительны к изменениям в составе и свойствах среды, в которой они живут и функционируют. Не случайно природа надежно запрятала головной и спинной мозг в прочный костный футляр и построила сложнейший по своему анатомическому строению защитный механизм для того, чтобы они не подвергались каким-либо неожиданным атакам извне или изнутри. А состав и свойства микросреды отдельных элементов центральной нервной системы регулируются особым защитным приспособлением — гематоэнцефалическим барьером. Со всех сторон мозг окружает цереброспинальная жидкость, состояние которой отличается поразительной устойчивостью и почти не изменяется даже при сравнительно глубоких сдвигах в химизме крови.

«Химические и физические процессы, — говорит английский физиолог Дж. Баркрофт, — связанные с психической деятельностью, столь деликатны по своему характеру, что рядом с ними изменения, измеряемые термометром или водородным электродом, представляются огромными, катастрофическими. Процессы (вероятно, ритмические) столь деликатные, конечно, требуют для своего упорядоченного развития чрезвычайного постоянства среды, в которой они происходят. Как часто я наблюдал на поверхности тихого озера зыбь, образующуюся вслед за плывущей лодкой, следил за правильностью ее образования и любовался узорами, возникающими при встрече двух таких систем зыби. Но для этого озеро должно быть совершенно спокойно, точно так же, как атмосфера должна быть свободна от атмосферных явлений, когда вы наслаждаетесь тонкой передачей симфонии. Предполагать высокое интеллектуальное развитие в среде, свойства которой не стабилизированы, — это значит искать музыку в треске плохой радиопередачи или зыбь от лодки на поверхности бурного Атлантического океана... Постепенно, веками, постоянство внутренней среды регулировалось со все возрастающей точностью до тех пор, пока в конце концов эта регуляция достигла степени совершенства, при которой смогли развиться человеческие способности, и человек смог познавать мир вокруг себя в терминах абстрактного знания.

Каждое столетие, а теперь каждое десятилетие все увеличивается противоречие между полной ничтожностью человека как частицей материальной вселенной и поразительным превосходством, которого достиг его интеллект в понимании вселенной, в которой он живет.

Постоянство внутренней среды, — утверждает Дж. Баркрофт, — является условием или по меньшей мере одним из условий превосходства интеллекта человека над материальными силами природы. А внешним выражением или, быть может, формулой этого превосходства служит мысль Клода Бернара: „Постоянство внутренней среды — залог свободной жизни“»[27].

Гематоэнцефалический барьер не только сохраняет внутреннюю среду мозга от всевозможных колебаний и изменений. Он принимает активное участие в питании головного и спинного мозга и обеспечивает поступление в центральную нервную систему питательных веществ в том количестве, которое необходимо для ее нормальной жизнедеятельности. Надо полагать, что это основная, ведущая роль гематоэнцефалического барьера. Регулируя состав и свойства внутренней среды мозга, барьер защищает его от чужеродных и вредных веществ. А защищая мозг от всяких «химических» случайностей и неожиданностей, барьер регулирует постоянство его внутренней среды.

Одновременно наряду с быстрой «телеграфной» передачей от рецепторов по нервам в центральную нервную систему идут более медленные донесения по сосудам о химическом составе крови, о повышении или снижении содержания в ней продуктов обмена биологически активных веществ (метаболитов, гормонов, электролитов), о появлении угрожающих здоровью и жизни химических соединений, об опасности, о раздражении, о повреждении. Физиологическая информация поступает в мозг не только по нервным путям. Через гематоэнцефалический барьер информация приходит в мозг из общей внутренней среды организма.

Еще в 1885 г. выдающийся немецкий микробиолог Пауль Эрлих установил, что некоторым красящим веществам, введенным в кровь, путь в мозг закрыт. Но лишь во втором десятилетии нашего века Гольдман поставил опыт, блестяще подтвердивший наблюдения Эрлиха. Он ввел белому кролику в вену полуколлоидную синюю краску, трипановый синий. На вскрытии оказалось, что весь организм животного целиком пропитан краской. Трипановый синий проник во все органы — в мышцы, печень, легкие, почки, кишки. Одни ткани содержали больше краски, другие — меньше, но краска не проникла в мозг животного.

На своем пути она встретила преграду, препятствие, которое помешало ей попасть в нервные клетки или в жидкость, омывающую головной и спинной мозг, хорошо известную и врачам, и больным, — цереброспинальную жидкость.

Многие исследователи в разных лабораториях проверяли этот классический опыт. Но все это были отдельные наблюдения. Теорию гематоэнцефалического барьера создала Л. С. Штерн. В течение всей жизни она со своими учениками и сотрудниками разрабатывала эту проблему. Вместо трипанового синего животным вводили разнообразные вещества — краски, соли, лекарства, гормоны, яды. В последние годы стали вводить радиоактивные изотопы.

В настоящее время установлено, что одни вещества свободно переходят из крови в центральную нервную систему, другие почти полностью задерживаются барьером, третьи проникают в минимальных количествах и могут быть открыты в мозгу и цереброспинальной жидкости лишь в виде следов.

Гематоэнцефалический барьер защищает центральную нервную систему от всевозможных чужеродных, ядовитых веществ, проникших в кровь и способных повредить, отравить, разрушить необычайно чувствительные нервные клетки головного и спинного мозга. Барьер как бы стоит на страже мозга, не пропуская из крови различные яды, которые могут оказаться для него смертельными. Такие яды нередко появляются в организме при многих заболеваниях или случайно попадают в ток крови, например, при отравлениях.

Конечно, наивно думать, что гематоэнцефалический барьер, как и все гистогематические барьеры, является непреодолимой преградой, плотно закрытой бронированной дверью, отделяющей центральную нервную систему от общей внутренней среды. Непроницаемость его относительная и зависит в значительной степени от количества и концентрации находящихся в крови веществ, от состояния организма, от внешних воздействий и ряда других причин, обусловленных раздражениями, поступающими из внешней или внутренней среды. В каких-то незначительных количествах все введенные в кровь вещества проникают в центральную нервную систему и могут быть обнаружены с помощью чувствительных методов исследования.

Обширный экспериментальный материал, накопленный в лабораториях и клиниках разных стран, показывает, что гематоэнцефалический барьер имеет первостепенное значение для всей деятельности головного и спинного мозга. Даже незначительные изменения в составе окружающей мозг цереброспинальной жидкости или небольшие колебания в поступлении кислорода или питательных веществ к клеткам мозга оказывают подчас решающее влияние на их состояние.

Барьер как бы оберегает мозг человека и животных от всевозможных случайностей, создает для нервных клеток постоянные и неизменяющиеся условия, не пропускает в нервную систему различные яды, которые могут оказаться для нее губительными. Если бы в животном организме не было гематоэнцефалического барьера, центральная нервная система стала бы игрушкой неожиданных и случайных изменений в ее внутренней среде. Из сложного комплекса защитных сил организма выпало бы важнейшее звено. Ядовитые продукты, образовавшиеся в процессе обмена веществ и почему-либо необезвреженные организмом, беспрепятственно проникали бы в мозг и отравляли его клетки. Центральная нервная система была бы легко доступна для бактерий и их токсинов, а также для всех других чужеродных веществ, тем или иным путем попавших в организм.

Точная и бесперебойная работа нейронов, умственная деятельность, психика, настроение, здоровье и болезнь нередко зависят от функционального состояния гематоэнцефалического барьера.

Способность барьера избирательно пропускать в центральную нервную систему одни вещества и задерживать другие, совершенно поразительная его приспособляемость к требованиям нервных клеток, тончайшее регулирование состава и свойств внутренней среды мозга имеют огромное значение не только для мозга, но и для всего организма.

И здесь возникает вопрос, наиболее сложный и наиболее спорный во всей проблеме внутренней среды организма. Что считать непосредственной питательной средой центральной нервной системы?

До конца своей жизни Л. С. Штерн была убеждена, что питание мозга осуществляется через цереброспинальную жидкость. В эту жидкость, считала она, погружены нервные клетки головного и спинного мозга; из нее они черпают необходимые для их жизнедеятельности вещества, ей они отдают продукты своего обмена. Цереброспинальная жидкость, прозрачная, бесцветная, как дистиллированная вода, окружает всю центральную нервную систему, глубоко проникая в ее толщу, пронизывая ее насквозь. Каждая клетка мозга как бы купается в этой питательной среде и находит в ней все необходимое для жизни и развития. Исходя из этих представлений, Л. С. Штерн понимала под цереброспинальной жидкостью (ликвором) всю жидкую массу, заполняющую не только желудочки мозга и расположенные под паутинной оболочкой области, но и все внеклеточные пространства мозга. По представлениям сторонников так называемой нутритивной (питательной) теории, цереброспинальная жидкость идентична тканевой жидкости других органов. Сдвиги в составе цереброспинальной жидкости отражают колебания, возникающие в ткани мозга. Эта схема, созданная в первые десятилетия XX века, имеет в наши дни лишь историческое значение. Нельзя забывать, что тогда, когда она создавалась, не было электронного микроскопа, не существовало методов электроэнцефалографии, радиоизотопной индикации, отведения биопотенциалов от отдельных нервных клеток, спектро-флуорометрии и многих других методов тонкого физиологического и биохимического анализа.

С одной стороны, исследования, выполненные с помощью электронного микроскопа, показали как будто, что в мозгу практически отсутствуют внеклеточные пространства, хотя и существуют внесосудистые, но, с другой — физиологические данные, полученные методом радиоизотопной индикации (определением Na^24, Cl^38, S^35), позволили выявить в ткани мозга натриевые, хлоридные, серные, инулиновые и иные заполненные внеклеточной жидкостью области. Большинство исследователей приходят к выводу, что истинное межклеточное пространство занимает в центральной нервной системе 9—12% ее объема, а по последним данным, даже 15—20%. Имеются указания, что обработка препаратов мозга для электронной микроскопии приводит к сморщиванию тканей и исчезновению межклеточных щелей.

Казалось бы, отпал наиболее весомый аргумент против нутритивной теории. Но возникло еще одно серьезное возражение. Буквально во всех монографиях, посвященных цереброспинальной жидкости, написано, что она не проникает в толщу мозга. Ликвор не просачивается «сквозь» его ткань, не связан с внеклеточными пространствами, если они и существуют, и введенные в желудочки мозга или ликворные резервуары вещества не доходят до нервных клеток, расположенных глубже чем на 2—3 мм от поверхности мозга. Принято считать, что существует еще один барьер — между цереброспинальной жидкостью и мозгом (так называемый ликвороцеребральный барьер). Но вот совсем недавно советский ученый В. А. Отеллин, изучая ультратонкую организацию участков соприкосновения цереброспинальной жидкости с тканью головного мозга, пришел к выводу, что на дне микроборозд мозга имеются воронкообразные расширения, открывающиеся в межклеточные промежутки. Таким образом, если нутритивная теория в ее «чистом», первозданном виде и требует пересмотра, ликвор нельзя, как это полагают некоторые ликворологи, считать «водяной подушкой» центральной нервной системы. Вероятнее всего, через ликвор осуществляется дополнительное питание нейронов, через ликвор нервные клетки как бы «переговариваются» друг с другом.

И экспериментаторам и врачам-невропатологам хорошо известно, что при изменении состава цереброспинальной жидкости изменяются реактивность и возбудимость соприкасающихся с ней нервных клеток. Цереброспинальная жидкость влияет на их физиологическое состояние, активность и деятельность.

Несомненный интерес представляют в этом отношении сдвиги в содержании ионов калия и кальция. Обычно калия в цереброспинальной жидкости больше, чем кальция, и соотношение этих веществ равно 1,8 или 2,0 к одному. Но при различных воздействиях на организм коэффициент калий/кальций изменяется. Иногда он повышается до 2,5—3,0, иногда падает до 1,0 и ниже. В большинстве случаев при увеличении этого соотношения, т. е. при накоплении калия и снижении кальция, возбудимость нервных центров повышается; при уменьшении — снижается. Так, например, у подопытного животного, которое находится под наркозом (эфирным, морфинным, хлорофорным), в цереброспинальной жидкости нарастает содержание кальция и падает уровень калия. Соотношение калий/кальций снижается нередко до единицы и ниже.

Однажды нами был поставлен такой опыт. В течение нескольких дней собака голодала. Она получала только воду. В первые дни ярости животного не было предела. Оно требовало пищи, пыталось перегрызть цепь, бросалось на экспериментатора. Возбудимость его нервной системы резко увеличилась. При этом соотношение калий/кальций в цереброспинальной жидкости превышало 2,0. Но постепенно собака успокоилась, она ослабела, потребность в пище, по-видимому, снизилась. Возбудимость клеток ее головного мозга упала и вскоре содержание калия в ней снизилось. Соотношение калий/кальций, стало равным единице.

Тогда перед собакой положили кусок мяса. Но каждый раз, когда она пыталась его схватить, ее оттягивали назад, не позволяли коснуться пищи. Животное снова пришло в ярость. И тотчас же в цереброспинальной жидкости повысилось содержание калия, а коэффициент калий/кальций поднялся до 2,0.

Приведем еще один пример. Речь идет о состоянии гематоэнцефалического барьера при длительном лишении сна. Многочисленные теории сна, начиная с древнейших времен, основаны в значительной своей части на явлениях, которые отличают состояние сна от состояния бодрствования. Проблема сна широко разрабатывается во всех странах мира, ей посвящена огромная литература, и мы коснемся только одной, хотя и не самой важной стороны вопроса. В свое время Л. С. Штерн высказала предположение, что гематоэнцефалический барьер играет существенную роль в механизмах, регулирующих смену сна и бодрствования.

Если существует определенная зависимость между составом цереброспинальной жидкости и деятельностью головного мозга, если состав этой жидкости зависит от состояния гематоэнцефалического барьера, то не связан ли переход от бодрствования ко сну от ритмических, обусловленных сотнями миллионов лет эволюционного развития изменений проницаемости гематоэнцефалического барьера?

Изменяются ли при бессоннице и во время сна физико-химические и биологические свойства цереброспинальной жидкости? Пропускает ли гематоэнцефалический барьер в нее различные вещества, способные вызвать сон или продлить бодрствование?

В течение многих месяцев в институте физиологии Академии наук СССР изучалось состояние гематоэнцефалического барьера при длительной бессоннице, при прерывистом (фракционном) сне, во время глубокого сна, в период бодрствования и тотчас же после засыпания. Нескольким собакам не давали засыпать в течение двух недель. Через каждые три-четыре дня у них исследовалось состояние гематоэнцефалического барьера, изучался состав крови и цереброспинальной жидкости. И во всех случаях было обнаружено резкое изменение состава цереброспинальной жидкости. Содержание сахара, азота, симпато- и парасимпатомиметических веществ было иное, чем в норме. Уменьшалось, как правило, содержание калия, неуклонно нарастал уровень кальция. Коэффициент калий/кальций снижался с 2,0 до 1,0 и даже до 0,8.

Еще более резко изменялась защитная функция барьера. Во время длительной бессонницы барьер переставал охранять мозг, он становился проницаемым для многих токсических веществ, которым в условиях физиологической нормы путь в центральную нервную систему был закрыт.

Но достаточно было нескольких часов сна — и все эти явления бесследно исчезали. Гематоэнцефалический барьер восстанавливал свою функцию, состав цереброспинальной жидкости возвращался к норме, соотношение калий/кальций снова повышалось до 2,0.

Когда опыт на собаках был закончен, четыре сотрудника института физиологии выразили желание поставить аналогичное исследование на себе. Трое суток они не спали, мужественно преодолевая потребность в сне. Это была трудная борьба, но они ее выдержали. У них тоже исследовался состав цереброспинальной жидкости до лишения сна и по окончании эксперимента. Оказалось, что изменения гематоэнцефалического барьера у человека ничем не отличаются от изменений его у собаки.

Конечно, вряд ли смена сна и бодрствования обусловлена состоянием гематоэнцефалического барьера, но не исключено, что его проницаемость в какой-то мере принимает участие в этом процессе.

Подобных примеров, иллюстрирующих зависимость между составом цереброспинальной жидкости и состоянием центральной нервной системы, можно привести немало.

Как часто наши настроения, самочувствие, бодрость зависят от состава цереброспинальной жидкости, химизма различных участков головного мозга, чувствительности хеморецепторов, их питания, снабжения кислородом, поступления питательных веществ, т. е. в значительной степени от состояния гематоэнцефалического барьера. И в то же время как часто мы не понимаем причины нашей ничем не оправданной депрессии или ничем необъяснимого возбуждения. Быть может под влиянием внешних воздействий или сдвигов во внутренней среде изменилась проницаемость барьера и мозг отравляется проникшими в него метаболитами или продуктами собственного обмена веществ, которые почему-либо не выводятся своевременно из цереброспинальной жидкости в кровь, как это имеет место у всех здоровых людей. Состав, физико-химические и биологические свойства цереброспинальной жидкости далеко не безразличны для соприкасающихся с нею элементов центральной нервной системы. Как непосредственно, так и рефлекторно через многочисленные хеморецепторы, заложенные в оболочках и сосудах мозга, в поверхностных слоях его вещества цереброспинальная жидкость оказывает мощное влияние на состояние и реактивность нервных центров. Биохимические и физиологические процессы в центральной нервной системе зависят во многом от колебаний и сдвигов (даже самых незначительных) в омывающей ее жидкости. Если даже цереброспинальная жидкость и не является аналогом межклеточной жидкости других органов, все же она отражает и в очень значительной степени определяет состояние и деятельность мозга.

* * *

Почти в течение целого столетия, начиная с наблюдений Эрлиха, перед исследователями стоял и стоит вопрос о механизмах перехода веществ из крови в центральную нервную систему. До сих пор остается загадкой, почему одни вещества легко проникают в головной и спинной мозг, в то время как другие, подчас близкие к ним по химическому строению и биологическим свойствам, задерживаются, встречая на пути трудно преодолимую преграду. Высказывалось предположение, что здесь действует некий закон целесообразности, что существуют физиологически адекватные вещества, без которых нервные клетки не могут обойтись, и поэтому для них барьер проницаем и существуют физиологически неадекватные вещества, задерживаемые «у входа» в центральную нервную систему.

Все попытки составить рациональную классификацию проникающих и непроникающих в мозг из крови органических и неорганических соединений неизбежно кончались неудачей. Можно перечислить десятки совершенно необходимых нервным центрам веществ, путь которым через гематоэнцефалический барьер закрыт, и столько же балластных и даже вредных, легко проникающих в мозг. Чем обусловлена эта избирательная проницаемость, какие законы ею управляют? Что это, случайность или закономерность?

На эти вопросы в настоящее время нет точного ответа. Можно предполагать, можно строить теории, подтверждающиеся в одних случаях и не оправдывающие себя в других, можно и гадать, но исчерпывающий, экспериментально проверенный, всеми признанный ответ до сих пор отсутствует. Если еще можно понять, почему гематоэнцефалический барьер задерживает такие чужеродные вещества, как витальные краски — трипановый синий или нейтральный красный, препараты мышьяка или висмута, то трудно объяснить, какие механизмы задерживают антитела, антибиотики или с большим трудом пропускают из крови в мозг глюкозу, аминокислоты, некоторые метаболиты, гормоны, электролиты.

Огромный экспериментальный материал, накопленный за годы изучения гематоэнцефалического барьера, содержит еще много неясного, спорного, нерасшифрованного. Ни одна теория, будь то мембранная, липидная, коллоидно-химическая, ультрафильтрационная, абсорбционная и т. д. и т. д., не в состоянии полностью раскрыть законы, регулирующие переход различных веществ из крови в цереброспинальную жидкость или вещество мозга. Одни исследователи утверждают, что на распределение введенных в ток крови веществ влияет особое сродство (аффинитет) к ним некоторых тканей и клеток. Высказывалось соображение, что в принципе все вещества могут проникнуть в центральную нервную систему, но быстро в ней разрушаются и поэтому не обнаруживаются. Впрочем, эта теория просуществовала недолго. Составлялись схемы и таблицы, основанные на законах физики и химии, изучив которые можно было с большей или меньшей уверенностью предсказать, поступит ли данное вещество в мозг. Однако выяснилось, что ни физическими, ни химическими, ни морфологическими концепциями механизмы, регулирующие состояние гематоэнцефалического барьера, не решаются.

Как и положено, наиболее решительными оказались морфологи. Они пришли к выводу, что между строением гематоэнцефалического барьера и структурой других гистогематических барьеров имеются различия и при тщательном электронно-микроскопическом исследовании они без труда обнаруживаются. Оказалось, что эндотелиальные клетки мозговых капилляров не имеют ни пор, ни окошечек. Отдельные клетки накладываются друг на друга подобно черепицам и места стыковок прикрыты особыми замыкательными пластинками. Строение самих эндотелиальных клеток также отличается некоторыми особенностями. В них очень мало микропиноцитарных пузырьков. Под эндотелиальными клетками лежит прочная трехслойная базальная мембрана со слоем гликокаликса, а число перицитов меньше, чем в капиллярах других органов. Таким образом, стенка мозгового капилляра представляет «добротную» линию обороны. С физико-химических позиций она является полупроницаемой мембраной, к которой в той или иной степени приложимы законы равновесия Доннана, пассивного или активного транспорта.

Для клиницистов же гематоэнцефалический барьер — нежелательное препятствие, осложняющее и нередко исключающее терапевтическое вмешательство в патологию центральной нервной системы. Но все это только перечисление фактов и наблюдений, отдельные аспекты, частичные стороны вопроса. Всеобъемлющего решения проблемы гематоэнцефалического барьера пока нет. В какой-то степени правы и неправы в своих наблюдениях и предположениях представители разных специальностей, каждого раздела биологических или медицинских наук.

Анализ неисчерпаемой литературы по вопросу о взаимоотношении общей внутренней среды — крови с непосредственной средой центральной нервной системы говорит о том, что гематоэнцефалический барьер является понятием интегративным и прежде всего физиологическим. Анатомические элементы, составляющие барьер, регулируют обмен между кровью и мозгом, используя при этом все возможности физиологических, физических и химических механизмов. То, что было сказано о гистогематических барьерах, относится и к барьеру гематоэнцефалическому. Несколько расширенная и дополненная нами формулировка Херлин полностью укладывается в современные представления о гематоэнцефалическом барьере. Это и барьер, и мост, и путепровод, соединяющий кровь с внутренней средой головного и спинного мозга.

Барьер защищает центральную нервную систему от чужеродных веществ, случайно попавших в организм или образовавшихся в нем в процессе метаболизма. Чужеродными могут оказаться и действительно ядовитые химические соединения, способные нарушить деятельность мозга, и жизненно необходимые лекарственные препараты, предназначенные для подавления инфекции или нейтрализации токсинов. Это и есть защитная функция барьера. Функция постоянно существующая, но проявляющаяся только тогда, когда возникает необходимость в защите. Подобно часовому, который, охраняя военный объект, обязан закрыть к нему доступ и врагу, и другу, гематоэнцефалический барьер задерживает подавляющее число веществ, способных принести вред (а иногда и пользу!) центральной нервной системе. Основная же его роль — регулирующая, направленная на сохранение постоянства внутренней среды головного и спинного мозга. Регулируя, барьер защищает, а защищая, регулирует жизнедеятельность головного и спинного мозга.

* * *

Сифилис мозга, прогрессивный паралич, инфекционные и вирусные энцефалиты, менингиты, столбняк, кто не слышал об этих заболеваниях центральной нервной системы?

Бледная спирохета, возбудитель сифилиса, проникла в мозг и все, чем гордится наука, все, что было создано десятилетиями упорного труда многих тысяч ученых, не в силах подчас справиться с патологическим процессом, поразившим клетки нервной системы.

Весь арсенал противосифилитических средств не проникает сквозь барьер. Как часто медицина беспомощна в борьбе с этими заболеваниями и остается бессильной, если не найдена возможность нарушить препятствие, закрывающее вход в центральную нервную систему!

Много лет тому назад венский психиатр Вагнер фон Яурегг предложил лечить прогрессивный паралич прививками малярии. Больных, страдающих тяжелыми формами этой болезни, он заражал малярией или возвратным тифом. И состояние их, как правило, улучшалось, наступала ремиссия. Они становились работоспособными и на долгое время возвращались к жизни, к привычным занятиям, к друзьям, к семье.

Потом, в дальнейшем, гораздо позже выяснилось, что малярия влияет на проницаемость гематоэнцефалического барьера и лекарственные вещества начинают проникать в мозг, в котором, как бы «окопалась» бледная спирохета — возбудитель болезни... Но лечение никогда не было полным и никогда не удавалось уничтожить спирохеты, засевшие в мозгу. Гематоэнцефалический барьер лишь приоткрывается, но никогда двери в центральную нервную систему не раскрывались настежь.

Еще больший интерес представляет столбняк, это тяжелое инфекционное заболевание, поражающее центральную нервную систему. С тех пор как была изготовлена противостолбнячная сыворотка, число заболеваний столбняком резко снизилось. Эта сыворотка, своевременно введенная при ушибах, ранениях, предохраняет от заболевания, а во многих случаях и излечивает его, если болезнь распознана и лечение сывороткой начато в самых ранних стадиях болезни. Однако, несмотря на профилактическое применение сыворотки, до сих пор угроза столбнячной инфекции не изжита.

Если же столбняк уже развился, если токсин проник в нервную систему и зафиксирован нервными клетками, сыворотка, введенная в кровь, даже в огромных количествах, не спасет больного. Она не доходит до пораженных столбнячным токсином нервных клеток. Вновь и вновь на пути ее становится гематоэнцефалический барьер, и человек, заразившийся столбняком, может погибнуть, несмотря на то что организм его переполнен антителами, способными обезвредить с избытком весь токсин, накопившийся в нервных клетках.

Но столбнячный яд находится по одну сторону барьера, а противоядие — по другую.

В своих исследованиях мы вливали в кровь собаки или лошади огромное количество противостолбнячной сыворотки, но это не спасало животное от гибели, если в цереброспинальную жидкость вводилась небольшая доза столбнячного токсина. Токсин и антитоксин были разделены гематоэнцефалическим барьером.

Не менее важна и другая функция гематоэнцефалического барьера — очищение внутренней среды мозга от продуктов обмена нервных клеток, т. е. регулирование перехода их в кровь.

Различные вещества как свойственные организму, так и чужеродные, введенные в ликворные пространства, переходят в кровь с различной скоростью, одни быстрее, другие медленнее. При возбуждении центральной нервной системы этот переход ускоряется, при угнетении — замедляется. Как и все другие гистогематические барьеры, барьер между кровью и мозгом действует в двух направлениях: кровь→мозг и мозг→кровь. И, быть может, многие заболевания центральной нервной системы возникают вследствие нарушения «обратной» проницаемости гематоэнцефалического барьера, который начинает задерживать в мозгу накопившиеся в нем продукты клеточного метаболизма или проникшие из крови и задержавшиеся в мозгу ядовитые вещества.

Работы последних лет, в том числе и наши исследования, показали, что гематоэнцефалический барьер не является единым образованием. Скорее он напоминает мозаику из множества взаимосвязанных барьерных механизмов, регулирующих обмен и питание нервных клеток, их ансамблей и отдельных мозговых центров. Представление о множественности барьерных механизмов, или более точно, о системе мозговых барьеров, функционирующих в зависимости от химизма и потребностей определенных нервных образований, получило широкое распространение в литературе, посвященной гематоэнцефалическому барьеру. Вначале речь шла о самостоятельных барьерах между кровью и цереброспинальной жидкостью (гематоликворный барьер), кровью и мозгом (гематоцеребральный барьер), цереброспинальной жидкостью и мозгом (ликвороцеребральный барьер) и т. д. Однако в настоящее время установлено, что различные вещества по-разному проникают из крови в те или другие участки мозга. Примером могут служить данные (рис. 12) из работы советского ученого М. Майзелиса.

Рис. 12. Распределение радиоактивных элементов I^131, Sr^85, Br^32, Ca^45, P^32 в различных отделах мозга.

1 — кора головного мозга; 2 — оболочки; 3 — белое вещество; 4 — аммонов рог; 5 — гипоталамус; 6 — варолиев мост; 7 — продолговатый мозг; 8 — мозжечок; 9 — подкорка; 10 — гомогенат мозга; 11 — гипофиз; 12 — камерная влага глаза.

Особый интерес представляет наличие в головном мозге «безбарьерных», вернее «внебарьерных», зон, в которые беспрепятственно проникают все введенные в кровь вещества, даже красители типа трипанового синего. К этим зонам относятся гипофиз и воронка, связывающая его с мозгом, небольшие участки ткани мозга, расположенные на дне четвертого желудочка на покрышке Сильвиева водопровода, соединяющего четвертый желудочек с третьим, и в некоторых других особо устроенных участках мозговой ткани. Известно также, что в гипоталамической области, высшем центре регуляции и координации нейрогуморально-гормональных процессов, проницаемость барьера выше, чем в других областях мозга. Так, например, катехоламины проникают из крови только в задний гипоталамус (до 2—3%). При попытке повысить проницаемость гематоэнцефалического барьера введением гипертонических растворов мочевины в сонную артерию поступление норадреналина несколько увеличивается (до 4—5%). Такая особенность имеет важное значение для функций, которые выполняют нервные клетки этой области головного мозга. Для точной и бесперебойной их деятельности необходимо, чтобы к ним своевременно поступала информация обо всех сдвигах во внутренней среде. Лишь при этом система обратной связи и сохранение гомеостаза могут действовать безупречно. Если вещества, содержащиеся в крови, задерживаются барьером, расположенным между кровью и гипоталамусом, реакция нервных клеток запаздывает или вовсе отсутствует. Вещества, беспрепятственно поступающие в не защищенные или менее защищенные барьером участки мозга из крови, позволяют им выполнять функции «триггерных» («пусковых») зон, принимать самостоятельное решение или своевременно сигнализировать в высшие регуляторные центры головного мозга о состоянии внутренней среды организма.

Итак, подведем итог. Гематоэнцефалический барьер активно отбирает из крови необходимые для питания центральной нервной системы вещества. Одновременно он регулирует выведение из внутренней среды мозга продуктов обмена и чужеродных химических соединений.

Путь к решению проблемы избирательности (селективности) гематоэнцефалического барьера лежит в разных планах. Один из них — изучение рефлекторных механизмов, заложенных в основе его деятельности. В структурах мозга, осуществляющих барьерные функции, имеется огромное число хемо-, баро- и осморецепторов, реагирующих на количественные и качественные изменения в составе и свойствах окружающей их микросреды. Они получают информацию о потребностях нервных клеток в энергетических ресурсах, о наличии или отсутствии необходимых для их жизнедеятельности питательных веществ, солях, ферментах, гормонах, витаминах. В ответ, по принципу обратной связи, возникает поток импульсов, которые регулируют проницаемость барьера и тем самым способствуют сохранению или нарушению состава и свойств микросреды нервных клеток и волокон.

При некоторых физиологических и патологических состояниях, сопровождающихся повышением проницаемости гематоэнцефалического барьера, в цереброспинальной жидкости накапливается значительное количество различных химических веществ, влияющих на состояние мозга. В свою очередь, возбужденные или заторможенные клетки центральной нервной системы выделяют в окружающую среду все новые и новые продукты своего обмена веществ (адренергические, холинергические, гистаминергические, серотонинергические соединения). Это способствует в одних случаях распространению возбуждения по всей нервной системе или по определенным ее отделам, в других случаях ее торможению.

Тесное взаимодействие между состоянием гематоэнцефалического барьера, трофикой, обменом и питанием мозга доказывает, что в основе его деятельности лежит принцип саморегулирования. Совершенно естественно, что барьер находится под контролем нервных и гуморальных механизмов, координирующих и коррелирующих функции и потребности центральной нервной системы. Вот почему поступление в мозг некоторых совершенно необходимых для его питания веществ, например, глюкозы, аминокислот, липидов, электролитов и т. д., как бы регламентировано, особенно в тех случаях, когда их содержание в крови выходит за пределы физиологической нормы.

Для центральной нервной системы одинаково опасен как недостаток питательных веществ, так и их избыток. Здесь принцип постоянства действует буквально с математической точностью.

Но существует еще один механизм, с помощью которого гематоэнцефалический барьер осуществляет свои защитные и регуляторные функции. Состояние гематоэнцефалического барьера, т. е. его активность и избирательная проницаемость, зависят от уровня обменных процессов, совершающихся не только в клетках и тканях мозга, но и в самих структурах барьера. Оно изменяется в зависимости от потребностей нервных элементов в питательных веществах.

Особо важное значение нейроглии для барьерных функций мозга известно давно. Около 85% поверхности мозговых капилляров покрыто отростками звездчатых клеток — астроцитов. Их присосковые ножки стягивают стенки капилляров и тем самым замедляют переход веществ из крови в ткань мозга. Одновременно они высасывают из капилляров необходимые питательные вещества, например глюкозу, и передают их нейронам (рис. 13). Не случайно их называют «клетками-кормилицами». В связи с этим возникло предположение, что вода и соли проходят сквозь клетки нейроглии, которые совершают при этом пульсирующие ритмические движения, облегчающие движение веществ из крови к нейронам.

Французский ученый Лабори описал метаболические функции гематоэнцефалического барьера. Оказалось, что элементы, образующие анатомическую основу барьерных механизмов центральной нервной системы, содержат наборы различных ферментов, способных разрушать и инактивировать некоторые вещества, содержащиеся в крови. Так, например, в нейроглии клетки типа А вырабатывают в основном ферменты, обеспечивающие преимущественно обмен пентоз, в то время как клетки типа В осуществляют свой обмен по трикарбоновому циклу, а клетки типа С содержат ферменты обоих видов. Астроциты, играющие наиболее важную роль в реализации барьерных функций, принадлежат к типу А, клетки особой ткани мозга олигодендроглии — к типу С. Нейроны, самые важные и незаменимые элементы центральной нервной системы, ориентируют свою метаболическую активность по трикарбоновому циклу и могут функционировать только благодаря снабжению со стороны нейроглии. Глия поставляет им гликоген и благодаря своей высокой восстановительной способности освобождает нейроны от окисленных продуктов обмена. При этом глия может менять окислительный потенциал отдельных входящих в ее состав элементов. Это вызывает изменение электрического заряда клеток, что приводит к повышению или снижению проницаемости гематоэнцефалического барьера. По-видимому, барьер становится менее проницаемым, если астроциты слабо поляризованы, т. е. окислительный потенциал их повышен.

Рис. 13. Схематическое изображение взаимоотношений между тканью мозга, цереброспинальной жидкостью и кровью.

Н — нейрон; А — астроцит; MB — миэлиновое нервное волокно; К — капилляр, Э — эпендима, слой эпителиальных клеток, выстилающих стенки желудочков мозга; ПМ — поверхность мозга. Стрелки обозначают движение цереброспинальной жидкости в ткань мозга (по В. А. Отеллину).

Многие исследователи высказывают предположение, что вещества, поступающие из крови в центральную нервную систему через структурные образования гематоэнцефалического барьера, подвергаются ферментативной перестройке. В одних случаях это может облегчить их переход в мозг, в других — затруднить, в третьих полностью разрушить или нейтрализовать их биологическую активность.

Однако природа изобретательна. Она нашла еще один путь (отступая от научной терминологии — путь «контрабанды») для проникновения веществ из крови в центральную нервную систему. В некоторых случаях лейкоциты крови, начиненные поглощенными ими бактериями (явление фагоцитоза) или химическими веществами, проникая сквозь щели эндотелия капилляров мозга в «забарьерную» зону, переносят инфекционное или ядовитое начало. Установлено, например, что большие подвижные клетки — гепариноциты, нагруженные гепарином, гистамином, серотонином и, возможно, другими биологически активными веществами, начинают при определенных обстоятельствах проникать в кору головного мозга. Перешагнув барьер, они освобождаются от «груза» и тем самым способствуют поступлению его во внутреннюю среду мозга.

* * *

Таким образом, гематоэнцефалический барьер — это очень тонко реагирующий физиологический механизм, состояние которого изменяется в зависимости от условий среды и потребностей центральной нервной системы. Проницаемость увеличивается при голодании и недостатке кислорода, под влиянием различных гормонов, при удалении некоторых желез внутренней секреции (щитовидной, гипофиза, поджелудочной), при повышении температуры тела до 41—42° или при снижении ее до 34—35°. Многие инфекционные заболевания, беременность, лактация, черепно-мозговая травма, облучение, наркоз могут изменить функции гематоэнцефалического барьера и облегчить поступление как чужеродных, так и свойственных организму веществ из крови в мозг.

Проницаемость гематоэнцефалического барьера меняется в различные периоды жизни человека и животных. Она очень высока у новорожденных и в первые недели и месяцы жизни и заметно снижается к старости. У животных, рождающихся с закрытыми глазами (крольчата, щенята, котята), почти все вещества, введенные в кровь, проникают в центральную нервную систему. Нормальная функция барьера устанавливается лишь после созревания. Состояние барьера в значительной степени определяется зрелостью нервной системы как анатомической и физиологической, так и биохимической. Вероятно, этим объясняется слабая активность гематоэнцефалического барьера у детей в раннем возрасте. Хорошо известно, что в детском возрасте гораздо чаще, чем у взрослых, наблюдаются нарушения деятельности центральной нервной системы.

Большой интерес представляет еще одно наблюдение. Как известно, серотонин задерживается гематоэнцефалическим барьером. Но у новорожденных задержка отсутствует, так как ферментные системы, катализирующие образование серотонина в мозгу, еще не созрели. Но как только в ткани мозга начинается образование собственного серотонина, барьер становится для него непроницаемым. Проникает в мозг только предшественник серотонина — триптофан, превращающийся в медиатор уже по ту сторону барьера.

Однако искусственно изменить состояние барьера удается не всегда. Во многих случаях это почти неразрешимая задача. Многие вещества, именно те, которые больше всего необходимы для экспериментальных или терапевтических целей, не поступают в нервную систему и при нарушении барьера. Нередко количество их оказывается недостаточным для того, чтобы воздействовать на бактерии и их токсины, попавшие в мозг, а наряду с лечебными веществами в центральную нервную систему проникают из крови иногда и вредные, ядовитые отбросы, шлаки тканевого обмена, отравляющие мозговые клетки.

Но все же один факт является бесспорным. Во многих случаях необходимо повысить проницаемость гематоэнцефалического барьера, и если нет другого пути — обойти его, для того чтобы воздействовать на нервные образования. В этих случаях лекарственные препараты, антибиотики и лечебные сыворотки приходится вводить непосредственно в желудочки мозга, вернее в цереброспинальную жидкость, в обход барьера.

Вливание лечебной сыворотки в кровь не спасает животное, пораженное столбняком, оно быстро погибает. Но если ввести сыворотку в цереброспинальную жидкость, наступает улучшение. Столбнячный токсин, связывающийся с нервными клетками, становится доступным антителам, содержащимся в сыворотке, и животное выздоравливает. Это экспериментальное исследование было перенесено в клинику. Лечение столбняка «обходным маневром» — введением сыворотки в цереброспинальную жидкость принято на вооружение и во многих случаях спасает жизнь больным. Метод этот был использован и при ряде других инфекционных заболеваний, например, при туберкулезном менингите, энцефалитах, сифилитических поражениях мозга и т. д.

Для лечения некоторых заболеваний, вызванных нарушением нормальной деятельности центров головного мозга, во многих лечебных учреждениях применяется разработанный нами метод назального электрофореза. Определенные лекарственные вещества вводятся с помощью гальванического тока в слизистую носа. При таком способе введения они по периневральным щелям проникают в мозг и цереброспинальную жидкость, обходя гематоэнцефалический барьер и оказывая непосредственное влияние на нервные центры.

Однако в центральной нервной системе биологически активные вещества нередко изменяют свое обычное действие. Тироксин, адреналин и некоторые симпатотропные, т. е. вещества, возбуждающие симпатические нервные образования, не вызывают характерных симпатических реакций. Действие их приближается к парасимпатическому, т. е. напоминает эффект, наблюдаемый при раздражении блуждающего нерва. В то же время карбохолин, гистамин и другие парасимпатические вещества, проникая в мозг, возбуждают адренергические элементы вегетативной нервной системы.

Еще И. М. Сеченов отметил, что нервные центры и нервные стволы реагируют различно, иногда противоположно, на действие одних и тех же химических соединений. Своеобразная реакция нервных центров головного мозга на химические раздражения подробно изучена школой Л. С. Штерн. В последние годы появилось большое число исследований, посвященных «противоположной», «антагонистической» реакции центральных и периферических нервных образований на действие одного и того же химического вещества. Следует признать, что представления различных исследователей в этом вопросе расходятся, и острые дискуссии, не раз возникавшие в печати, на многих конференциях и совещаниях, так и не привели к единому мнению.

Суть разногласий заключается в том, что полученные на животных экспериментальные данные не всегда соответствуют условиям, в которых протекает нормальная жизнедеятельность организма человека и животных.

Химические соединения при введении их подзатылочным уколом в подмозжечковую цистерну, т. е. в обход гематоэнцефалического барьера, распространяются по пространствам, заполненным цереброспинальной жидкостью, и приходят в соприкосновение с различными по значению и химизму поверхностно расположенными нервными образованиями головного мозга и многочисленными качественно различными хеморецепторами. В зависимости от концентрации вводимых веществ и путей их продвижения могут возникнуть разнообразные, неспецифические реакции как двигательные, так и вегетативные. При этом действие их не столько физиологическое, сколько фармакологическое. Если же испытуемые вещества вводятся не в цереброспинальную жидкость, а с помощью микроканюли в отдельные строго локализованные участки мозга, отличающиеся определенными физиологическими и биохимическими особенностями, реакции приобретают совсем другую специфику. Разберем два опыта. Если ввести собаке в кровь 40—50 мл 2%-го раствора хлористого кальция, у нее возникнет целый комплекс выраженных симпатоадреналовых реакций. Не случайно немецкий ученый Цондек назвал кальций «жидким симпатическим нервом». Но если той же собаке кальций ввести не в кровь, а в подмозжечковую цистерну, т. е. в цереброспинальную жидкость, в количестве 0,5 мл (т. е. 10 мг), реакция будет прямо противоположной. Кальций — этот жидкий симпатикус вызовет типичную парасимпатическую реакцию. Еще более демонстративный опыт можно поставить, с карбохолином. Этот жидкий «парасимпатикус» при введении во внутреннюю среду мозга вызывает буквально симпатическую бурю.

И все же не так это просто. Изменим условия опыта. Мы уже говорили, что в мозге имеются серотонинреактивные элементы, возбуждение которых приводит к выделению либеринов, образованию адренокортикотропного гормона гипофизом и кортикостероидов надпочечниками. Оказывается, что введение серотонина не в подмозжечковую цистерну, а в отдельные ядра гипоталамуса может и усилить, и затормозить активность коры надпочечников. На одни нейроны серотонин действует как стимулятор, на другие — как фактор угнетения.

Методы тонкого химического анализа, электронной микроскопии, специальной гистохимической обработки и т. д. показали, что в центральной нервной системе существуют многочисленные ансамбли (так называемые пулы) нервных клеток и волокон, отличающихся не только физиологическими, но и метаболическими, ферментными и медиаторными особенностями. В нервной ткани происходит непрерывное образование, превращение, расщепление и трансформация разнообразных химических соединений. Одни из них обладают возбуждающими, другие — тормозящими свойствами, т. е. существуют, по всей видимости, медиаторы как усиливающие, так и подавляющие деятельность специализированных нервных образований.

Группа скандинавских исследователей показала наличие в мозге по крайней мере трех различных биохимических нейронных систем — адренергической, холинергической и серотонинергической. В первой передача нервного возбуждения по симпатической цепи осуществляется норадреналином и его предшественником — дофамином, во второй — ацетилхолином, в третьей — серотонином.

На рис. 14 показана схема распределения этих систем в ткани мозга, разработанная скандинавскими исследователями. Различают: 1) норадреналиновую нейронную систему, расположенную преимущественно в ретикулярной формации ствола мозга, в гипоталамусе, лимбических структурах переднего мозга и в коре больших полушарий; 2) дофаминовую систему в структурах среднего мозга и в подкорковых образованиях (бледном шаре); 3) серотониновую нейронную систему, проходящую через средний мозг и к гипоталамусу и лимбическим структурам переднего мозга.

В последние годы появилось много работ, посвященных дофаминовой системе мозга. По-видимому, дофаминовые пути и клетки гораздо шире представлены в головном мозге, чем это изображено на схеме. Совсем недавно установлено, что существуют и адреналиновые пути мозга, в которых медиатором служит синтезируемый клетками адреналин.

Рис. 14. Медиаторные пути в головном мозге.

НА — норадреналиновый путь; ДА — дофаминовый путь (левая половина рисунка); С — серотониновый путь (правая половина рисунка); 1 — лимбический отдел переднего мозга; 2 — полосатое тело (новое); 3 — новая кора; 4 — полосатое тело (древнее); 5 — зрительный бугор, 6 — подбугорье; 7 — средний мозг; 8 — мост; 9 — продолговатый мозг; 10 — спинной мозг; 11 — сетчатка.

Холинергические системы находятся в глубоких слоях коры мозга, в подкорковых структурах, в гипоталамусе (преимущественно переднем) и в ретикулярной формации мозгового ствола.

В условиях нормальной жизнедеятельности организма биологически активные вещества (гормоны, медиаторы) проникают из крови через гематоэнцефалический барьер только в определенные, близкие им по химическому составу и обмену отделы мозга. В настоящее время довольно хорошо изучено распределение в мозге меченных по тритию введенных под кожу гормонов (адреналина, норадреналина, тироксина, тестостерона, эстрадиола, прогестерона, кортизола, 17-гидроксикортикостероидов). Изотопная метка позволяет легко обнаружить их в ткани мозга. Интересно отметить, что в подавляющем числе гормоны проникают только в гипоталамическую область и задерживаются барьером между кровью и корой головного мозга. При этом действие их на периферические и центральные участки нервного аппарата однозначно, а сами они как бы составляют гуморальную дугу рефлекса.

В тех случаях, когда гомеостатические механизмы гуморально-гормональной и барьерной регуляции оказываются недостаточными, накопившиеся в избытке вещества начинают проникать из крови в различные нервные структуры, вызывая необычные реакции. Разумеется, адренергические вещества не могут действовать на холинореактивные элементы мозга, а холинергические не влияют на адренореактивные, но в то же время введенное в цереброспинальную жидкость холинергическое соединение — карбохолин вызывает резко выраженную симпатическую реакцию (подъем кровяного давления, общее возбуждение животного, расширение зрачков, обильное выделение густой, вязкой слюны и т. д.). Это говорит о возбуждении центральных образований симпатической нервной системы через содержащиеся в них холинергические элементы, возбуждение которых вызывает по принципу обратной связи «антагонистическую» реакцию. Можно привести немало экспериментальных данных, подтверждающих эту точку зрения. Как известно, гематоэнцефалический барьер пропускает катехоламины (адреналин и норадреналин) только в область заднего гипоталамуса, где в основном сосредоточены адренергические элементы мозга. При этом возникают отчетливые явления возбуждения симпатической нервной системы. Такой же эффект наблюдается, если вводить адреналин в задний гипоталамус через микроканюли. Но, если этим путем ввести адреналин в передний гипоталамус, где преобладают холинергические элементы, явления возбуждения симпатической системы отсутствуют. Напротив, возникают явления торможения, угнетения центральной нервной системы. Не следует думать, что симпатические центры состоят из одних только адренергических нейронов, а парасимпатические из одних холинергических. В тех и других можно обнаружить элементы, реагирующие как на катехоламины и ацетилхолин, так и на серотонин, гистамин, гамма-аминомасляную кислоту и другие медиаторы.

Физиологический смысл этих, на первый взгляд, несколько необычных эффектов заключается в усилении противодействующей системы (например, парасимпатической при накоплении в крови катехоламинов или симпатической при высоком содержании ацетилхолина), что имеет важнейшее значение для восстановления нарушенного гомеостаза. В этом и проявляется участие гематоэнцефалического барьера в нейрогуморально-гормональной регуляции функций. Как только возникает угроза нарушения постоянства внутренней среды организма, в систему уравновешивающих механизмов вовлекается дополнительная «линия обороны», и маятник, отклонившийся в силу тех или иных причин от средней линии гомеостатических колебаний, снова к ней возвращается.

Глава IX. Внутренняя среда и стресс

Пожалуй, не было в истории биологии и медицины столь популярного, вошедшего во все области знания понятия, как стресс. Литература по стрессу исчисляется десятками тысяч названий. Но, как ни удивительно, само представление о стрессе, которое несколько приблизительно звучит по-русски как «напряжение», прочно вошедшее не только в научную, но и в повседневную международную терминологию, охватывает различные, подчас взаимно исключающие состояния. За последние годы объем информации по различным аспектам проблемы стресса необычайно расширился, и смысл, вложенный в понятие «стресс» его основоположником Г. Селье, частично потерял первоначальную конкретность чрезвычайного или экстремального происшествия. В лабораторном опыте стресс — состояние крысы, которая бежит часами во вращающемся колесе, плавает с грузом или без него в бассейне, стресс у морской свинки, которую ударили молотком по голове, стресс у кролика, привязанного на несколько часов к станку. Стресс — это комплекс боли и страха у человека, когда бормашина высверливает полость в больном зубе, автомобильная катастрофа, смерть близкого человека и даже семейная ссора. Стресс у бегуна, ставящего мировой рекорд, и стресс у болельщика, который подгоняет своего фаворита криками на трибуне. Стресс у космонавта в состоянии невесомости. Стресс — поцелуй любимой девушки и стресс — удар ножа в уличной драке. Стрессом стали называть почти каждое физическое или психическое возбуждение, отнюдь не укладывающееся в рамки «сильного, сверхсильного, чрезвычайного, экстремального».

Прав П. Д. Горизонтов, утверждая, что понимание стресса у разных авторов не всегда однозначно и поэтому дать ему точное определение не всегда доступно. Во многих отношениях «стресс» как понятие о напряжении всех защитных механизмов живого организма превращается в представление о реакции его на обычные раздражители, подчас искусственные, экспериментальные, нередко обычные, повседневные, не выходящие за пределы физиологических параметров. В основе стрессов могут быть как отрицательные эмоции, так и положительные. Предложено даже называть первые дистрессом, вторые — эустрессом, хотя правильнее понимать под «дистрессом» близкое к патологии расстройство функций.

Специальные исследования охватывают физический, болевой, холодовой, эмоциональный и другие виды стресса. На многочисленных конференциях, посвященных этой проблеме, и поныне обсуждаются социальные, военные, индустриальные, психические, медицинские, космические ее аспекты. Все это вызвано неконкретностью терминологии, отсутствием точной, всеми признанной дефиниции.

Все ли стрессы одинаковы по своему физиологическому значению? Где кончаются неспецифические изменения в живой системе и в чем выражается специфичность различных форм стресса?

В одной из последних работ Г. Селье определяет стресс как совокупность стереотипных, филогенетически запрограммированных, неспецифических реакций организма, первично подготовляющих его к физической активности, т. е. к сопротивлению, борьбе или бегству. Реакции эти могут быть вызваны любым экстремальным воздействием, нарушающим целостность организма (химическим, физическим, психологическим, социальным), и лежат в основе многих патологических расстройств. Отсюда и распространенная формула: стресс — нарушение функций — болезнь.

Еще раньше Селье определял стресс как сумму всех сил (независимо от их природы), действующих против равновесных состояний. При этом стресс, как утверждает Селье, может быть вызван как отсутствием и недостатком раздражений, так и их избытком. Так, например, обездвиживание (гипокинезия) является одним из самых тяжелых видов стресса и у животных и у человека.

Несмотря на множество теоретических и экспериментальных работ, цепные, многозвеньевые механизмы стресс-реакций отнюдь не раскрыты до конца. И вряд ли на современном уровне знаний их можно объединить в виде единой всеобъемлющей теории. В развитии стрессовых реакций принимают участие как физиологические — нервные гуморально-гормональные, барьерные, так и психологические, социальные и иные компоненты. В ходе возникновения и развития реакции на стресс остается неясным вопрос о пусковых механизмах, активирующих и стимулирующих систему гипоталамус — гипофиз — кора надпочечников, которой с первых работ Г. Селье придается особо важное значение во всех исследованиях, посвященных адаптационному синдрому. Общепризнано, что в развитии реакции организма на сильные и сверхсильные раздражения наибольшее значение имеют две системы — симпато-адреналовая и гипоталамо-гипофизарно-надпочечниковая. Как известно, возбуждение их сопровождается накоплением во внутренней среде организма катехоламинов (в первую очередь адреналина и норадреналина), кортикостероидов, тироксина. Однако работами последних лет показано, что в стрессовую реакцию вовлекаются различные гуморально-гормональные механизмы (щитовидная железа, гормоны гипоталамуса, как, например, вазопрессин, окситоцин, гормон роста и т. д.).

О том, что при стрессовых ситуациях в действие приходят сложнейшие центральные и периферические нервные механизмы, в настоящее время не сомневается никто. Особо важную роль в развитии стресс-реакции играет гипоталамус. Гипоталамус через гипофиз направляет, стимулирует и угнетает ряд гуморально-гормональных реакций, характерных для состояния стресса. Нейрогормоны передней доли гипоталамуса (вазопрессин и окситоцин) поступают по гипофизарно-портальному пути в заднюю долю гипофиза, а нейрогормоны задней доли гипоталамуса (статины) регулируют, вернее подавляют, деятельность его передней доли. Это доказано многочисленными исследованиями как отечественных, так и зарубежных ученых. Любой стресс — физический, эмоциональный, вызванный болезнью, потрясением, болью, травмой, вызывает цепную реакцию, начиная с коры головного мозга, кончая субклеточными, молекулярными образованиями. Дыхание стресса проносится по всему организму, и внутренняя среда перестраивает (адаптирует) свой состав, физико-химические и биологические свойства, обеспечивая организму условия наибольшего благоприятствования в борьбе с опасностью.

Невольно приходит в голову, что стрессом следует назвать лишь первичную, нервную реакцию. Все остальные являются уже второй защитной стадией, адаптационным синдромом по Г. Селье. Следует согласиться с П. Д. Горизонтовым, согласно которому под стрессом мы понимаем общую адаптивную реакцию, которая возникает в неблагоприятных жизненных условиях, угрожающих нарушению гомеостаза.

Еще в начале нашего столетия У. Кеннон в своей прозвучавшей на весь мир книге, известной у нас под названием «Физиология эмоций», показал, что при боли, голоде, страхе и ярости, т. е. состояниях, отнесенных впоследствии к стрессовым, содержание адреналина в крови резко повышается. Г. Селье в своих первых работах писал в основном о гипофизарно-надпочечниковой системе, считая ее центральной осью, вокруг которой вращаются остальные механизмы стресс-реакции.

Однако это только схема и, по нашим данным, далеко неполная. Вегетативно-гуморально-гормональные взаимоотношения при стрессе значительно сложнее. В них принимают участие многочисленные биологически активные вещества эрго- и трофотропного ряда, ферментные и связывающие системы, вступающие в действие на разных этапах стресс-реакции. Важную роль, как показали результаты наших исследований, играет гематоэнцефалический барьер и, возможно, другие гистогематические барьеры.

В течение многих лет сотрудники нашей лаборатории изучали различные виды стресса, нарушающие в той или иной форме относительное постоянство внутренней среды и способные вывести организм из состояния гомеостаза. На животных (крысах и морских свинках) исследовалось влияние черепно-мозговой травмы, болевого синдрома центрального и периферического происхождения, длительного обездвиживания, вибрации, холода, физических нагрузок (бег в колесе, плавание). На людях — влияние черепномозговой травмы, гипокинезии укачивания, различных видов нервно-эмоциональной деятельности, гипоксии, лишения сна, спортивной деятельности (тренировок, соревнований). Под наблюдением находились лица различных профессий: летчики, спортсмены, работники железнодорожного транспорта (операторы, диспетчеры, дежурные, машинисты), врачи, инженеры, сотрудники научно-исследовательских лабораторий. Для оценки эрготропных функций организма в крови, моче, органах и тканях определялись адреналин, норадреналин, дофамин, ДОФА, некоторые продукты превращения катехоламинов. Высчитывалось соотношение НА/А как показатель состояния медиаторного и гормонального звеньев симпатоадреналовой системы.

Среди веществ, вызывающих трофотропные реакции в организме, мы исследовали ацетилхолин, гистамин, серотонин, частично инсулин, а также регулирующие их содержание и активность ферментные и связывающие системы. Одновременно изучалось состояние гипоталамо-гипофизарно-надпочечниковой системы, значение которой в развитии стресс-реакций столь исчерпывающе описано Г. Селье и вслед за ним огромным числом советских и зарубежных исследователей. Работы, выполненные нами совместно с рядом сотрудников лаборатории (И. Л. Вайсфельд, Г. Л. Шрейберг, С. Д. Галимов, Н. Н. Шаров и др.), показывают, что при всех формах стресса первично активируется симпатоадреналовая система как в гормональном, так и медиаторном звеньях.

Опыты на животных. Для 1-й фазы стресса (быстро наступающей активации) характерно освобождение норадреналина нервными элементами мозга. Каждое экстремальное воздействие на организм, возбуждая кору и лимбико-ретикулярную систему головного мозга, вызывает освобождение норадреналина из связанной клетками гипоталамуса формы.

Американский ученый Л. Корф показал, что норадреналин освобождается при стрессе из связанной формы не только в гипоталамусе, но и в коре головного мозга, причем это происходит под влиянием содержащих норадреналин клеток особого нервного образования — синего пятна, расположенного недалеко от 4-го желудочка и связанного с высшими отделами центральной нервной системы норадренергическими волокнами. Кратковременное плавание крыс вызывает сначала увеличение, а затем снижение содержания норадреналина в головном мозге. При длительном беге крыс в колесе уровень норадреналина в мозге уменьшается, причем утомление вызывает менее выраженные сдвиги, чем «вхождение в бег». Однако различные виды стрессовых реакций по-разному изменяют содержание норадреналина в гипоталамусе и других отделах мозга. Так, например, болевой синдром, вызванный электрическим раздражением седалищного нерва, характеризуется наиболее выраженным уменьшением уровня норадреналина в гипоталамусе, в то время как в других отделах мозга изменения отсутствуют. При некоторых других видах болевого синдрома количество норадреналина в гипоталамусе не меняется, а в полушариях мозга снижается.

Действуя на чувствительные к катехоламинам элементы ретикулярной формации, норадреналин приводит в состояние повышенной активности норадренергические элементы головного мозга и тем самым усиливает деятельность всей симпатоадреналовой системы. Происходит повышение синтеза адреналина в мозговом слое надпочечников и увеличение его выхода в кровь. В зависимости от активности симпатического отдела вегетативной нервной системы нарастает также содержание норадреналина в крови. Интересно отметить, что уровень адреналина и норадреналина в крови увеличивается особенно отчетливо у тренированных животных, адаптированных к повторным стрессам (бег в колесе, плаванье, гипоксия). В этом периоде, несмотря на повышенный выброс адреналина из надпочечников в кровь, содержание его в самих железах не уменьшается. Они исправно синтезируют гормон и бесперебойно выводят его в кровь. Содержание адреналина в ткани сердца увеличивается вследствие усиленного захвата его из крови. Одновременно в сердце происходит освобождение норадреналина из нервных окончаний симпатической нервной системы, хотя общее содержание его в сердце может как увеличиваться, так и уменьшаться, что зависит от соотношения процессов образования и потребления.

Для 2-й фазы длительной и устойчивой активации характерно продолжающееся поступление адреналина в кровь, сопровождающееся постепенным уменьшением содержания его в мозговом слое надпочечников. Надпочечники понемногу, постепенно, исподволь, переходят в стадию истощения. Эта залог будущей перестройки всей экономики организма, предвестник нарастания трофотропных влияний, перехода в стадию общего истощения и болезни. Пока же увеличивается поступление норадреналина из окончаний симпатических нервов сердца и активируется его синтез из предшественников.

Накопляясь в крови, адреналин через гематоэнцефалический барьер поступает в область адренергических элементов заднего гипоталамуса. Установлено, что в этом отделе центральной нервной системы барьер проницаем для катехоламинов. Поступление их ведет к активации системы гипоталамус — гипофиз — кора надпочечников через ретикулярную формацию и стимулирует образование специальными нейросекреторными клетками кортиколиберина, который, поступая в переднюю долю гипофиза, стимулирует образование адренокортикотропного гормона (АКТГ), что, в свою очередь, активирует синтез и выброс кортикостероидов из коры надпочечников в кровь.

Накопление этих гормонов во внутренней среде представляет, по мнению Г. Селье, решающий фактор в развитии состояния стресса. От их химического строения зависит характер заболевания, возникновение ряда «неспецифических», т. е. общих для любой болезни, но не характерных для отдельной формы патологии, явлений. Нарушение секреции кортикостероидов приводит к возникновению «болезней адаптации», суть которых заключается в потере организмом наиболее важной для его жизнедеятельности способности приспособляться (адаптироваться) к условиям существования.

По нашим данным, существует определенная коррелятивная зависимость между содержанием в крови адреналина и образованием кортикостероидов. Однако зависимости между уровнем норадреналина и выбросом кортикостероидов мы не обнаружили. Это наблюдение имеет важное принципиальное значение. Видимо, при высокой активности нервного отдела симпатоадреналовой системы (норадреналиновый характер стресс-реакции) потребность организма в кортикостероидах ниже, чем при высокой реактивности гормонального отдела симпатоадреналовой системы (адреналиновый характер стресс-реакции).

Работы Г. Л. Шрейберга показали, что между чувствительными к катехоламинам элементами головного мозга и нейросекреторными клетками, образующими кортиколиберин, находится промежуточное звено в виде серотонин- и ацетилхолинергических элементов. Кортиколиберин, поступая в гипофиз, вызывает образование адренокортикотропного гормона, что приводит к повышению активности коры надпочечников и поступлению кортикостероидов в кровь. Как уже указывалось, значение этого процесса в осуществлении стресс-реакции хорошо известно.

Итак, при стрессе адреналин довольно сложным путем через многие промежуточные звенья участвует в процессе образования и поступления во внутреннюю среду гормонов коры надпочечников — кортикостероидов. Казалось бы, мозговой и корковый слои надпочечников, анатомически связанные друг с другом, «общаются» через длинную цепь нервных и гуморальных звеньев регуляции. Но несколько неожиданно выявилась и обратная связь событий. В нашей лаборатории установлено, что у подопытных крыс, плавающих несколько часов подряд, в последней стадии стресса (истощения) почти полностью прекращается образование адреналина. Если же подопытному животному, находящемуся на грани гибели, ввести под кожу гидрокортизон, его надпочечники вновь начинают вырабатывать адреналин. Более того, образование адреналина восстанавливается под влиянием гидрокортизона и в изолированных, растертых надпочечниках «стресс-крысы». Вот пример удивительного единения, необычной гуморальногормональной регуляции физиологических и биохимических процессов в организме в состоянии напряжения. Проникая через гематоэнцефалический барьер в центральную нервную систему, кортикостероиды в одних случаях повышают, в других снижают образование кортиколиберина, который регулирует содержание кортикостероидов к крови. Чем больше кортикостероидов проникло в мозг, тем ниже поступление либерина в гипофиз и, следовательно, тем слабее образование адренокортикотропного гормона и меньше кортикостероидов в крови и моче.

Для 3-й фазы — ослабления и прогрессирующего истощения функций характерно снижение активности симпатоадреналовой системы в гормональном и медиаторном звеньях. Содержание адреналина в надпочечниках быстро падает, уменьшается поступление гормона в кровь, в сердце снижается содержание норадреналина. Во всех тканях уменьшается уровень предшественников катехоламинов (дофамина и ДОФА), при этом значительно увеличивается экскреция метаболитов катехоламинов и нарастает их содержание в органах (в сердце, печени). Это говорит об активации их обмена. Однако у тренированных животных все эти явления выражены значительно слабее. Содержание норадреналина в гипоталамусе снижается, а уровень адреналина непрерывно нарастает во всех отделах мозга, что можно связать с прогрессирующим повышением проницаемости гематоэнцефалического барьера и поступлением адреналина из крови в мозг. Эта фаза стресса заканчивается различными формами нарушения функций организма коллапсом или шоком, при котором, как это показали работы школы Л. С. Штерн, выполненные еще в 40-х годах, имеет место прогрессирующее истощение симпатоадреналовой системы, особенно ее центральных образований.

Качественные и количественные сдвиги в обмене катехоламинов, не только отражающие, но и определяющие состояние симпатоадреналовой системы, не всегда однозначны при различных видах стресса. Они зависят от многих обстоятельств; характера, интенсивности и длительности воздействия, исходного состояния и реактивности центральных и периферических отделов вегетативной нервной системы, времени дня и ночи, наличия или отсутствия резервов (предшественников) катехоламинов, компенсаторных (гомеостатических) механизмов, регулирующих постоянство внутренней среды и устойчивость физиологических функций.

Каждый из указанных факторов в той или иной степени может оказать влияние на течение, последовательность, силу и характер как самой реакции при стресс-воздействиях, так и на состояние внутренней среды. Конечно, опыты на животных далеко не равнозначны исследованиям на людях. Поэтому исследователи как в нашей стране, так и за рубежом вложили немало сил в изучение механизмов стресс-реакции у человека. Особенно интересны в этом плане работы, связанные с эмоциональным стрессом[28].

Одной из особенностей связанного с профессиональными факторами труда работников железнодорожного транспорта является одновременное наблюдение за различными производственными процессами. Требуется быстрое переключение внимания, выдача комапд подчиненному персоналу, причем это происходит при остром дефиците времени. Минимальное отклонение от графика работы, непредвиденные помехи, ошибки, технические неполадки в процессе труда создают аварийные ситуации. Совершенно естественно, что испытуемые находятся в состоянии постоянного нервно-эмоционального стресса.

В нашей лаборатории В. Н. Васильев и др. обследовали телетайпистов, конторских диспетчеров, операторов и дежурных механизированных горок, машинистов и диспетчеров — поездных, маневровых и станционных. Все они работали в производственных условиях с 8 до 20 ч (дневная работа), после чего следовал ночной отдых с 20 до 8 ч. На следующие сутки испытуемые с 8 до 20 ч отдыхали. Затем с 20 до 8 ч они работали (ночная смена). После этого получали двое суток отдыха. Периоды дневного и ночного отдыха на вторые сутки являлись контролем по отношению к ночной и дневной работе.

Одновременно была обследована группа испытуемых, не занятых на сменной работе, — врачей, инженеров, лаборантов, в период дневного и ночного бодрствования и ночной работы (решение арифметических задач, психологические тесты, переводы с иностранных языков при дефиците времени).

Исследования на всех группах испытуемых подтвердили сделанные ранее наблюдения о суточном ритме экскреции катехоламинов как у лиц, не привыкших к ночному труду, так и приученных к нему.

У операторов и дежурных во время дневной работы отмечалось снижение резервных возможностей симпатоадреналовой системы, о чем свидетельствовало увеличение отношения суммы катехоламинов (А+НА+ДА) к ДОФА. У диспетчеров, чей труд отличается наибольшей напряженностью, при дневной работе имело место увеличение экскреции норадреналина и повышение соотношения НА/А, что указывает на преобладание активности медиаторного звена симпатоадреналовой системы над гормональным. При этом у них наблюдалось значительное уменьшение резервных возможностей симпатоадреналовой системы.

Но вот какое существенное наблюдение было сделано. Хотя у операторов и дежурных во время дневной работы специфические изменения выделения катехоламинов с мочой отсутствовали, в ночь отдыха после дневной работы экскреция их значительно нарастала (адреналина на 144%, норадреналина на 700% и ДОФА на 170%). Испытуемые отдыхали, а заведенная во время работы машина продолжала свой безостановочный бег.

При ночной работе у лиц, к ней непривычных (врачи, инженеры, лаборанты), отмечалось 10-кратное увеличение экскреции адреналина, что говорит об активации гормонального звена симпатоадреналовой системы (эмоциональный стресс). У испытуемых, занимающихся в течение многих лет ночной работой, адаптировавшихся к ней, такого резкого нарастания экскреции адреналина не наблюдалось. У них повышалась экскреция норадреналина примерно в 5—6 раз. Соотношение НА/А увеличивалось в 4 раза. Это указывает, что у лиц, привыкших к ночной работе, преобладает активность медиаторного звена симпатоадреналовой системы. Здесь уместно вспомнить о роли и значении норадреналина в регуляции функций организма (стр. 63).

У диспетчеров, работа которых отличается необычайной напряженностью и которые находятся в состоянии постоянного нервно-эмоционального стресса, экскреция адреналина во время ночной смены повышалась в 4,6 раза, а норадреналина в 9,7 раза. Несмотря на то что выделение ДОФА несколько увеличивалось, резервные возможности симпатоадреналовой системы были снижены, что проявлялось в более высоком, чем в норме, соотношении суммы катехоламинов к ДОФА.

При этом в ночной период работы у диспетчеров нарастали все катехоламины, а у операторов и дежурных — преимущественно норадренадин.

Интересно отметить, что обычно ночное снижение экскреции катехоламинов обнаруживается во внерабочее время (состояние относительного покоя) не только у лиц, не приспособленных к ночному труду, но и у железнодорожников со стажем сменной работы 10 и более лет (операторы, дежурные, диспетчеры).

У контрольных испытуемых (врачи, инженеры, лаборанты), бодрствовавших в ночное время (с 20 до 8 ч) без каких-либо нагрузок, экскреция катехоламинов и ДОФА снижалась в такой же степени, как и в тех случаях, когда они спали.

Это позволяет предположить, что в ночное время снижение экскреции катехоламинов зависит от каких-либо сложных регуляторных механизмов, отнюдь не связанных со сном.

В то же время днем во время отдыха у операторов, дежурных, машинистов и диспетчеров экскреция норадреналина была ниже, чем у испытуемых контрольной группы, в которую входили лица, работающие только днем. Видимо, это признак адаптации организма к стрессовым условиям работы. В состоянии относительного покоя адаптированный организм обходится меньшими количествами гормона, что подтверждается исследованиями на группе курсантов школ машинистов с небольшим стажем работы. Экскреция катехоламинов была у них более высокой и достигала уровня, характерного для лиц, не приспособленных к ночному труду.

Таким образом, полученные данные позволяют считать уменьшение экскреции катехоламинов (особенно норадреналина) одним из проявлений приспособления организма к сменному режиму труда. Однако следует подчеркнуть, что даже при многолетней адаптации к однотипной нервно-эмоциональной работе величина экскреции катехоламинов зависит от напряженности труда.

У операторов и дежурных в ночь отдыха после дневной работы экскреция всех катехоламинов не только не уменьшалась, по даже увеличивалась. Таким образом, изменение выделения катехоламинов с мочой у этой группы испытуемых проявлялось не столько во время самой работы, сколько в последующий период отдыха, т. е. происходило как бы «запоздалое» или «отставленное» увеличение экскреции катехоламинов. Подобное же явление наблюдалось у некоторых летчиков, проходивших испытания в барокамере. Как правило, они плохо переносили испытание, и выброс катехоламинов наблюдался у них через какой-то промежуток времени после испытания.

Материалы, полученные при исследовании экскреции катехоламинов при ночной нервно-эмоциональной работе, равной по интенсивности дневной, показывают, что у всех групп испытуемых содержание адреналина, норадреналина и дофамина выше, чем при работе днем. Это наблюдение представляет особый интерес, поскольку уже неоднократно указывалось, во время ночного отдыха экскреция катехоламинов снижается. При отсутствии привычки к сменному труду увеличение экскреции катехоламинов было более выражено, чем при адаптации к ночной работе. Люди так или иначе приспособляются к ночной работе, но организм их адаптируется к ней значительно труднее, чем к дневной. При всех обстоятельствах она является стрессом, и даже восстановление исходного уровня экскреции катехоламинов после ночной работы происходит не сразу, а только на 2-е сутки отдыха.

Серия исследований шведского ученого Л. Леви представляет в этом плане несомненный интерес. Его данные совпадают с нашими. Первичные изменения, возникающие в организме при стресс-реакции, сводятся к мобилизации центральных и периферических отделов симпатоадреналовой системы, что выражается в повышенном поступлении катехоламинов во внутреннюю среду организма.

Значение симпатоадреналовой системы в развитии стресс-реакции общепризнано. Ему посвящено огромное количество экспериментальных исследований, выполненных как в опытах на животных, так и в клинико-физиологической практике. Это универсальный закон, допускающий те или иные индивидуальные отклонения, связанные с вегетативно-гуморальным типом регуляции. У одних стресс вызывает активацию преимущественно гормонального звена (адреналин!), у других — медиаторного (норадреналин!). В некоторых случаях резервные возможности симпатоадреналовой системы высоки, в других они быстро истощаются. Один организм обходится меньшим количеством симпатомиметических метаболитов, другой требует больших. Все может иметь значение: реактивность организма, скорость кругооборота, кинетика синтезирующих и разрушающих ферментных реакций, чувствительность рецепторов, время выведения из организма. И, наконец, важнейшую роль играют «противосистемы», ослабляющие или подавляющие симпатоадреналовые механизмы.

При некоторых видах стресса наряду с эрготропными системами мы изучали также системы трофотропные. Обычно исследователи уделяют им меньше внимания. В первой стадии стресса эти системы затихают, уступая место эрготропным. Образно говоря, они как бы затаились, выжидают, накопляя резервы для последующей атаки. Организм защищается, ему нужны в первую очередь катехоламины и кортикостероиды. Это форпосты обороны, механизмы защиты и экспресс-адаптации. Но приходят вторая и иногда третья стадии стресса. Фаза тревоги сменяется периодом резистентности, а за ними нередко наступают фазы истощения и болезни. И уже в конце первой стадии во внутреннюю среду начинают поступать биологически активные вещества трофотропного ряда.

В нашей лаборатории значению их в развитии стресса уделяется самое пристальное внимание. У крыс мы изучали систему ацетилхолина в покое и при плавании. Плавание в этой серии экспериментов являлось стрессором. Конечно, эти опыты можно рассматривать лишь как модельные для человека, но определенная закономерность все же была выявлена.

Содержание свободного ацетилхолина в крови крыс несколько выше, чем у человека (примерно 1,0 мкг%). Но резервная форма, рыхло связанная с эритроцитами, у крыс отсутствует. Феномен связывания добавленного извне ацетилхолина отсутствует также. При сравнительно небольшом напряжении (2-часовое плавание) уровень свободного ацетилхолина начинает снижаться на фоне усиления инактивирующих механизмов. В крови обнаруживается связанная эритроцитами форма медиаторов и повышается активность расщепляющего фермента ацетилхолинэстеразы. Если учесть, что при этом нарастает содержание катехоламинов, то налицо первая классическая фаза стресс-реакции: активация адренергических элементов наряду с ослаблением холинергических. После более длительного стресс-воздействия (7 ч плавания) биологическая активность крови меняется в другом плане. Постепенно начинает повышаться холинергическая активность крови (компенсирующая реакция). Это выражается в значительном уменьшении активности ацетилхолинэстеразы. И хотя уровень свободного ацетилхолина обычно снижен, холинергические свойства крови нарастают. Содержание гистамина повышается только в икроножных мышцах, а серотонина — в крови и мышцах. Таким образом, во второй фазе стресса происходит усиление трофотропных систем.

Через двое суток после плавания все показатели приходят в норму. Но самое интересное в этих опытах заключается в том, что у тренированных животных после многократных повторных сеансов плавания описанные изменения отсутствуют. Значение холинергической системы в развитии фазовых реакций при стрессе подтверждено многими исследователями (А. В. Кибяков, П. Н. Денисенко, В. Кулагин, Ф. И. Фурдуй и др.), хотя, за немногими исключениями, оценка ей дается по активности ацетилхолинэстеразы.

В другом плане протекали исследования на людях. Группа испытуемых, проходивших врачебно-летную экспертизу, «поднималась» в барокамере на высоту в 5000 м (разрежение 405 мм рт. ст., экспозиция 30 мин). Оказалось, что гипоксия вызывает статистически достоверное повышение экскреции гистамина и 5-оксииндолуксусной кислоты. Постепенно выделение обоих аминов снижается. Однако суточный ритм экскреции нарушается и кривая ее с двумя пиками в физиологических условиях превращается в кривую с одним пиком (рис. 15).

При 2-дневном обездвиживании (гипокинезии) в крови увеличивается содержание гистамина и снижается активность диаминоксидазы. Одновременно уменьшается содержание серотонина. 10-дневная гипокинезия характеризуется нарастающим увеличением уровня гистамина в крови и снижением активности диаминоксидазы. Уровень серотонина падает, преимущественно в ночные часы. Это ведет к нарушению суточного ритма обмена обоих аминов. Таким образом, гипокинезия, которую можно в известной степени рассматривать как стресс «от отсутствия раздражения», протекает на фоне значительного нарушения обмена гистамина и серотонина. Эти изменения особенно четко выявляются в ночные часы и выражаются как в снижении активности расщепляющих ферментов, что, как указывалось выше, характеризует состояние гистаминемии, так и в значительном повышении соотношения гистамин/серотонин.

Рис. 15. Изменения суточного ритма экскреции гистамина и 5-оксииндолуксусной кислоты после гипоксии.

1 — до гипоксии, 2 — после гипоксии. Остальные обозначения те же, что на рис. 7.

Рис. 16. Схема стрессового состояния при напряженных спортивных соревнованиях.

Объяснения в тексте. Параллельные линии условно разграничивают эрго- (Э) и трофотропные (Т) границы гомеостаза. I — катехоламины; II — кортикостероиды; III — трофотропные метаболиты (ацетилхолин, гистамин, серотонин).

Таким образом, в конце первой фазы стресс-реакции и во время второй соотношение эрго- и трофотропных метаболитов в крови и органах как бы сбалансировано и относительное постоянство внутренней среды не нарушено. Наряду с гуморальными механизмами адаптации (катехоламинами и кортикостероидами) в действие вступают противорегулирующие факторы (в первую очередь система ацетилхолина и гистамина), которые с известной условностью можно назвать антистрессовыми. Усиление трофотропных механизмов, особенно выраженная гистаминемия как в периоде острого стресса, так и в течение длительного времени после него (например, у летчиков, спортсменов-пловцов, испытателей, велосипедистов и др.) является, вероятно, «мерой физиологической защиты», направленной на сохранение гомеостаза (рис. 16). Возможно, что способность организма более легко переносить повторные стресс-раздражения обусловлена мобилизацией антистрессовых механизмов.

В 3-й стадии активность факторов, названных нами антистрессовыми, резко усиливается. Наряду с истощением симпатоадреналовой системы и связанным с ним снижением активности системы гипоталамо-гипофизарно-надпочечниковой происходит усиление трофотропных механизмов. Это ведет к нарушению гомеостаза (вернее, к состояниям, названным нами «болезнями гомеостаза») и лежит в основе ряда нарушений, приводящих к болезни, коллапсу и особенно к шоку.

В этих исследованиях выявилась одна особенность, которую вряд ли мог предвидеть самый проницательный исследователь. В течение длительного периода времени (до нескольких месяцев) после серии сильных и сверхсильных возмущающих воздействий на организм (например, у летчиков, у некоторых спортсменов высокого класса, испытателей и т. п.) сохраняются нарушения обмена гистамина и серотонина. В нашей практике был случай, когда пришлось отказаться от экспериментального обследования нескольких испытуемых-добровольцев через 4 месяца после того, как на них были проведены соответствующие (весьма серьезные) исследования в специальном научно-исследовательском институте.

Одним из бесспорных видов стресса является укачивание. Дурное самочувствие, слабость вплоть до полной потери сил, холодный пот, тошнота, рвота при укачивании известны каждому. Картина морской (а в настоящее время и самолетной) болезни подробно описана и в научной, и в художественной литературе. Вспомним хотя бы «Морскую болезнь» А. И. Куприна. Но ведь моряки (хотя и не все) не укачиваются, капитаны ведут свои корабли сквозь бури и штормы, не испытывая дурноты, не теряя присутствия духа. Чем они отличаются от людей, которых начинает мутить при виде раскачивающегося корабля или накренившегося самолета? Роли гуморально-гормональных факторов в предрасположенности человека к укачиванию посвящена серия исследований, выполненных нами совместно с Б. И. Поляковым. Как известно, скорость, характер, интенсивность укачивания у разных людей различны. Однако причины этих различий мало известны, и почти совсем не изучены при укачивании гуморально-гормональные механизмы регуляции функций. Что происходит во внутренней среде легко укачивающегося, трудно укачивающегося и вовсе не укачивающегося организма? Принято считать, что основное значение имеет устойчивость вестибулярного аппарата. Однако в литературе отсутствуют сколько-нибудь достоверные данные о существовании взаимозависимости между его состоянием и тонусом вегетативно-гуморально-гормонального комплекса, определяемого по соотношению эрго- и трофотропных биологически активных веществ в жидких средах и выделениях организма.

19 здоровых мужчин в возрасте 21—40 лет подвергались пробе с двойным вращением, так называемой пробе КУК по И. И. Брянову. Воздействие продолжали до появления выраженных вестибуловегетативных расстройств, но не более 15 мин. Уровень вестибуловегетативной устойчивости оценивали по времени появления выраженных вегетативных расстройств, характеризующих состояние морской болезни.

В зависимости от уровня вестибуловегетативной устойчивости испытуемые были разделены на две группы: легко подверженные укачиванию — 9 человек, выдерживавшие пробу КУК не более 1—3 мин (условно «слабые») и не подверженные — 10 человек, переносившие пробу в течение 15 мин без каких-либо проявлений укачивания (условно «сильные»).

Оказалось, что в исходном состоянии у «сильных» количество катехоламинов в крови существенно выше, чем у «слабых». В то же время содержание трофотропных веществ (ацетилхолина, гистамина и серотонина) у «сильных» несколько снижено по сравнению с физиологической нормой.

Таким образом, для «сильных», в отличие от лиц, склонных к укачиванию («слабых»), характерно преобладание эрготропных систем и выраженная способность крови инактивировать (расщеплять и связывать) свободный ацетилхолин.

В этой работе был проведен корреляционный анализ изученных показателей эрго- и трофотропной активности. Оказалось, что структура корреляционных связей гуморально-гормональных показателей у людей, предрасположенных к укачиванию, иная, чем у резистентных к нему.

В группе «сильных» симпатоадреналовая система обладает большим количеством связей с остальными показателями, чем в группе «слабых», причем корреляции ее с холинергической системой отрицательны (чем выше активность симпатоадреналовой системы, тем ниже активность холинергической). У «слабых» же эти связи положительные (чем выше активность симпатоадреналовой системы, тем выше — холинергической). Таким образом, у «сильных» адрен- и холинергическая системы как бы находятся в состоянии антагонизма, в то время как у «слабых» они действуют синергически. Усиление одной системы, противодействующей укачиванию, вызывает активацию другой, содействующей ему. В итоге коэффициент полезного действия равен нулю.

В группе «слабых» системы гистамина и ацетилхолина функционируют синергично, усиливая трофотропные эффекты, что отсутствует в группе «сильных».

В группе «слабых» в отличие от группы «сильных» системы гистамина и серотонина имеют множественные и разнообразные связи с остальными показателями. Это, по-видимому, свидетельствует об их более высокой активности в группе «слабых».

Тщательный математический анализ показывает, что подверженность (или, напротив, устойчивость) человека к укачиванию в значительной степени зависит от индивидуальных особенностей гуморально-гормональной регуляции функций, т. е. от состава и свойств внутренней среды. Для людей, склонных к укачиванию, характерно преобладание трофотропных механизмов: 1) относительно более низкая активность симпатоадреналовой системы; 2) синергичные отношения между адрен- и холинергическими системами; 3) более высокая активность холинергической системы; 4) относительно высокая активность систем гистамина и серотонина.

Напротив, для людей, не подверженных укачиванию, характерно преобладание эрготропных механизмов: 1) относительно более высокая активность симпатоадреналовой системы, 2) антагонистические отношения между адрен- и холинергическими системами, 3) более низкая активность холинергической системы, 4) относительно низкая активность систем гистамина и серотонина.

Резюмируя полученные данные, мы в соответствии с нашими представлениями о вегетативно-гуморальном типе регуляции можем высказать предположение, что «сильные», т. е. не укачивающиеся люди, относятся к симпатоадреналовому типу, а «слабые», т. е. укачивающиеся, — к вагоинсулярному.

И наши собственные экспериментальные материалы, и исследования, выполненные в других лабораториях, показывают, что проницаемость гематоэнцефалического барьера для многих биологически активных веществ, в частности для катехоламинов, при некоторых стресс-воздействиях на организм повышается и они начинают проникать в те отделы мозга, вход в которые для них обычно закрыт. Так, например, при черепно-мозговой травме (у людей и животных) содержание адреналина, норадреналина и гистамина в мозге и цереброспинальной жидкости резко повышено. В силу функциональной недостаточности гематоэнцефалического барьера (уменьшение или увеличение его проницаемости по отношению к определенным составным элементам крови) происходит уменьшение или извращение гуморальной информации, поступающей в мозг, и, следовательно, нарушение физиологических взаимоотношений между нервными и нейросекреторными образованиями гипоталамо-гипофизарной системы. Нервные центры перестают получать адекватные сведения о процессах, протекающих в организме, и совершенно естественно — вся система регуляции функций начинает давать опасные для организма перебои. Наступает блокада регуляторных механизмов со всеми вытекающими последствиями. Повышение проницаемости (например, при черепно-мозговой травме) приводит к поступлению из крови веществ в зоны обычно для них закрытые. Возникают своеобразные противоположные антагонистические эффекты — парасимпатические при накоплении катехоламинов в различных отделах мозга или в цереброспинальной жидкости или симпатические при высокой проницаемости барьера для ацетилхолина и гистамина.

Установлено, что значительное повышение тонуса парасимпатической нервной системы при некоторых формах закрытой черепно-мозговой травмы возникает именно в тех случаях, когда в цереброспинальной жидкости нарастало содержание катехоламинов. При черепно-мозговой травме резко повышается содержание кортикостероидов в крови и постепенно в цереброспинальной жидкости. Это и понятно. Стресс ведет к усиленному выбросу кортикостероидов из коры надпочечников во внутреннюю среду. Повышенная проницаемость гематоэнцефалического барьера увеличивает их поступление в мозг и расширяет объем информации, получаемой гипоталамусом. Возникает реакция, цель которой отрегулировать, уменьшить на определенном этапе, снизить образование кортикостероидов.

Но проходит какое-то время и содержание кортикостероидов в цереброспинальной жидкости начинает падать, несмотря на то что в крови оно не только не уменьшается, но продолжает нарастать. В чем же дело? В чем причина столь парадоксальных взаимоотношений между общей внутренней средой и внутренней средой головного мозга? Оказывается, что прекращается торможение образования кортиколиберина, поскольку в крови нарастает содержание особого белка — транскортина, связывающего кортикостероиды. Образующаяся при этом крупная молекула транскортин-кортикостероиды задерживается барьером и не проникает в гипоталамус. Поступление информации об уровне кортикальных гормонов в крови прекращается. Это приводит к непрерывному нарастанию уровня кортикостероидов во внутренней среде. Активность системы гипоталамус—гипофиз—кора надпочечников нормализуется лишь после снижения содержания в крови транскортина и восстановления процесса поступления кортикостероидов в центральную нервную систему.

Таким образом, одной из причин длительной активации функции коры надпочечников при стрессовых состояниях является нарушение саморегулирующих механизмов, в систему которых входит также гематоэнцефалический барьер, обеспечивающих в физиологических условиях торможение системы гипоталамус—гипофиз—кора надпочечников по принципу обратной связи.

Г. Л. Шрейберг и его сотрудники выявили в среднем гипоталамусе наличие серотонинреактивных структур, активирующих нейросекреторные клетки, в которых образуется кортиколиберин. Именно в серотонинреактивных элементах происходит замыкание механизма отрицательной обратной связи при накоплении кортикостероидов в организме. Активирующие влияния, передающиеся через адренергическое звено с ретикулярной формации и заднего гипоталамуса, переключаются на серотонинергическое звено, что приводит к усилению деятельности системы гипоталамус—гипофиз—кора надпочечников. Это может служить доказательством, что регуляция функций этой системы осуществляется по цепи нейронов, имеющих различную медиаторную природу (адрен-, холин-, серотонинергическую). Надо полагать, что каждый медиатор по-разному действует на нейросекреторные клетки гипоталамуса и, вступая в действие при разных видах стресса, оказывает специфическое влияние на образование и выделение либерина. Различие гуморальных эффектов при стрессе можно объяснить дифференцированным поступлением различных медиаторов в разные отделы центральной нервной системы и действием их на те или другие звенья нейрогуморально-гормонально-барьерной цепи, участвующей в реализации стресс-реакции.

Мобилизация различных регуляторных механизмов вносит известную специфичность в развитие общего адаптационного синдрома. При некоторых видах стресса во внутренней среде создаются одни сочетания медиаторов, гормонов, метаболитов, при некоторых — другие. Важное значение для специфики стресса имеют гормоны щитовидной и поджелудочной желез, кинины, простагландины, о которых можно написать отдельную книгу. В одном можно быть уверенным. Вступление в действие различных нейрогуморально-гормональных механизмов при разных видах стресса отнюдь не однотипно и не однозначно.

* * *

Итак, подведем итоги. С самого начала перед исследователями возник вопрос о первичных механизмах стресса, вызывающих реакцию гипофиза и поступление кортикостероидов в кровь. Уже сам Селье говорил о комплексной гипоталамо-гипофизарной системе. Гипоталамус регулирует и контролирует деятельность вегетативной и эндокринной систем. Малейшие нарушения в составе и свойствах внутренней среды организма мгновенно улавливаются его клетками. Информационная емкость его необычайно велика. Безупречно действующая обратная связь молниеносно активирует механизмы, восстанавливающие физиологический баланс.

Но и гипоталамус отнюдь не автономен и не самостоятелен в своих функциях. Его деятельность находится под постоянным и неослабным влиянием вышележащих отделов головного мозга. К ним относятся в первую очередь лимбико-ретикулярная система — сложнейшая по строению и функциям область головного мозга. А лежащий еще выше тонкий слой нервного вещества (кора), покрывающий большие полушария мозга, осуществляет постоянный контроль над всей деятельностью организма. Взаимодействие низших и высших нервных центров создает своеобразные кольцевые ритмы во всех отделах мозга. И, как по мановению палочки дирижера, в игру включаются разные инструменты, разыгрывается целая симфония, в которой рассчитаны каждый звук, каждая нота, каждое изменение, усиление или ослабление тона.

Может ли это продолжаться бесконечно? Когда и почему наступает 3-я стадия стресса — стадия истощения?

Здесь следует еще раз вспомнить об относительном постоянстве состава внутренней среды и основных физиологических функций организма (кровообращения, дыхания, пищеварения, обмена веществ). Живая система отличается необычайной устойчивостью и до последней минуты противостоит возмущающим, а в определенных случаях — угрожающим ее существованию воздействиям. Она сопротивляется всеми доступными средствами, включая одну за другой все новые и новые линии обороны.

Организм — сложная самоуправляющаяся лаборатория. Скорее даже не лаборатория, а целая фабрика. Тысячи реакций, согласованных и взаимосвязанных, поддерживают ее стабильность и оберегают от полома. Красные лампочки зажигаются на каждом шагу и многочисленные реле и рубильники автоматически включаются и выключаются. Бесконечные стрессоры, подстерегающие нас на каждом шагу, в подавляющем большинстве случаев не вызывают необратимого истощения и не приводят к гибели. Если бы этого не было, сама жизнь стала бы невозможной.

Физиологические и химические бури, возникшие под ударами стрессовых воздействий, не угрожая гибелью организму, обычно постепенно затихают. Зыбкое, постоянно колеблющееся равновесие внутренней среды возвращается к исходному, более или менее устойчивому, наиболее приемлемому и выгодному для данной ситуации уровню.

Но что же происходит в живой системе, если сила стресса перешла границы гомеостатических ее возможностей, если стрессор длится слишком долго, если страдание становится невыносимым, если стрессором является неизлечимая болезнь?

Рис. 17. Схема развития стрессовой реакции (по Кассилю).

Объяснения в тексте.

Наступает момент, когда организм не в состоянии справиться с постоянно возрастающими требованиями и тогда-то возникает последняя стадия стресса — стадия истощения. Здесь кроется начало «болезни адаптации», обусловленной неспособностью организма приспособить свою внутреннюю среду к необычным, большей частью не совместимым с жизнью, условиям существования.

Можно спорить — отражает ли термин «болезни адаптации» сложную сущность состояния организма в этом периоде. Не правильнее ли говорить о нарушении регуляции функции, о расстройстве координации и корреляции физиологических и биохимических процессов, о неадекватных стимулах, о еще менее адекватных ответах, о возникновении хаотических, нерегламентируемых реакций, об изменении состава внутренней среды, о прогрессивно развивающихся болезнях гомеостаза.

Не так-то легко и просто представить себе последовательный ход событий при стрессе. Исследования, выполненные нашей лабораторией, позволили автору этой книги предложить собственную схему развития стресс-реакции (рис. 17).

Возбуждение коры головного мозга при стрессовых воздействиях передается на гипоталамус, где происходит освобождение — переход из связанной в активную форму норадреналина (НА) нервных клеток. Активируя норадренергические элементы (НАЭ) различных отделов центральной нервной системы, в первую очередь ее лимбико-ретикулярной формации, норадреналин через высшие симпатические центры стимулирует деятельность симпатоадреналовой системы. Это ведет к повышению образования и поступлению во внутреннюю среду гормона мозгового слоя надпочечников — адреналина (А). Последний через гематоэнцефалический барьер (ГЭБ) проникает из крови в задний гипоталамус, а возможно, и в другие отделы мозга. Возникающее под влиянием адренергических элементов (АЭ) общее возбуждение мозга в силу противоположной реакции центральных и периферических образований нервной системы на действие одного и того же химического раздражителя способствует повышению активности трофотропных механизмов — серотонинергических (СЭ) и холинергических (ХЭ). Они стимулируют (+) образование нейросекреторными клетками кортиколиберинов (КЛ), которые, попадая в гипофиз, вызывают усиленное поступление в кровь адренокортикотропного гормона (АКТГ). Под его влиянием в коре надпочечников увеличивается синтез кортикостероидов (КС), содержание которых в крови нарастает. Легко проникая через гематоэнцефалический барьер в мозг, кортикостероиды по закону обратной связи тормозят (—) образование кортиколиберинов, что ведет к снижению их уровня во внутренней среде. Однако, как указывалось выше, при длительных и угрожающих жизни стрессовых ситуациях КС связываются с особым белком крови транскортином (Т) и перестают проникать в мозг. Соединение КС+Т задерживается гематоэнцефалическим барьером. В мозг перестает поступать достоверная информация об уровне кортикостероидов в крови, что приводит к нарушению обратной связи и расстройству законов регуляции функций. Непрекращающееся образование и поступление КС в кровь приводит к истощению коры и мозгового слоя надпочечников.

Таким образом, в нашем представлении о механизмах стресса важную роль играют трофотропные механизмы. Их усиление, особенно выраженная гистаминемия (абсолютная и относительная), как в стадии резистентности, так и в процессе восстановления после стрессовой реакции, подчас весьма длительной (например, у летчиков, спортсменов некоторых категорий, испытателей специальных лабораторий), является, возможно, компенсаторной реакцией, «мерой физиологической защиты», направленной на сохранение гомеостаза.

Изучение роли ацетилхолина, гистамина, серотонина, инсулина в развитии гуморально-гормональных процессов при стрессовых состояниях имеет не только теоретическое, но и несомненное практическое значение. Компенсация, протекающая поначалу в границах гомеостаза при продолжающемся стрессе, становится постепенно избыточной, опасной для организма. Возникает стадия гипер- или суперкомпенсации, в которой гомеостатические механизмы подавлены, эрготропные системы истощены, трофотропные доминируют. Развивается дисбаланс в соотношении катаболических и анаболических метаболитов, и, если не приняты соответствующие меры, организм приходит в состояние коллапса, шока с нарушением основных жизненных функций. Расстраиваются взаимоотношения между отдельными компонентами единого нейрогуморально-гормонального барьерного комплекса, стремительно изменяются состав и свойства внутренней среды, перестают действовать гомеостатические механизмы. Конечно, все это происходит при сверхсильных, экстремальных и длительных воздействиях. В большинстве случаев организм справляется с состоянием стресса. Его надежность и защитные силы достаточно велики.

Заслуга Г. Селье в том, что он открыл, изучил и обосновал значение одного из важнейших механизмов защиты организма от подстерегающих его на каждом шагу опасностей. Созданная им концепция сыграла неоценимую роль в развитии теоретической и практической медицины. Значение ее для физиологии, биохимии, патофизиологии, фармакологии неоценимо. Но в то же время она не превратилась, да и не могла превратиться во всеобъемлющую сумму знаний, единую теорию медицины, о которой мечтали и продолжают мечтать многие представители современного естествознания.

Глава X. Внутренняя среда и спортивная деятельность

Всему миру известны успехи советских спортсменов на отечественных и международных состязаниях. Их великолепное мастерство, воля, сила, ловкость, выносливость вызывают восхищение многочисленных почитателей большого спорта, поклонников и ревнителей непревзойденного успеха человеческого тела и духа. Однако далеко не все любители и ценители понимают, что победа в соревновании зависит не только от тренированности и стремления к ней, но и от энергетических возможностей организма, физического состояния, химического состава и биологических свойств крови и тканевой жидкости, от направления и скорости протекающих в них обменных, синтезирующих и инактивирующих реакций, взаимодействия и противоборства образующихся и распадающихся метаболитов. Меньше всего мы думаем о том, что активность, деятельность, выносливость, работоспособность спортсмена, резервные и потенциальные возможности его организма при физических напряжениях в немалой степени определяются составом и свойствами внутренней среды.

Опыт показывает, что изучение содержания и соотношения биологически активных веществ в жидких средах и выделениях организма может быть с успехом использовано для оценки и прогнозирования результативности тренировочных и соревновательных усилий, для отбора кандидатов в спортивные школы и команды, выявления наиболее перспективных спортсменов, предупреждения специфических, особенно часто встречающихся у них отклонений от «физиологической нормы».

Однако исследования в этой области (а их довольно много) посвящены большей частью констатации фактов и регистрации гуморально-гормональных сдвигов в крови и моче при тех или других видах спортивной деятельности. Диагностическое значение получаемых данных, их корреляция с результатами затраченных усилий остаются обычно вне поля зрения спортивной физиологии и медицины.

Общепризнанные гуморально-гормональные критерии, обеспечивающие успех в соревнованиях, далеко еще не разработаны. Отсутствуют модельные характеристики, обязательные или по крайней мере желательные для сохранения или поддержания наиболее выгодного (оптимального) при данной ситуации состава и свойств внутренней среды. Не учитывается, что широко распространенная и далеко не всегда показательная среднеарифметическая «норма» гуморально-гормональных соотношений неприложима к «среднестатистическому» спортсмену. Высококвалифицированный, тренированный мастер спорта, независимо от его профиля и специальности, располагает индивидуальным чрезвычайно пластичным и в то же время экономически и физиологически наиболее выгодным для него набором биологически активных соединений (метаболитов, гормонов, медиаторов, ферментных и связывающих систем), соотношение которых во внутренней среде является адекватным именно для его организма, и обеспечивает надежными ресурсами энергетические потребности в состояниях спортивного стресса.

Поэтому в плане спортивной физиологии и медицины данные, полученные при изучении внутренней среды, имеют значение только при сопоставлении с работоспособностью того или другого спортсмена, его выносливостью, реактивностью, психоэмоциональным состоянием, адаптацией или усталостью, либо утомлением, истощением, временем восстановления исходного состояния после физической нагрузки.

В течение нескольких лет автор этой книги со своими сотрудниками изучает во Всесоюзном научно-исследовательском институте физической культуры нейро-(вегетативно)-гуморально-гормональный комплекс регуляции функций при различных видах спортивной деятельности. Мы исследуем его в состоянии покоя, при тренировках, соревнованиях, в периоде восстановления физических сил, а также при перемене местожительства спортсменов. Изменение временного (географического) пояса имеет исключительно важное значение в спорте. Соревнования, особенно международные, проводятся в различных районах не только нашей необъятной страны от Бреста до Владивостока, но и в разных полушариях, различных континентах, отделенных друг от друга десятками тысяч километров, отличающихся не только расположением, климатом, но и поясным временем. Спортсмены выезжают из Казахстана в Белоруссию, из Москвы в Канаду, из Хабаровска в Австралию и Америку. Всюду свое время, свои часы тренировок, соревнований, бодрствования и сна. Самолет перебрасывает Олимпийские команды за несколько часов с одного стадиона на другой, и они начинают игру в часы, привычные для сна, и ложатся спать в периоды наиболее высокой для них спортивной работоспособности.

Спортивная деятельность, в частности, упражнения, тренировки и особенно соревнования, может быть полностью отнесена к возмущающим, в подавляющем числе случаев стрессорным факторам. Любое физическое или эмоциональное напряжение является толчком к возникновению цепной реакции, выражающейся в развитии фазовых колебаний состава физико-химических и биологических свойств внутренней среды.

Не будет преувеличением, если мы признаем спорт, особенно профессиональный, сильным, сверхсильным и даже иногда экстремальным раздражителем и рассмотрим возникающие при нем реакции в аспекте классической теории стресса. Большой экспериментальный материал, полученный нами, освещен в специальной литературе[29]. Поэтому здесь нет необходимости детально описывать полученные результаты и можно ограничиться лишь несколькими примерами и немногими обобщениями.

Исследования проводились на специально подобранных группах испытуемых высококвалифицированных спортсменов-пловцов, бегунов — стайеров и спринтеров, борцов, многоборцев, велосипедистов, ходоков, лыжников на дальние дистанции, баскетболистов, хоккеистов, стрелков, фигуристов, шахматистов и т. д.

Эрготропные (катаболические) гуморально-гормональные системы. Значение катехоламинов в организации приспособительных реакций организма, в частности в активации механизмов, обеспечивающих повышение работоспособности организма, широко изучается в нашей стране и за ее рубежами. Ни у кого не вызывает сомнений, что реакции симпатоадреналовой системы имеют первостепенное значение для оценки физического и эмоционального состояния спортсменов. Катехоламины — их образование, распад, выделение — позволяют больше, чем какие-либо другие гормоны и медиаторы, судить о спортивной форме и результативности тренировок, о перетренировках и утомлении, об адаптации организма к физическим нагрузкам, к смене географических (климатических, временных) условий обитания, о характере и сроках восстановления физиологических функций и т. д. Данные, полученные при определении катехоламинов в крови и моче, могут быть использованы для прогнозирования реакции организма на стрессорные и экстремальные воздействия, для выявления слабых и уязвимых сторон в физической и психологической подготовке спортсменов.

Наиболее информативным является определение катехоламинов, их предшественников и продуктов превращения не столько в крови, сколько в моче, собранной в течение суток. Оно отражает сумму процессов, характеризующих обмен катехоламинов в течение достаточно длительного периода времени. Взятие крови у спортсмена представляет само по себе стрессорное воздействие, оно не всегда возможно, да к тому же отражает сиюминутные сдвиги, нередко очень кратковременные, сменяющиеся сдвигами противоположного направления. Для анализа изменений, вызванных кратковременной физической нагрузкой (тренировка, предстартовый период, соревнование, острое утомление), большой интерес представляет изучение экскреции катехоламинов в моче, собранной непосредственно после воздействия, будь то езда на велоэргометре, бег на третбане, тренировка в поле, соревнование. Определение катехоламинов в порциях мочи, полученной в последующие после воздействия периоды времени (иногда часы, иногда дни), позволяет оценить процесс восстановления функций организма. О колебании суточного ритма активности симпатоадреналовой системы судят по содержанию катехоламинов в отдельных порциях мочи (4—6—8 в течение суток).

Определение катехоламинов в порциях мочи, собранных перед тренировочной нагрузкой, направленной на развитие силы и выносливости, и после нее, дает возможность выявить, достаточна ли эта нагрузка для успешного выполнения задания тренера. Отсутствие прироста экскреции катехоламинов в процессе подготовки к соревнованиям указывает как на недостаточность физической нагрузки, так и на серьезные нарушения функций в организме спортсмена. Нередко это говорит и о запрограммированной, генетически обусловленной слабости симпатоадреналовой системы.

Мы пришли к выводу, что наиболее эффективны тренировочные нагрузки, при которых содержание катехоламинов в моче увеличивается в 2—4 раза. Так, например, у пловцов при физической нагрузке, характеризуемой тренерами как «большая», экскреция адреналина повышается в среднем почти в 4 раза, в то время как при умеренной тренировочной нагрузке лишь в 2 раза. У лыжников сопоставлялось влияние умеренной и большой тренировочной нагрузки, интенсивность которой по сравнению с предельной (экстремальной) составляла соответственно 80 и даже 100%. Оказалось, что большая нагрузка повышала одновременно и экскрецию адреналина, и особенно интенсивно — норадреналина. Примерно такие же результаты были выявлены при обследовании борцов, стрелков, фигуристов, гимнастов, баскетболистов, десятиборцев, бегунов. После кратковременных интенсивных физических нагрузок у спортсменов повышается обычно выделение адреналина. Однако при длительных упражнениях и тренировках наряду с адреналином значительно повышается экскреция норадреналина. Направление этих сдвигов согласуется с хорошо известными представлениями (см. стр. 61), согласно которым адреналин — гормон «тревоги» — вызывает быструю мобилизацию энергетических возможностей организма, необходимых при кратковременных и интенсивных физических нагрузках. В то время как норадреналин — гормон «гомеостаза» — поддерживает мобилизацию энергетических ресурсов организма в течение более длительного периода. Однако иногда выброс катехоламинов во внутреннюю среду при тренировках выражен слабо, особенно если накануне проводилось изнуряющее соревнование. Утомление, усталость снижают, как правило реактивность симпатоадреналовой системы. Для восстановления ее требуется какое-то время. Обычно это выявляется по мере снижения эффективности повторных тренировок. Напротив, нарастание экскреции катехоламинов при тренировках — показатель их положительного значения.

Большое значение для оценки состояния и спортивной формы имеет определение в моче предшественников адреналина и норадреналина — ДОФА и дофамина. Можно считать установленным, что к успеху приводят такие физические нагрузки, при которых нарастание экскреции адреналина и норадреналина сопровождается одновременным увеличением выделения ДОФА и дофамина. Это показывает, что активация симпатоадреналовой системы сопровождается мобилизацией ее резервных возможностей и создает предпосылки для устойчивой, длительной работоспособности спортсмена. Значение дофамина не исчерпывается однако его ролью предшественника норадреналина. Еще раз следует напомнить, что работы последних лет показали, что дофамин имеет важное значение для жизнедеятельности организма, особенно центральной нервной системы. Повышение его уровня во внутренней среде и, следовательно, увеличение содержания в моче представляют один из существенных показателей эффективности тренировок и показателей результативности соревнований.

Менее адекватными являются изменения, при которых нарастание экскреции катехоламинов с мочой не сопровождается соответствующим повышением в ней ДОФА или дофамина. Чем ниже содержание предшественников катехоламинов, тем менее выражены потенциальные возможности симпатоадреналовой системы. В этих случаях необходимо выяснить причину снижения функциональных возможностей организма. Она может зависеть от утомления, возникновения патологических явлений, торможения или истощения симпатического отдела вегетативной нервной системы и т. д.

Однако следует отметить, что у спортсменов при тренировочных нагрузках, даже максимальных по интенсивности, такие изменения, при которых экскреция предшественников снижалась бы до нуля, т. е. резервы полностью истощались, практически отсутствуют. И в то же время подобного рода катастрофические изменения наблюдаются иногда при тяжелых заболеваниях и инфарктах миокарда, при черепно-мозговой травме, при шоке и некоторых других тяжелых заболеваниях.

Исследования нашей лаборатории показали, что определение катехоламинов может быть использовано также при оценке эмоционального состояния спортсмена.

Особое значение эмоциональной реактивности для спорта известно всем. Это знают и спортсмены, и тренеры, и врачи спортивных команд. Существует немало критериев оценки эмоционального состояния при тренировках, в предстартовом периоде, при соревнованиях. Уровень экскреции катехоламинов, в первую очередь адреналина, может быть использован как показатель «уровня эмоций». Так, например, у десятиборцев (мастеров всесоюзного и международного класса) степень предстартового нарастания экскреции катехоламинов была связана со значимостью соревнований. Предстартовые изменения выявлялись уже за 3 дня до спортивного выступления (экскреция адреналина увеличивалась в 2,5 раза). Утром 1-го дня соревнований, продолжавшихся 2 дня, она была повышена в 3,5 раза, а утром 2-го дня соревнований, когда решалась судьба спортивного достижения, в 5 раз. Одновременно происходила мобилизация резервов (увеличение экскреции ДОФА и дофамина) и уменьшалось выделение продуктов обмена катехоламинов, что способствовало их накоплению во внутренней среде. Особенно резкое повышение экскреции катехоламинов (нередко в несколько раз) в предстартовом периоде наблюдалось у стрелков. Победа, успех сопровождались у них дальнейшим повышением экскреции катехоламинов.

Умеренная (но именно умеренная) активация симпатоадреналовой системы на старте — благоприятный фактор для дальнейших выступлений спортсменов. Уровень катехоламинов в моче не должен быть при этом чрезмерным или избыточным. Мобилизация резервов в предстартовом периоде, т. е. высокая экскреция дофамина и ДОФА, несомненно благоприятный показатель, поскольку говорит о том, что в необходимый момент могут синтезироваться активные формы гормонов и медиаторов.

Но не все катехоламины приносят спортсмену одинаковую пользу. Используя корреляционный анализ зависимости между уровнем катехоламинов в моче баскетболистов на старте и их последующими спортивными результатами во время ответственных игр, мы установили, что чем выше была экскреция адреналина в предыгровом периоде, тем ниже оказалась результативность игры. И, наоборот, наилучшие результаты были зафиксированы при высокой экскреции в предстартовом состоянии норадреналина, дофамина и ДОФА.

Анализ индивидуальных достижений спортсменов высокого класса показал, что активация симпатоадреналовой системы и мобилизация ее резервов в предстартовом периоде благоприятно отражаются на результатах соревнования и способствуют успешному выступлению на них. Однако необходимо еще раз подчеркнуть, что чрезмерное ее активирование на старте может привести к ослаблению и даже истощению симпатоадреналовой системы, что отрицательно сказывается на спортивных результатах.

Об одном наблюдении следует рассказать особо. Двое пловцов — мастеров спорта обследовались ежедневно во время тренировочных сборов по 4 раза в день. У одного из них (мастера спорта К.) — спринтера[30] после утренних тренировок отмечалась отчетливо выраженная активация симпатоадреналовой системы. И тренеры и врачи, наблюдавшие спортсмена, могли с уверенностью утверждать, что он тренируется в утренние часы с полным напряжением своих функциональных возможностей. В дальнейшем это явилось важной предпосылкой к повышению его спортивных результатов. Однако во время вечерних тренировок реактивность симпатоадреналовой системы была значительно слабее, хотя субъективно пловец пребывал в состоянии сильнейшего напряжения.

По-видимому, вследствие значительной активации симпатоадреналовой системы в утренние часы к вечеру наступало отчетливое снижение ее резервных возможностей, что ускоряло наступление утомления.

У второго спортсмена — мастера спорта Ч., стайера[31] — активация симпатоадреналовой системы при тренировках отсутствовала как в утренние, так и в вечерние часы. Экскреция катехоламинов практически не повышалась. Это позволило и тренерам, и врачам сделать заключение, что при тренировках испытуемый не использует всех наличных и потенциальных возможностей организма. Либо он проводил тренировку в полсилы, либо у него страдали механизмы, активирующие симпатоадреналовую систему, что и явилось причиной недостаточной работоспособности и низкой эффективности тренировок. К тому же и спортивные достижения его оказались невысокими.

Но вот и другая сторона проблемы. У группы спортсменов — лыжников-гонщиков активность симпатоадреналовой системы в состоянии покоя находилась в пределах обычной физиологической нормы. Тренировка проводилась по специальной схеме. Первая нагрузка (бег на третбане), выполненная в начале тренировочного сбора, вызвала отчетливую активацию гормонального звена симпатоадреналовой системы — повысилась экскреция адреналина. Однако вторая нагрузка на третбане в конце тренировочного сбора подобной активации уже не вызывала. В то же время работоспособность спортсменов по окончании цикла тренировок значительно увеличилась. В данном случае снижение экскреции катехоламинов после физической нагрузки было, по-видимому, связано с адаптацией к ней организма. При тренировочных нагрузках разной силы и интенсивности симпатоадреналовая система у лыжников повышала свою активность за счет нервного (медиаторного) звена. Значительно увеличивалась экскреция норадреналина. Однако при тяжелых, многочасовых тренировках, связанных с сильным эмоциональным напряжением и подчас с совершенно недостаточной эффективностью, активировалось преимущественно адреналовое (гормональное) звено.

Соревнования, особенно ответственные, например, Спартакиада народов, Кубок СССР или Олимпийские игры, сопровождались значительным повышением экскреции катехоламинов, что отражало как эмоциональное, так и физическое напряжение спортсменов. Нарастание экскреции катехоламинов при этом было более выражено, чем во время тренировок или в предстартовом периоде. Отсутствие увеличения экскреции катехоламинов после соревнований — показатель утомления либо недостаточной заинтересованности спортсмена в результатах соревнований.

В тех случаях, когда соревнования продолжались несколько дней, только те спортсмены, у которых устойчивая активация симпатоадреналовой системы сохранялась в течение всего соревновательного периода, добивались наилучших результатов. Недостаточно успешно выступали обычно спортсмены, у которых активация симпатоадреналовой системы отличалась неустойчивостью и нарастание активности сменялось ее торможением.

Изучение экскреции катехоламинов во время соревнований имеет немаловажное значение для построения тренировочного процесса. Сопоставление величины экскреции катехоламинов в процессе тренировок и во время соревнований помогает совершенствовать тренировочный процесс. Тренировки должны подготовить спортсмена к стрессорным нагрузкам, ожидающим его во время соревнований. В какой-то мере они должны способствовать уменьшению эмоциональных «всплесков», освободить спортсмена от чувства неуверенности, боязни, страха и тем самым снизить поступление в кровь адреналина.

После долгих экспериментальных поисков и столь же долгих внутрилабораторных дискуссий мы пришли к выводу, что высокий коэффициент норадреналин/адреналин в моче — благоприятный показатель при выполнении заданий, требующих максимального, а подчас и сверхмаксимального напряжения сил. Оказалось, что в процессе многолетних тренировок по мере роста спортивного мастерства у спортсменов различного профиля повышается реактивность именно норадреналинового (медиаторного) звена симпатоадреналовой системы. Индивидуальные, подчас очень различные колебания высокой экскреции норадреналина при выступлениях наших ассов спорта — несомненный положительный прогностический признак, особенно если сочетаются с высоким уровнем выделения предшественников катехоламинов — дофамина (в первую очередь) и ДОФА и снижением экскреции продуктов превращения или распада катехоламинов. Последнее является показателем экономного расходования гормонов, протекающее наряду с высоким коэффициентом их полезного действия. Точно так же показателем экономизации гормональных функций организма можно считать сниженную экскрецию катехоламинов, выявляющуюся у высококвалифицированных спортсменов различного профиля в состоянии относительного покоя. К этому вопросу нам придется еще вернуться.

Многолетние исследования, проводившиеся в нашей лаборатории, все больше и больше подтверждают мысль, что спортсмены «норадреналинового типа», у которых при стрессовых состояниях преобладают образование, накопление в крови и повышенная экскреция норадреналина (вспомним еще раз о «гормоне льва»), легче и с более высокой результативностью переносят состояние напряжения (эмоционального и физического). Они обладают более высокой выносливостью и целеустремленностью, чем спортсмены, у которых реакции протекают по «адреналиновому типу», т. е. с преобладанием в крови и высокой экскрецией адреналина.

Эта закономерность сопутствует почти всем видам спорта, требующим значительного физического напряжения. Она подтверждена не только путем опросов и экспериментальных исследований, но и методом математического изучения корреляций между состоянием и реактивностью симпатоадреналовой системы, с одной стороны, и успехом спортсменов при тренировках и соревнованиях — с другой.

Исследование экскреции катехоламинов у спортсменов можно использовать так же, как один из критериев не только острого, но и хронического утомления спортсменов. Показателем его являются длительно продолжающееся снижение экскреции катехоламинов в состоянии относительного покоя и повторяющееся отсутствие нарастания ее в процессе тренировочных и тестовых нагрузок, выполненных до отказа.

Но процесс может протекать иначе и в основе его могут лежать и другие — противоположные — механизмы. Систематические тренировки и соревнования с промежутками в 1—2, 3—5 дней приводят нередко к снижению экскреции катехоламинов. Симпатоадреналовая система адаптируется, приспособляется к постоянным интенсивным упражнениям и, активируясь, обходится меньшим количеством медиаторов и гормонов.

Большое значение для суждения об адаптационных процессах имеет изучение экскреции продуктов превращения (метаболитов), катехоламинов, в частности метанефрина, норметанефрина и ванилилминдальной кислоты. Повышение тренированности сопровождается обычно уменьшением выделения метаболитов. Возникают так называемые гипометаболические сдвиги. Напротив, у менее тренированных спортсменов при физических нагрузках экскреция как катехоламинов, так и их метаболитов нарастает. Этот факт вызвал вначале некоторое недоумение. Разгадка пришла не сразу. У некоторых мастеров спорта самого высокого класса (у одного гроссмейстера шахматиста, у некоторых борцов-рекордсменов) экскреция катехоламинов в состоянии относительного покоя находилась на самом низком уровне. Однако реактивность симпатоадреналовой системы, ее мобилизационные свойства при стрессовых ситуациях были намного выше среднего уровня. Итак, запомним. И утомление, и адаптация приводят иногда к одним и тем же результатам.

При перемене временного пояса[32] выявлено довольно значительное изменение экскреции катехоламинов. Обследование спортсменов-бегунов в Хабаровске в состоянии относительного покоя не показало каких-либо особенностей со стороны экскреции катехоламинов, их предшественников и метаболитов по сравнению с другими обследованными нами в Москве и других городах группами спортсменов. Суточный ритм соответствовал ритму его у здоровых людей, не занимающихся спортом.

В силу некоторых специальных условий эксперимента испытуемые проводили соревнование в Хабаровске не в утренние часы, а во второй половине дня. При этом обнаружилось некоторое отличие от обычного течения реакции. Симпатоадреналовая система активировалась после физической нагрузки не сразу, а с некоторым запозданием, через несколько часов, ночью, когда, как правило, экскреция катехоламинов снижается.

Интересно отметить, что при ночных полетах летчиков активация симпатоадреналовой системы наступала тоже не сразу после полета, а лишь на следующий день (через 16—18 ч). Выброс катехоламинов происходил в часы, совпадавшие со временем обычного дневного тренировочного «подъема» летчика в барокамере на большую высоту. Такая отставленная, несвоевременная реакция имеет существенное биологическое значение. Вероятнее всего, это динамический стереотип, т. е. система закрепившихся связей и взаимоотношений в организме, возникшая вследствие неоднократного повторения определенных сочетаний возмущающих воздействий. По-видимому, тренировки и соревновательные нагрузки во второй половине дня, вечером и ночью влияют на состояние симпатоадреналовой системы иначе, чем те же физические и эмоциональные нагрузки утром.

Этот факт отмечен нами уже давно. Реакция симпатоадреналовой системы ночью ниже, чем днем. Так, например, введение фармакологического препарата мезатона, возбуждающего симпатическую систему, ночью вызывает очень слабую реакцию, в то время как днем мезатон является одним из наиболее эффективных, повышающих кровяное давление (гипертензивных) препаратов. Факт этот как-то мало учитывается и в медицинской, и в спортивной практике.

Но вернемся к перелету Хабаровск—Воронеж (рис. 18). На вторые сутки полета в Воронеж у спортсменов были отмечены значительные нарушения суточного ритма экскреции катехоламинов и их предшественников. Суточные колебания обмена катехоламинов в Воронеже протекали по хабаровскому времени. И лишь на 6-е сутки пребывания в Воронеже внутренняя среда приспособилась (адаптировалась) к перемене временного пояса. Восстановился физиологический уровень (тонус) симпатоадреналовой системы, но даже на 6-е сутки не восстановилась ее реактивность. Соревновательная нагрузка, проведенная в утренние часы на 11-е сутки после прибытия из Хабаровска в Воронеж, не вызвала уже знакомой читателю активации симпатоадреналовой системы. Увеличение экскреции катехоламинов отсутствовало. Результаты этих наблюдений необходимо учитывать при определении сроков адаптации организма к перемене географических условий, например, при поездке спортивных команд за рубеж, при переезде с одного континента на другой и т. д. Нужен длительный срок, для того чтобы внутренняя среда полностью приспособилась к перемене временного пояса.

Рис. 18. Суточный ритм экскреции адреналина (А) и норадреналина (НА) у спортсменов-бегунов при смене часовых поясов.

I — обследование в состоянии покоя в городе постоянного проживания (Хабаровск);

II — через сутки после перелета Хабаровск — Воронеж;

III — на 7-е сутки пребывания в Воронеже; абсцисса — время сбора мочи: 1 — 7-12 ч; 2 — 11-14 ч; 3 — 14-23; 4 — 23-7 ч.

Трофотропные (анаболические) гуморально-гормональные системы. Напряженная физическая деятельность вызывает вначале значительное снижение холинергической активности крови. На первом этапе уровень ацетилхолина снижается и усиливаются инактивирующие его механизмы. Организм тормозит, как бы отсекает «противосистемы», препятствующие мобилизации гуморальных систем, усиливающих его деятельность. В зависимости от длительности физического напряжения трофотропные факторы как бы на время отступают, образно выражаясь, расходы преобладают над доходами. Но, как правило, за некоторыми исключениями, тренировки или соревнования не заканчиваются в течение нескольких минут. Иногда они длятся часами и тогда происходит уже описанная выше смена фаз — постепенное ослабление катаболических процессов и усиление анаболических. Повышается содержание в крови ацетилхолина, инсулина, гистамина, серотонина.

Однако обмен последних двух биогенных аминов при спортивной деятельности отличается некоторыми особенностями[33].

Еще несколько лет назад мы обратили внимание, что у тренированных спортсменов-велосипедистов суточная экскреция гистамина в состоянии относительного покоя значительно выше, чем у лиц, не занимающихся систематически спортом. На первый взгляд это показалось и удивительным, и непонятным. При тренировках на велоэргометре экскреция гистамина у них снижалась, но при соревнованиях нарастала. Одновременно повышалась также экскреция 5-оксииндолуксусной кислоты, что, как известно, указывает на повышение содержания серотонина в организме. В дальнейшем выявилось, что и у пловцов высокой квалификации после многолетних тренировочных занятий и выполнения специальных заданий (тестовых и соревновательных) также значительно повышено образование и экскреция гистамина. Даже в состоянии относительного покоя их моча содержит в 3—4 раза больше гистамина, чем моча лиц, не занимающихся спортом.

У двух пловцов мастеров спорта, о которых уже говорилось выше, при тренировках были получены различные результаты. У мастера спорта К. экскреция гистамина и 5-оксииндолуксусной кислоты повышалась и повышение шло в одном направлении. Это совпадало с высокой работоспособностью и хорошими спортивными результатами. У мастера Ч. при физических нагрузках кривые экскреции обоих аминов шли в разных направлениях. Нарастание уровня гистамина в моче сопровождалось снижением экскреции 5-оксииндолуксусной кислоты. При этом общая работоспособность и спортивные результаты находились на низком уровне. По-видимому, эти «ножницы» отрицательно сказывались на эффективности усилий спортсмена. Несомненно, существуют и синергические и антагонистические проявляющиеся при утомлении соотношения между гистамином и серотонином. Однако вопрос этот требует дальнейшего изучения.

Суточная экскреция гистамина у лыжников-гонщиков в состоянии покоя также оказалась значительно более высокой, чем у здоровых людей того же возраста, не занимающихся спортом. Во время тренировочного сбора большие нагрузки приводили к снижению экскреции как гистамина, так и 5-оксииндолуксусной кислоты. Экскреция гистамина была значительно повышена в состоянии относительного покоя и у летчиков, но в то же время не превышала нормы у десятиборцев. При этом сдвиги в обмене гистамина почти никогда не сопровождались заметными отклонениями в общем состоянии здоровья спортсменов. Во всяком случае, не отражались до поры, до времени.

Интересно отметить, что при тренировках экскреция гистамина и 5-оксииндолуксусной кислоты с мочой приобретает фазовый характер, то повышаясь, то снижаясь, что зависит как от характера физического напряжения (объема, интенсивности, интервалов между тренировками), так и от исходного состояния и реактивности нейро-гуморально-гормональных систем. Устойчивая в пределах нормальных колебаний, экскреция гистамина и 5-оксииндолуксусной кислоты при относительном покое, а также фазовое течение реакций при нагрузках указывают, по нашим данным, на хорошее функциональное состояние организма спортсмена. Высокий уровень и синхронное выделение гистамина и 5-оксииндолуксусной кислоты в процессе соревнований являются показателем способности организма спортсмена к адаптации, что находит свое отражение в его успешном выступлении.

Экскреция гистамина была в наших исследованиях повышена у летчиков, пловцов, лыжников, велосипедистов, бегунов. В процессе физических нагрузок, тренировок, соревнований выделение гистамина в большинстве случаев снижалось. Объяснить это явление трудно. Гистаминемия (абсолютная и относительная) связана обычно с возможной аллергизацией организма. Не исключено, как уже указывалось, что в организме в процессе длительных тренировок и повторных соревнований происходит накопление запасов биогенных аминов (гистамина и серотонина), необходимых организму для предстоящих спортивных стрессов. Возможно, что накопление гистамина, активируя мозговой слой надпочечников, способствует образованию катехоламинов, необходимых организму при физических нагрузках. Видимо, немаловажное значение при этом имеет условнорефлекторный момент — предшествующие стрессы подготовляют почву для будущих.

Сниженный уровень гистамина и 5-оксииндолуксусной кислоты при относительном покое, сглаживание фазовых реакций и десинхронизация ритмов экскреции этих биологически активных веществ при соревнованиях наблюдаются обычно при низких спортивных результатах.

По-видимому, высокое содержание гистамина в крови (абсолютная гистаминемия) или ослабление инактивирующих его механизмов (относительная гистаминемия) в исходном фоне у спортсменов определенных категорий имеет положительное значение, особенно в тех случаях, когда одновременно в крови повышен уровень серотонина.

При перемене временного пояса (эксперимент Хабаровск — Воронеж) были выявлены интересные закономерности. У спортсменов-бегунов в Хабаровске суточная экскреция гистамина и 5-оксииндолуксусной кислоты в состоянии относительного покоя колебалась в границах физиологической нормы. В норме протекал и ее суточный ритм. Он соответствовал ритму здоровых людей, не занимающихся систематически спортом. Однако в день соревнований в Хабаровске, в предстартовом периоде и после соревнований содержание гистамина в моче было снижено. Эмоциональное и физическое напряжение вызвало напряжение эрготропных систем и, по-видимому, защитное (но не компенсаторное!) ослабление трофотропных.

После перелета в Воронеж суточная экскреция гистамина и 5-оксииндолуксусной кислоты увеличилась вдвое по сравнению с экскрецией в состоянии относительного покоя, зарегистрированной в Хабаровске. Восстановление уровня экскреции 5-оксииндолуксусной кислоты наблюдалось к 7-му, а гистамина — к 12-му дню. В дни соревнований в Воронеже у всех спортсменов экскреция гистамине и 5-оксииндолуксусной кислоты после соревнований резко увеличивалась. Таким образом, характер реагирования систем гистамина и серотонина в Воронеже и Хабаровске был различен.

Гипоталамо-гипофизарно-надпочечниковая система. О состоянии этой системы при спортивной деятельности следует сказать особо. Как уже указывалось выше, гормоны коры надпочечников — кортикостероиды имеют исключительно важное значение при развитии стрессовых ситуаций. Экскреция кортикостероидов у спортсменов, занимающихся разными видами спорта, отнюдь неоднотипна. Как показал в нашей лаборатории Г. Л. Шрейберг, функциональное состояние гипоталамо-гипофизарно-надпочечниковой системы у спортсменов различной специализации и квалификации в периоде относительного покоя, на старте и во время соревнований может быть различным. При циклических видах спорта в процессе тренировок наилучшие результаты показывают высококвалифицированные спортсмены, у которых кортикостероидный гормональный фон находится в пределах нормальных колебаний, свойственных здоровым людям, не занимающимся спортом. У этой группы спортсменов уровень предшественников гидрокортизона относительно высок, что свидетельствует о наличии достаточных резервов, необходимых для биосинтеза глюкокортикоидных гормонов группы гидрокортизона при физических напряжениях. Во время соревнований у них наблюдается выраженная активация гипоталамо-гипофизарно-надпочечниковой системы и повышается выделение глюкокортикоидов.

В тех случаях, когда эта система в предстартовом периоде заторможена, а во время соревнований не активируется, спортивная работоспособность при циклических видах спорта не может быть и не бывает высокой, поскольку энергетические потребности организма должным образом не обеспечиваются.

В конце длительных тренировочных сборов у пловцов, как и у борцов, активность гипоталамо-гипофизарно-надпочечниковой системы обычно снижается (адаптация!). В этих случаях особое значение приобретает ее реактивность, вернее, ее высокая мобилизационная способность в предстартовом периоде, подготовляющая организм к предстоящим энергетическим затратам. Хороших спортивных результатов в этих видах спорта добиваются высококвалифицированные спортсмены, у которых в процессе соревнований гипоталамо-гипофизарно-надпочечниковая система резко активируется. И, напротив, низкая экскреция кортикостероидов на старте или снижение ее при соревнованиях являются плохим прогностическим признаком. Высоких достижений в этих случаях от спортсменов ждать не приходится.

При скоростно-силовых видах спорта, например, у ведущих десятиборцев, у которых кортикостероидный фон обычно значительно выше, чем у спортсменов другого профиля, наилучшие спортивные результаты показывают лица, у которых в предстартовом периоде экскреция кортикостероидов несколько снижена (организм экономит резервы). Но зато при соревнованиях экскреция кортикостероидов возрастает в 5—8 раз по сравнению с исходным уровнем. Снижение экскреции глюкокортикоидных гормонов перед стартом и стремительное их образование при возмущающих действиях способствуют необходимому обеспечению энергетических потребностей организма. В то же время у некоторых спортсменов, у которых в предстартовом периоде гипоталамо-гипофизарно-надпочечниковая система находилась в состоянии высокой активности и экскреция кортикостероидов не снижалась к концу соревнований в связи с неэкономным расходованием гормональных резервов, нередко возникали явления утомления и даже истощения коры надпочечников. В этих случаях спортивные результаты были резко снижены.

Длительные тренировки повышают обычно функциональные возможности (реактивность) гипоталамо-гипофизарно-надпочечниковой системы. И это, видимо, имеет большое значение для высокой работоспособности, выносливости спортсмена, эффективности тренировочных и соревновательных нагрузок.

Изучались нами у спортсменов и суточные ритмы экскреции гормонов коры надпочечников. Смена временного пояса при перелете из Хабаровска в Воронеж привела к полному нарушению выработанного в Хабаровске суточного ритма экскреции кортикостероидов. Даже к 7-му дню после перелета не наступило приспособления к изменившимся географическим условиям, а на 11-й день после перелета в Воронеж гипоталамо-гипофизарно-надпочечниковая система у большинства спортсменов при соревнованиях не только не активировалась, но была даже заторможена. Хорошие спортивные результаты показали лишь двое спортсменов, у которых такое торможение отсутствовало.

Отсюда еще раз предупреждение и спортсменам и тренерам. При перемене временного пояса внутренняя среда организма приспособляется к изменившимся условиям значительно медленнее, чем основные физиологические функции, и даже медленнее, чем высшая нервная деятельность. Перестраивая распорядок дня и ночи, бодрствования и сна, активности и покоя, целостный организм с большим или меньшим коэффициентом полезного действия включается в ритм нового обитания, изменяя высшую нервную деятельность в соответствии с условиями внешней среды. Переезжая из Москвы в Нью-Йорк, человек быстро привыкает к перемене временного пояса, но ритмы физиологических и физико-химических процессов, протекающих в органах, клетках и субклеточных структурах, определяющие состав и свойства крови и тканевой жидкости, еще долго остаются на привычном (в данном случае московском) стереотипном уровне и адаптируются, по-видимому, через довольно продолжительный период времени.

И, наконец, замечание, адресованное уже не тренерам, а физиологам, биохимикам и врачам, обслуживающим спортивные команды. Как правило, основное внимание при решении вопросов адаптации организма, повышения его устойчивости к стрессорным факторам и сохранения спортивной формы при различных по интенсивности и характеру видах физического напряжения уделяется двум системам — симпатоадреналовой и гипоталамо-гипофизарно-надпочечниковой. В какой-то мере это и правильно и неправильно. Результаты наших исследований показывают, что биогенные амины трофотропного ряда (ацетилхолин, гистамин, серотонин, инсулин) имеют неменьшее значение в регуляции гомеостатических механизмов организма спортсмена. На их содержание во внутренней среде организма необходимо обращать самое бдительное внимание.

* * *

Итак, подведем итог. Но сначала небольшая цитата из романа Чарлза Сноу «Лакировка»[34]. В нем случайное наблюдение, имеющее, однако, глубокий физиологический смысл. «...Сам (герой романа. — Г. К.) тем временем вспоминал довольно глупую вещь, наследие тех дней, когда он еще играл в спортивные игры. Согласно фольклору участников таких игр, все люди в критические минуты делятся на две категории: тех, кто краснеет, и тех, кто бледнеет, и в тяжелом положении полагаться следует на вторых». «Белеют», т. е. бледнеют, как известно, люди с преобладающей симпатоадреналовой системой, с высокой реактивностью ее симпатического (медиаторного) отдела. И если перевести на язык физиологии и биохимии, это спортсмены, которых мы отнесли к «норадреналовому» типу. Краснеют — люди с повышенной реактивностью вагоинсулярной (парасимпатической) системы. В связи с этим уместно вспомнить высказанное нами в этой главе положение о наибольшей перспективности (работоспособности, выносливости) спортсменов, которые ближе к «норадреналиновым» представителям человеческого рода. Но... во всем существует свое «по». Спортсмены, приближающиеся к «вагоинсулярному» типу, легче восстанавливают свои функции и быстрее возвращаются в строй. В этом их преимущество, сила и слабость.

Можно считать доказанным, что у лиц, систематически (профессионально) занимающихся спортом, — спортсменов разных специальностей и различной квалификации — границы гомеостаза значительно расширены по сравнению с категориями людей, которых мы условно называем «неспортсменами», поскольку они либо вовсе не занимаются физкультурой, либо ограничивают ее утренней зарядкой. Средние величины гуморально-гормональных показателей могут устанавливаться у них на уровне как более высоком, так и более низком, чем у людей, не занимающихся систематически спортом. Однако возмущающие воздействия не вызывают у них изменений, нарушающих постоянство состава и свойств внутренней среды. Спортсмены гораздо реже выходят за границы гомеостаза, чем «неспортсмены».

Так, например, по нашим наблюдениям, у молодых начинающих пловцов экскреция катехоламинов (адреналина и норадреналина) в состоянии покоя большей частью повышена, а у мастеров спорта нередко снижена. При тренировках и соревнованиях юноши выделяли очень большое количество катехоламинов, что подчас сопровождалось явлением выхода за пределы гомеостаза (очень высокие цифры кровяного давления, угашение пульса, превышающее все физиологические нормы). Мастера спорта также резко усиливали образование и экскрецию катехоламинов, что указывает на высокую реактивность симпатоадреналовой системы. Но никаких патологических явлений при этом не наблюдалось. Гомеостаз сохранялся в физиологических пределах.

Таким образом, исследования, выполненные при разных видах спортивной деятельности (тренировках, соревнованиях, в восстановительном периоде), показывают, что при физических нагрузках, не вызывающих чрезмерного напряжения сил, утомления, состояния перетренированности, в действие вовлекаются все регуляторные системы организма — как эрго-, так и трофотропные. Это выражается в одновременном (чаще последовательном) поступлении во внутреннюю среду и экскреции с мочой метаболитов, гормонов и медиаторов различного, подчас противоположного действия. Активность гуморально-гормональных систем при этом совершенно достаточна для того, чтобы полностью обеспечить энергетические затраты организма. Однако реакции этих систем при нагрузках различной интенсивности и разной длительности совсем неоднозначны при разных видах спорта.

На рис. 19 представлена схема гуморально-гормональных взаимоотношений при кратковременных физических нагрузках (например, соревнование по бегу на 100 м или плавание на 100—200 м). Первоначальное повышение поступления в кровь и экскреции адреналина с мочой (стадия тревоги по Селье) сменяется устойчивым накоплением норадреналина и кортикостероидов (стадия резистентности). Содержание же трофотропных метаболитов (ацетилхолина, гистамина, серотонина, инсулина) во внутренней среде при этом обычно несколько снижена.

В другом плане протекают гуморально-гормональные реакции при длительных, продолжающихся несколько часов физических нагрузках (например, ходьба на лыжах, езда на велосипеде, марафонский бег и т. д.). Схематически они представлены на рис. 20. У хорошо тренированных, высококвалифицированных спортсменов содержание катехоламинов и кортикостероидов в крови и экскреция их с мочой в первом периоде значительно повышены. Однако первоначальное снижение содержания трофотропных метаболитов в организме постепенно переходит в другую фазу и во втором периоде, по мере утомления спортсмена, начинает неуклонно нарастать, в то время как эрготропная активность жидких сред и выделений снижается. Предельное физическое утомление, в зависимости от состояния и возможностей спортсмена, может привести (хотя и необязательно) на каком-то этапе к истощению симпатоадреналовой системы и прогрессирующей активации системы вагоинсулярной, что сопровождается явлениями значительного уменьшения эффективности прилагаемых усилий, и в отдельных случаях — к явлениям коллапса и даже шока. Длительность периодов возбуждения и торможения (истощения) зависит в основном от индивидуальных возможностей спортсмена, его квалификации, наличия резервов, психологического настроя, мотивации, значимости соревнования.

Рис. 19. Схема гуморально-гормональных взаимоотношений при короткой физической нагрузке.

1 — адреналин; 2 — норадреналин; 3 — кортикостероиды; 4 — трофотропные метаболиты (ацетилхолин, гистамин, серотонин).

Рис. 20. Схема гуморально-гормональных взаимоотношений при длительной физической нагрузке.

А — оптимальный вариант; Б — неоптимальный вариант. Остальные обозначения те же, что на рис. 19.

Встречающийся обычно при длительных физических напряжениях у менее тренированных (менее квалифицированных) спортсменов неоптимальный вариант (рис. 20, Б) отличается высоким исходным (фоновым или предстартовым) уровнем катехоламинов (в первую очередь адреналина) и кортикостероидов. Резервы при этом большей частью недостаточны. Торможение, а иногда и истощение симпатоадреналовой и гипоталамо-гипофизарно-надпочечниковой систем наступает у них значительно быстрее, чем у спортсменов, у которых течение гуморально-гормональных процессов при длительной физической нагрузке протекает по оптимальному варианту. Накопление трофотропных метаболитов наступает почти сразу после начала тренировок или соревнований, а снижение активности эрготропных систем (избыточно напряженных в предстартовом периоде) развивается быстро и препятствует достижению успеха. Все это ведет к снижению результативности прилагаемых усилий. Вот почему спортсмену не хватает иногда десятой доли секунды для победоносного финиша.

* * *

При длительных тренировках по мере адаптации организма к физическим нагрузкам происходит некоторое снижение в крови и моче биологически активных веществ как эрго-, так и трофотропного ряда. Сходные явления были отмечены со стороны гипоталамо-гипофизарно-надпочечниковой системы. Так, например, спортсмены, показавшие высокие результаты при плавании на длинные дистанции, экскретировали с мочой меньшие количества кортикостероидов, чем спортсмены, работавшие на коротких дистанциях. В этом проявляется адаптация организма к стрессовым ситуациям. Организм экономит силы и обходится меньшим количеством гормонов и медиаторов. Но здесь возникает парадоксальное явление. Ведь и при хроническом утомлении экскреция катехоламинов и кортикостероидов значительно снижается. Как же так? И адаптация, и утомление ведут к однозначному изменению гуморальногормональных систем.

Если при утомлении происходит постепенное снижение физической активности на фоне ослабления эрготропных механизмов и усиления трофотропных, то при адаптации возрастает способность организма обходиться меньшим количеством энергетических ресурсов — метаболитов, гормонов, медиаторов, ферментов. Организм как бы бережет расходование биологически активных соединений. Через стадию избыточной или повышенной суперкомпенсации, столь свойственной всем живым системам при стрессовых и экстремальных ситуациях, возникает какое-то компенсаторное равновесие. Происходит как бы экономизация расходования энергетических ресурсов, переход от баланса очень высокого к менее высокому, умеренному и даже несколько сниженному. Это может привести к уменьшению образования и использования гормонов и медиаторов (катехоламинов, кортикостероидов, серотонина и т. д.) организмом хорошо тренированных спортсменов. Организм охраняет свои регуляторные системы от перенапряжения, но в то же время легко мобилизует резервные возможности. Реактивность всего нейро (вегетативно)-гуморально-гормонального комплекса у высококвалифицированных спортсменов, как мы уже указывали, очень велика. И при малейшей тревоге происходит мгновенное усиление наличных и потенциальных возможностей. В этом-то и заключается различие, сходство и единство процессов возбуждения и торможения гомеостатических механизмов, регулирующих относительное постоянство внутренней среды организма.

Однако существует еще один аспект проблемы, необязательный, нежелательный, но все-таки возможный. Экономное расходование, протекающее на фоне высокого образования биологически активных веществ (катехоламинов, ацетилхолина, гистамина, серотонина, кортикостероидов и т. д.), о чем можно судить по уменьшению экскреции продуктов их обмена, приводит иногда к значительному накоплению их во внутренней среде. Поступая в кровь и тканевую жидкость, неиспользуемые эрго- и трофотропные вещества непрерывно воздействуют на тканевые рецепторы. Поток сигналов, поступающих в центральную нервную систему, возрастает, нервные клетки получают информацию о дискомфорте, надвигающемся неблагополучии, напряжении гомеостатических механизмов. Неблагоприятные условия, получившие название «факторов риска», повышают вероятность возникновения тех или других патологических процессов в организме.

Так, например, при длительных физических упражнениях хорошо адаптированный организм, экономно расходующий гормоны и медиаторы симпатоадреналовой системы, в той или иной степени подвержен факторам риска, связанным с развитием сердечно-сосудистых заболеваний, например гипертонии. Быть может (это только пока предположение, а не проверенный экспериментом факт), не совсем понятный высокий уровень гистамина и серотонина у некоторых категорий спортсменов также зависит от экономного их использования. Отсюда и фактор риска, выражающийся в возможной аллергизации организма при некоторых видах спортивной деятельности.

Как правило, соотношение эрго- и трофотропных метаболитов во внутренней среде взаимно компенсировано. Безупречно работающие гомеостатические механизмы сбалансированы. Динамическое равновесие между ними сохраняется даже при экстремальных условиях. Но могут возникнуть ситуации, когда относительное постоянство состава и свойств внутренней среды нарушается и вот почему столь обязательны систематические физиологические, биохимические и медицинские обследования спортсменов, необходимые для поддержания оптимальных условий во внутренней среде. Можно высказать и другое предположение. Активация и ускорение ферментных реакций при спортивной деятельности, нарастающий темп биохимических реакций при повышенных требованиях, предъявляемых организму, приводят к стремительно нарастающему образованию, мгновенному использованию и распаду биологических соединений. Как известно, в момент образования они влияют на рецептор более эффективно, более действенно. Происходит примерно то же самое, что имеет место при химических реакциях в неорганическом мире, т. е. в момент образования вещества более активны и организм использует их в меньшем количестве, но с тем же эффектом, чем вещества, длительно сохраняющиеся в крови. Биологически активные вещества медленнее взаимодействуют с рецепторами или клетками-мишенями, если сравнительно долго циркулируют в жидких средах организма. Убыстрение кругооборота приводит к повышению коэффициента полезного действия и, следовательно, более экономному расходованию необходимых организму при спортивной деятельности разнообразных нейрогуморальных факторов. В этом, возможно, и заложен ведущий механизм адаптации организма к повторным стрессорным воздействиям, в частности, к напряженным физическим нагрузкам.

В процессе длительной тренировки у спортсменов происходит убыстрение гуморально-гормональных механизмов регуляции функций на всех этапах: синтеза и освобождения биологически активных веществ из связанных форм, взаимодействия их с рецепторами, включения в метаболические процессы клеток-мишеней, разрушения путем ферментативного гидролиза, превращения в неактивные продукты обмена веществ, связывания с белками, лейкоцитами, эритроцитами, тромбоцитами, захвата нервными окончаниями, ресинтеза, выведения из организма. Конечно, очень трудно сказать при современном уровне знаний, в каком звене, при каких видах спорта, у каких спортсменов и при каких условиях происходит перестройка отдельных звеньев всей этой цепи физиологических и биохимических превращений. Возможно, что это дело будущего, даже далекого будущего. Но можно считать доказанным, что при адаптации к спортивной деятельности одно и то же количество метаболита, медиатора или гормона совершает свой кругооборот быстрее, чем это происходит в организме нетренированном и неадаптированном.

Рис. 21. Различия в реакциях гуморально-гормональных систем у лиц, не занимающихся спортом, и у спортсменов при состояниях утомления и адаптации организма при спортивной деятельности.

Объяснения в тексте.

Чем же все-таки отличается по гуморально-гормональным показателям состояние адаптации от состояния утомления? Как различить, утомлен ли спортсмен или адаптирован к физическим нагрузкам? Схематически это представлено на рис. 21. Изображенные на нем варианты показывают колебания эрго- и трофотропной активности внутренней среды у лиц, не занимающихся систематически спортом (1, 2), и у спортсменов (3, 4, 5, 6). Прямые линии условно ограничивают границы гомеостаза (эрго-и трофотропные), стрелкой отмечено возмущающее воздействие (в данном случае напряженная физическая нагрузка). Легко заметить, что границы гомеостаза у спортсменов значительно шире, чем у лиц, не занимающихся спортом, физическая нагрузка, вызывающая у «неспорсменов» фазовое повышение эрготропной активности (1), при резком ее усилении может привести к выходу эрготропной активности за пределы гомеостаза (2).

У тренированных спортсменов сдвиги, вызванные даже самыми сильными воздействиями, остаются в границах гомеостаза (3, 4). При выраженном утомлении (5) сниженная эрготропная активность под влиянием физической нагрузки не повышается вследствие недостаточности резервов, в то время как у адаптированного спортсмена (6) нагрузка ведет к значительному усилению эрготропных механизмов. Решить этот вопрос можно, используя ту или другую функциональную пробу (велоэргометр, третбан, инсулиновую пробу) с последующим определением экскреции катехоламинов. Отсутствие реакции при возмущающем воздействии говорит об утомлении. Выраженная же реакция показывает, что организм адаптирован, реактивен и способен мобилизовать свои резервы.

Изучение состава и свойств внутренней среды в процессе тренировок и соревнований, особенно по мере адаптации к спортивной деятельности, позволяет вскрыть некоторые особенности организма спортсмена.

Решающее значение имеют не столько отдельные отклонения или сдвиги в обмене биологически активных веществ, сколько их общее взаимосвязанное участие при физических нагрузках в сохранении постоянства внутренней среды, накоплении резервов и поддержании потенциальных возможностей организма, организации оптимальных условий для эффективности усилий. А отсюда уже один шаг до внедрения в практику спорта адекватных методов регуляции состава и свойств внутренней среды, повышения потенциальных и резервных возможностей организма (выносливости, работоспособности), укорочения периода восстановления путей целенаправленного воздействия на определенные эрго- или трофотропные звенья регуляторного процесса.

Но не следует забывать, что возможны перетренировки. В каждом стрессе, особенно экстремальном и длительном, таится угроза истощения и болезни. Таится она и в длительных, повторных, изнуряющих тренировках, непосильных соревнованиях и неудачных выступлениях, при «выходе из строя» эрготропных систем, избыточном напряжении трофотропных. В этих случаях порочный круг событий замыкается по классической схеме стрессовой реакции (стр. 176), разорвать которую нелегко и удается только объединенными усилиями тренеров, педагогов, врачей и психологов.

* * *

Тренировка состава и свойств внутренней среды при спортивной деятельности не только возможна, но и обязательна. От этого зависят в самой высокой степени и работоспособность, и выносливость спортсмена, и результативность прилагаемых усилий, и время восстановления функций. Адаптация гуморально-гормональных механизмов к физическим нагрузкам происходит как по линии расширения границ гомеостаза, так и по пути ускорения кругооборота и повышения эффективности использования биологически активных веществ, участвующих в регуляции функций. Состав и свойства внутренней среды могут перестраиваться в оптимальных для спортивной деятельности границах. Это положение экспериментально доказано и должно учитываться при подготовке высококвалифицированных спортсменов, участников сборных команд, олимпийских чемпионов.

Глава XI. Внутренняя среда и проблема боли

Подобно тени от рождения до последнего часа сопровождает боль человека. Как верный телохранитель, бдительный часовой организма, постоянный союзник и помощник врача она повсюду следует за ним. Боль учит нас осторожности, предупреждает о грозящей опасности, сигнализирует о болезни. И в то же время как легко превращается она в самого жестокого врага человека, сколь часто подавляет и угнетает его психику, вызывает тягостную, непреодолимую тревогу. Все, что сказано и написано о стрессе, в той или иной степени относится к боли. Но боль имеет свою специфику и, помимо общего адаптационного синдрома, характеризуется многими, только ей свойственными особенностями. Человек, страдающий от нее, только и мыслит о том, чтобы успокоить, заглушить всеми доступными средствами неотступное болевое ощущение.

Боль играет положительную роль до тех пор, пока предохраняет организм от угрожающей опасности. Она полезна, как полезен огонь, когда он согревает, а не обжигает, как необходима вода, которая орошает, а не затопляет. Боль защищает нас до той минуты, пока она информирует сознание о болезни, о разрушении, о возможной гибели организма, но как только информация воспринята и угроза миновала, боль становится ненужной и теряет свой защитный характер. Так, по крайней мере рассуждает большинство больных, страдающих от боли и готовых на любую жертву, чтобы от нее избавиться. Но при этом остается вне поля зрения психологический аспект болевого ощущения. Человек забывает о болезни, как только прекращается боль. И природа как бы предусмотрела такую возможность и создала универсально надежную многоплановую систему болевой сигнализации. Немного в физиологии и медицине проблем, которые подверглись бы за последние десятилетия такому коренному пересмотру, как проблема боли. Многое из того, что было известно и написано в начале и середине нашего века, представляет лишь исторический интерес.

Разные причины лежат в основе болевых ощущений как у человека, так и у животных. Уже давно известно, что боль возникает не только при ушибах, порезах ранениях, размозжении тканей, ожогах, т. е. при разрушающих физических воздействиях на организм. Еще в 1881 г. А. Гольдшейдер писал о двух видах боли — первичной и вторичной. Но лишь в последней четверти 20-го столетия эта мысль получила реальную, точнее, экспериментальную основу. Существует огромное число химических веществ неорганических и органических, различных по своему составу и строению, вызывающих сильнейшее, подчас нестерпимое болевое ощущение. Исподволь образуясь в клетках, органах и тканях, эти вещества через многочисленные хеморецепторы сигнализируют в центральную нервную систему о неблагополучии в составе и свойствах внутренней среды[35].

Каждый по личному опыту знает, что мы испытываем боль при подкожных или внутримышечных инъекциях различных лекарств, витаминов, гормонов, при воспалительных очагах в органах и тканях, при укусе змеи, пчелы, осы, скорпиона. Даже крапива может вызвать боль, хотя она, как известно, не ранит и не разрушает ткани. Но как скудны наши знания, когда речь идет о причинах возникновения болей во внутренних органах, в мышцах, суставах, костях.

Болетворные, или так называемые алгогенные, вещества не только поступают в организм извне, часто они образуются в нем самом. Они раздражают окончания чувствительных нервов и это раздражение путем сложной сигнализации через нервные стволы, спинной и головной мозг воспринимается корой головного мозга как боль. И, что особенно важно, боль могут вызвать обычные продукты тканевого обмена веществ, метаболиты, медиаторы, разнообразные биологически активные вещества, участвующие в регуляции и координации функций здорового организма. При каких-то условиях они становятся «зачинателями» стойкой боли, причина которой иногда неясна или, во всяком случае, еще недавно была непонятна не только больному, но и лечащему врачу.

О том, что болевое ощущение может передаваться химическим путем, говорил еще в 1927 г. известный английский ученый Томас Люис. В дальнейшем возникло представление о специальных медиаторах боли. Надо думать, что это какие-то особые химические соединения, образующиеся в коже, крови, органах, тканях при нарушении их целостности, действующие на болевые рецепторы и являющиеся первым звеном длинной цепи физиологических и биохимических процессов, порождающих боль.

Многие исследователи считают, что в основе любого болевого ощущения лежит химическое раздражение. Они утверждают, что существуют специфические вещества, образующиеся в тканях или освобождающиеся из связанной формы в необходимый момент. Назначение их — вызвать возбуждение в нервных окончаниях, передающих специально закодированные природой сигналы, воспринимаемые нашим сознанием как боль.

Вот уже много лет болетворным (алгогенным, ноцицептивным) веществом, зарегистрированным под номером первым, ученые называют гистамин. Многие советские исследователи (С. Д. Балаховский, Н. И. Гращенков, X. С. Коштоянц и др.) высказывали предположение, что в основе кожной боли лежит накопление гистамина в тканевой жидкости, омывающей нервные окончания. В результате травмы, удара, пореза, ожога наряду с мгновенной сигнализацией по тонким нервным волокнам типа С в клетках возникает комплекс сложных химических или физико-химических превращений, составляющих предварительную фазу боли. Это приводит к освобождению из связанной формы или синтезу в тканях активно действующих болетворных веществ. Для их появления необходим какой-то латентный переход. Их постепенным образованием и объясняется сравнительно медленное возникновение боли при некоторых нарушениях структуры тканей. Вещества, вызывающие боль, и являются, по мнению ряда исследователей, гистаминоподобными. Приводится множество доказательств, подтверждающих участив гистамина в возникновении боли.

Изучая обмен гистамина при различных заболеваниях, мы установили, что при острых и хронических болях количество свободного гистамина в крови во много раз повышается. Особенно много его при невралгиях, мигрени, стенокардии, инфаркте. Если боли длятся долго, если организм как-то к ним приспособляется, уровень гистамина в крови снижается, хотя и продолжает оставаться более высоким, чем у здоровых людей.

Гистамин вызывает боль, если впрыскивать его в кожу или закапывать в глаз. Введение слабого раствора гистамина в толщу кожи вызывает у человека болевое ощущение. Оказалось, что он обладает болетворным действием в совершенно ничтожной, буквально гомеопатической концентрации — 10-13 г/мл, что соответствует 54 молекулам вещества. Если же вводить гистамин в разведении 10-6 — 10-8 г/мл, человек ощущает не боль, а зуд. Нередко накопление гистамина обнаруживается в участках кожи, где больные испытывают так называемую отраженную боль. При некоторых заболеваниях внутренних органов боль возникает не в самом заболевшем органе, а в коже на значительном от него расстоянии, например, при болезнях сердца — в области руки, затылка, лопатки, при поражениях печени — спины, шеи и т. д. Если в кожу впрыснуть противогистаминный препарат, «отраженная боль» быстро прекращается.

Существует много препаратов, при введении которых в организм гистамин освобождается из связанной формы. Действие их было испытано в экспериментах на животных, проверено в клинике на добровольцах. Оказалось, что достаточно ввести в кровь такой «освободитель» («либератор») гистамина, как почти мгновенно развивается картина резчайшей аллергизации организма. Наряду с отеками, зудом, нарушением дыхания, сильнейшим насморком испытуемые ощущают нередко мучительные, тянущие боли в различных внутренних органах, в мышцах, коже. По-видимому, это связано с освобождением из тканевых депо больших количеств гистамина. Предварительное введение какого-либо антигистаминного препарата (супрастина, буримамида, димедрола) снимает эти явления.

Однако в последние годы наши представления об исключительной роли гистамина в возникновении боли значительно поколебались. У гистамина появились конкуренты. Были открыты вещества, способные вызывать боль в еще более низкой концентрации, чем гистамин. Это было продемонстрировано английскими учеными К. Килом и Д. Армстронг на людях, которым пришлось подвергнуться небольшой операции. У них на маленьком участке предплечья методом кантаридинового пузыря удаляли тонкий поверхностный слой кожи (эпидермис) и на обнажившуюся ткань наносили различные химические вещества. Такая поврежденная кожа оказалась тонким индикатором для изучения болевого ощущения. Нервные окончания, прикрытые обычно эпидермисом, стали доступными для любого воздействия.

Опыты, проведенные в этих условиях, показали, что многие химические соединения, воздействуя на чувствительные нервные окончания, вызывают боль. Болетворным действием обладают хорошо изученные медиаторы и метаболиты, постоянно образующиеся в здоровом организме и принимающие активное участие в регуляции функций. К ним относятся такие биологически активные вещества, как ацетилхолин, адреналин, норадреналин, серотонин, соли калия, кальция и др.

Ацетилхолин, этот универсальный медиатор, постоянно присутствующий во внутренней среде, вызывает боль как при введении в кожу, так и при накапывании на слизистые оболочки. Но самая сильная боль возникает при нанесении растворов ацетилхолина на основание кантаридинового пузыря. Как правило, боль возникает при этом почти мгновенно и по своему характеру напоминает укол иглой. Длится ацетилхолиновая боль примерно от 15 до 45 с, усиливаясь или ослабевая в зависимости от концентрации раствора.

Пороговая концентрация ацетилхолина, необходимая для возникновения боли, равна 10-5—5×10-5 г/мл. Однако встречаются испытуемые, мало чувствительные к действию ацетилхолина. Приходится применять концентрации препарата 10-2—10-3 г/мл. Если на основание пузыря предварительно нанести раствор хлористого калия, чувствительность к ацетилхолину резко повышается. Объясняется это, вероятно, тем, что калий, как уже указывалось, потенцирует действие ацетилхолина и препятствует связыванию его тканями. Особенно острую боль вызывает одновременное накопление в тканях ацетилхолина и гистамина. Некоторые вещества, являющиеся антагонистами ацетилхолина (атропин, тубокурарин и др.), снимают его болетворное действие.

Выраженными болетворными свойствами обладает и серотонин. При нанесении его на дно кантаридинового пузыря в разведении 2,5×10-6 г/мл возникает отчетливое болевое ощущение, причем болетворное действие серотонина очень напоминает эффект, вызванный накапыванием сыворотки крови человека.

Роли серотонина в возникновении и снятии боли было уделено немало внимания. Оказалось, что серотонин при введении его в организм, может в одних случаях усиливать, в других ослаблять боль. Особенно велико его значение при эмоциональных реакциях, вызванных сильной болью. Однако на международном симпозиуме по боли, состоявшемся в Вашингтоне весной 1973 г., шведский ученый О. Линдал и итальянский Ф. Сикутери отрицали болетворное действие серотонина. Они утверждали, что в отличие от брадикинина серотонин вызывает боль при введении в артерию только в очень высоких, отнюдь не физиологических концентрациях.

Плазма крови не вызывает боли. Но после того, как она постоит несколько минут в стеклянной пробирке, в ней появляются вещества, обладающие выраженными болетворными свойствами. Несколько капель такой «постоявшей» плазмы, нанесенные на глубокий слой кожи, вызывают мучительную, подчас нестерпимую боль.

В дальнейшем было установлено, что боль возникает под влиянием особых веществ, содержащихся в крови и тканях, известных под общим названием кининов. Это сложные химические соединения — полипептиды, близкие к белкам. Как и белки, они состоят из связанных друг с другом аминокислот.

Наиболее подробно изучено болетворное действие брадикинина, каллидина и близкого к ним энтеротоксина — так называемой субстанции Р. Кинины принимают активное участие во всей деятельности организма. Введение их в кровь сопровождается рядом физиологических эффектов. Они расширяют сосуды, увеличивают в них скорость кровотока, снижают кровяное давление. Но особо важное значение имеет их действие на чувствительные нервные окончания. Даже в самых незначительных количествах они вызывают боль.

У здорового человека кинины обычно не обнаруживаются. Это объясняется тем, что в крови находятся их неактивные формы, так называемые кининогены, из которых под влиянием особых ферментов — калликреинов образуются кинины, но существование кининов непродолжительно. Не успели они образоваться, как другие ферменты — кининазы разбивают их на отдельные обломки, не имеющие существенного значения для деятельности организма.

Особо мощным болетворным действием обладает брадикинин — девятичленный пептид, который состоит из 5 аминокислот — серина, глицина, фенилаланина, пролина и аргинина. При введении в кровь или под кожу брадикинин вызывает острую боль. В определенных случаях содержание брадикинина в крови и тканях нарастает и, раздражая нервные окончания, он становится источником тягостной боли. Другой болетворный кинин — 10-членный пептид — каллидин. Он также может вызвать длительную боль. При этом оказывается, что оба кинина во много раз активнее гистамина.

Некоторые исследователи пробовали вводить в артерию брадикинин не только животным, но и людям. В этих случаях, как правило, возникала сильнейшая боль. Достаточно было впрыснуть в сонную артерию несколько десятимиллионных долей грамма брадикинина, чтобы испытуемый почувствовал жгучую боль сначала в области щитовидной железы, а затем в челюстях, висках и ушной раковине. Введение брадикинина в вену также сопровождалось резкой болью, которая наступала через 2—3 с после инъекции.

Появление кининов в организме человека тесно связано с таким важнейшим для жизни физиологическим процессом, как свертывание крови. Брадикинин, каллидин и другие кинины начинают свое существование в тот момент, когда, предохраняя себя от кровопотери, организм мобилизует сложнейший защитный механизм — свертывающую систему крови. Однако из многочисленных компонентов этой системы так называемый фактор контакта, или по фамилии больного, у которого он был впервые обнаружен,— фактор Хагемана, способствует превращению кининогенев в кинины. Вот почему плазма, постоявшая несколько минут в стеклянной пробирке, становится болетворной. В процессе соприкосновения (контакта) со стеклом в плазме активируется фактор Хагемана, появление которого способствует образованию кининов.

Кининогены, предшественники кининов, можно выделить из крови и тканей человека, а также всех видов животных, за исключением птиц. В плазме крови они содержатся в альфа-2-глобулиновой фракции. Под влиянием калликреина кининогены превращаются в кинины. Однако активный калликреин в крови отсутствует. В плазме он находится в неактивной форме (калликреиноген), которая превращается в калликреин под влиянием фактора Хагемана.

Калликреиноген, по-видимому, образуется также в печени; во всяком случае, при некоторых заболеваниях печени содержание его в плазме значительно снижено. При контакте со стеклом или некоторыми другими веществами (например, каолином) фактор Хагемана активируется и способствует превращению калликреиногена в калликреин.

Таким образом, кинины (брадикинин, каллидин и некоторые другие полипептиды) — вещества, вызывающие боль (pain promoting substances), начинают свою жизнь в организме, когда звучит первый звонок, возвещающий мобилизацию свертывающей системы крови в сосудах или тканях, подвергшихся травме, удару, порезу, ожогу и т. д. Образование их связано не только со свертыванием крови, но и с растворением образовавшихся сгустков фибрина. Фермент, растворяющий фибрин, — плазмин также принимает участие в образовании кининов, активируя калликреиноген и превращая его в калликреин.

Как известно, при уколах, порезах, ушибах, размозжении тканей кровь, вытекая из сосудов, свертывается. Проходит какое-то время и в участках, где образовался сгусток свернувшейся крови, образуются кинины. Поступая во внутреннюю среду организма, они превращаются в источник боли, которая возникает через несколько минут, иногда через полчаса, в некоторых случаях еще позже (вторичная боль). Переход кининогенов в кинины происходит медленно. «Кининовая» боль возникает исподволь, постепенно. Это уже вторая фаза болевого процесса. Первая фаза, вызванная нарушением целостности тканей, к этому времени уже миновала. Чем больше в тканях кининов, чем более интенсивно идет их образование, тем быстрее нарастает боль, тем она сильнее и тяжелее.

Т. Люис показал, что воспаление, сопровождающееся болью, проходит в своем развитии две стадии. В первой накапливаются гистамин, серотонин, частично ацетилхолин, во второй — кинины. При этом гистамин способствует активированию кининовой системы. Гистаминовая боль как бы переходит в кининовую. Эстафета следует от одного алгогенного вещества к другому. Боль порождает боль.

Накопление кининов объясняется возникновением боли при воспалении, при инфекционных и ревматических поражениях суставов, плевритах, мигренях и т. д.

Большое значение для возникновения боли имеет открытие в 1931 г. У. Эйлером и И. Гаддумом особого химического соединения, содержащегося в кишечнике и мозге и названного веществом Р. По своему строению оно также принадлежит к полипептидам и состоит из нескольких аминокислот: лизина, аспарагиновой и глютаминовой кислот, аланина, лейцина и изолейцина. Оно близко к брадикинину, но по ряду химических свойств отличается от него.

Вещество Р может быть выделено из всего желудочно-кишечного тракта. Но особенно богаты им все отделы центральной нервной системы и задних (чувствительных) корешков спинного мозга. Меньше его в передних корешках и периферических нервах. Ф. Лембек высказал предположение, что вещество Р является медиатором некоторых чувствительных путей в центральной нервной системе. 100% нейронов в задних рогах спинного мозга, отличаются высоким порогом возбудимости, и лишь 14% нейронов с низким порогом возбудимости содержат вещество Р. При введении в организм вещество Р подавляет действие морфина.

При нанесении вещества Р на основание кантаридинового пузыря в дозе 10-4 г/мл возникает сильная боль. Особенно мучительный характер приобретает она при испытании очищенных препаратов.

Существует немало и других полипептидов, вызывающих боль. К ним относится ангиотензин — вещество, образующееся при действии глобулинов плазмы на гормон почек — ренин. Болетворные свойства ангиотензина слабее, чем брадикинина. Но, как известно, ангиотензин обладает лишь побочными болевыми свойствами. Основное его действие — повышение кровяного давления. Гормоны гипоталамуса — окситоцин, вазопрессин, соматостатин — также вызывают боль, даже в очень высоких разведениях. Из воспалительных эксудатов было выделено алгогенное начало, получившее название лейкотоксина. К нему близко другое вещество — некрозин, также обладающее болевыми свойствами при введении в толщу кожи.

Этот беглый перечень болетворных соединений, образующихся в органах и поступающих во внутреннюю среду, далеко не полон. В процессе метаболизма, особенно нарушенного, патологического, в крови обнаруживаются различные химические соединения, способные вызвать боль.

Однако не следует думать, что организм беззащитен против натиска кининов. В борьбе с их болетворным действием он мобилизует вещество, препятствующее превращению кининогенов в кинины, усиливает образование ферментов — кининаз, разрушающих кинины. И все же не всегда защита равносильна нападению. Незначительные количества кининов, едва достигающих десяти стомиллионных долей грамма, накопившиеся в микросреде органов и тканей, могут вызывать боль в суставах, во внутренних органах, в мышцах.

Болетворные вещества широко распространены в природе. Они содержатся в ядовитых и неядовитых выделениях некоторых растений, насекомых, рыб, змей. Так, например, в пчелином яде можно обнаружить большое количество свободного гистамина. Но еще больше в нем веществ, освобождающих в тканях жертвы гистамин из связанной формы. Яд ос содержит не только гистамин, но и серотонин, а также близкое к брадикинину вещество, получившее название осиного кинина. Оно способно вызывать острую, жгучую боль, которую многие испытали при укусе осы. Змеиные яды, особенно яд кобры и гадюки, содержат очень много калия, а также освободителей гистамина. В яде скорпиона обнаруживается серотонин и т. д.

Возникает вопрос, каков механизм болетворного действия известных химических соединений? Рецепторы — форпосты наших ощущений — сигнализируют о нарушениях целостности живых систем не только при физических раздражениях нервных окончаний, но и под влиянием накопившихся в клетках и тканях веществ, способных принести им вред. В этих случаях роль болевых, воспринимающих приборов играют хеморецепторы. Американский ученый Р. Лим считает, что, располагаясь вокруг сосудов, они образуют две «линии предостережения» в системе оборонных мероприятий организма. Одна — поверхностная, кожная, тесно связанная с тактильными и термическими механизмами. Она вступает в действие при повреждениях и нарушениях целостных наружных покровов. Другая — глубокая, висцеральная, мобилизующаяся при воспалительных поражениях, заболеваниях внутренних органов, сосудистых расстройствах.

На этом примере еще раз подтверждается тесное содружество нервных и гуморальных регуляторных механизмов и еще глубже выявляется взаимопроникновение и взаимообусловленность физической и химической информации и регуляции в жизнедеятельности организма на молекулярном, доклеточном, клеточном и органном уровнях. Высказывалось мнение, что болетворные вещества дезорганизуют доставку кислорода тканями и тем самым подавляют их дыхание. В настоящее время можно считать доказанным, что одним из моментов, вызывающих боль, является недостаточное снабжение тканей кислородом. Образно выражаясь, боль — это «крик» задыхающихся клеток и тканей. Ф. Сикутери, изучавший механизмы болевого синдрома при ишемических состояниях (недостаточном снабжении тканей кровью и, следовательно, кислородом), считает, что причиной боли является в этих случаях вторичное образование в тканях брадикинина и серотонина. Однако серотонин только потенцирует действие брадикинина, повышая чувствительность тканевых рецепторов к последнему. В организме постепенно образуется и постоянно разрушается такое большое количество разнообразных продуктов обмена веществ, что подчас самые незначительные изменения химического баланса могут явиться причиной болевого ощущения. Для этого достаточно, чтобы их концентрация на какую-то незначительную величину превысила физиологическую.

Нервные окончания посылают донесения обо всех сдвигах в химическом благополучии организма о состоянии внутренней его среды. Как только в слаженном оркестре жизненных процессов возникает даже легкий диссонанс, центральная нервная система получает серию сигналов, воспринимаемых нашим сознанием как ощущение боли.

Боль, начало которой кладет какое-то сильное, выходящее за границы физиологической нормы воздействие на ткани или органы, нарастает, как снежная лавина. При многих заболеваниях в тканях появляются продукты нарушенного обмена веществ. Через гистогематические барьеры они проникают в ток крови и разносятся по всему организму.

В основе болевого синдрома лежат разные причины. Так, например, О. Линдал считает, что болевое ощущение вызывается изменением концентрации водородных (pH) ионов в микросреде, окружающей рецепторы. Исследуя с помощью микроэлектродов pH синовиальной оболочки при ревматическом артрите, очагов кровоизлияния в слизистой желудка при язвенной болезни, злокачественных опухолях и т. д., он обнаружил во всех случаях резкий ацидоз ткани (сдвиг pH в кислую сторону). На симпозиуме в Вашингтоне 1973 г. вопрос этот вызвал оживленную дискуссию. Приводились данные как подтверждающие, так и опровергающие мнение Линдала. Но вот совсем недавно советский ученый О. А. Крышталь обнаружил в мембране нервных клеток рецепторы, способные быстро реагировать на слабые изменения pH. При подкислении среды такие клетки генерируют нервные импульсы, подтверждая данные Линдала. Крышталь полагает, что обнаруженные им механизмы служат рецепторами боли. В пользу этого предположения свидетельствует наличие рН-рецепторов в Гассеровом узле тройничного нерва (очаг невралгии!).

Механизмы и каналы информации могут меняться и переключаться, но конечный результат всегда один и тот же. Этот результат — болевое ощущение. Приведены несколько примеров. Источником боли часто является ткань скелетной или сердечной мускулатуры. Причина боли здесь ясна. Гистаминемия может вызвать коликообразные сокращения мускулатуры кишечника и матки. Кроме того, в основе мышечной боли нередко лежит образование вещества Р. Оно подавляет окислительные процессы в тканях, вследствие чего по нервным волокнам начинают поступать в центральную нервную систему сигналы, сходные с импульсами, вызванными сильными болевыми раздражениями. По-видимому, эти сигналы передаются по одному и тому же информационному коду и перерабатываются в нашем сознании как ощущение боли. Вероятно, образование или накопление в тканях других болетворных веществ приводит в действие ту же систему сигнализации. Одинаковый код, та же импульсация и снова ощущение боли.

Может быть и иначе. В силу тех или других патологических причин состав тканевой жидкости в органах изменяется, pH сдвигается в кислую или, что наблюдается реже, в щелочную сторону, вследствие накопления продуктов нарушенного обмена веществ резко изменяется микроциркуляция, сосуды в одних случаях расширяются, в других суживаются, проницаемость их изменяется. Все это в одинаковой степени может вызвать сверхсильную импульсацию, вызывающую болевое ощущение. Нарушается регуляция сосудистого тонуса, возникает хаотическая игра просвета капилляров, перестают действовать барьерные механизмы. Снабжение тканей кислородом ухудшается, неизбежно нарастает боль. Обмен веществ в пораженном организме расстраивается, повышается или снижается активность ферментов, освобождаются из связанной формы различные биологически активные вещества. Из тканевых депо начинает поступать гистамин, из тромбоцитов — серотонин, из базофилов — гистамин, из эритроцитов — ацетилхолин. Выпадают механизмы, способные нейтрализовать избыточные количества этих высокоактивных химических соединений. Повышенная проницаемость сосудов, особенно выраженная в воспалительных очагах, способствует поступлению в ткани больших количеств солей калия (болетворное действие которого хорошо известно), натрия, кальция, перестраивается их соотношение в тканевой жидкости.

Но вернемся к тому, что было сказано в начале этой главы. Какое же значение в развитии и становлении болевого ощущения имеют болетворные вещества? Накопление кининов, ацетилхолина, серотонина и гистамина при боли, бесспорно, явление не первичного, а вторичного характера, усиливающее, сохраняющее и поддерживающее болевое ощущение.

В сложном, многообразном и пока еще полностью не раскрытом болевом процессе все эти биологически активные вещества принимают то или иное участие. Ошибочно только каждому из них приписывать самостоятельную роль в возникновении боли и считать его медиатором болевой системы.

При любой травме, при каждом нарушении целости тканей могут образовываться или накапливаться различные биологически активные вещества, отсутствующие в норме, многочисленные метаболиты, медиаторы, модуляторы, в том числе и болетворные.

Перед нами прошла целая серия химических соединений, каждое из которых может быть причиной боли. Ни одно из них нельзя отбросить и ни одному из них нельзя отдать печальное монопольное право быть единственным в организме веществом, вызывающим боль. Быть может, и специфические особенности испытываемой нами боли, для которой человеческий язык придумал десятки определений, обусловлены разнообразным сочетанием болетворных веществ во внутренней среде, теми болевыми тонами и обертонами, которые мы пока еще не умеем отдифференцировать.

Трудность задачи, стоящей перед врачами, подчас особенно велика, потому что невозможно без сложных лабораторных исследований разобраться в химических превращениях, совершающихся в организме здорового, а тем более больного человека. Найти начало начал болевого процесса.

Классические представления о боли пополнились за последние годы новыми важными фактами и оригинальными теориями. Открытие болетворных веществ в организме бесспорно имеет важнейшее значение в борьбе с болью. Оно открывает широкие перспективы не только для физиологии и биохимии, но и для фармакологии и клинической медицины.

И в заключение нельзя не сказать несколько слов о противоболевых веществах, вырабатываемых самим организмом. Уже давно высказывались предположения, что в организме существуют рецепторы, реагирующие на чужеродные химические вещества (см. стр. 42). В 1973 г. английские исследователи обнаружили на поверхности нейронов особые рецептивные белки, получившие название опиатных рецепторов, отвечающие на действие морфина, т. е. способные вызвать возбуждение собственных обезболивающих механизмов. Отсюда был сделан вывод, что раз существуют рецепторы, блокирующие боль, следовательно, организм способен сам вырабатывать вещества морфиноподобного (т. е. противоболевого) действия. Такие химические соединения (полипептиды), образующиеся преимущественно в ткани мозга, вскоре были обнаружены и получили общее название эндорфинов. Роль и значение эндорфинов и энкефалинов в жизнедеятельности организма подробно описаны в гл. 7. Несколько лет тому назад в литературе появились сообщения, что некоторые гормоны пищеварительного тракта (пептиды, секретин, панкреозимин, гастрин и др.) при введении их в кровь или под кожу облегчают боли, возникшие при ряде заболеваний внутренних органов. Теоретически можно предположить, что они активируют противоболевую систему, поскольку наличие ее в головном мозге доказано и за последние годы подробно изучено. Еще в конце 60-х годов американец Р. Лим, французские ученые Д. Альб-Фессар, Р. Гарсен и др. показали, что в центральной нервной системе существуют специальные противоболевые механизмы, задачей которых является заглушение (демпфирование) сверх-сильных болевых сигналов, поступающих в мозг. В первом издании этой книги мы высказали предположение, что обезболивающая система осуществляет специфические эффекты с помощью особых медиаторов морфиноподобного действия.

Прошло немного лет и сегодня можно с уверенностью сказать, что нисходящая противоболевая система построена по нейрогуморальному принципу. Иммунофлуоресцентным методом выявлены в головном мозге обширные скопления клеток, содержащих энкефалины. Показано также существование в спинном мозге нервных окончаний, выделяющих эти олигопептиды. Большой интерес представляет опубликованное недавно сообщение о том, что болетворное действие вещества Р нейтрализуется энкефалинами. Этот эффект снимается налоксоном, фармакологическим препаратом, препятствующим действию энкефалинов. Хорошо известное физиологам и хирургам снятие болевого ощущения методом электровозбуждения ограниченных участков центральной нервной системы обусловлено образованием или освобождением энкефалинов. Таким образом, возникновение и снятие боли может контролироваться балансом целого ряда нейропептидов. Получивший широкое распространение метод обезболивания путем иглоукалывания (акупунктура, электропунктура), по-видимому, имеет в своей основе мобилизацию опиоидных пептидов. Снова и снова организм соединяет в одно целое нервные и гуморальные механизмы регуляции. Возникновение болевого синдрома и защита от него осуществляются в тесном взаимодействии нервной системы со специфическими метаболитами как вызывающими, так и облегчающими болевое ощущение.

Послесловие

В течение многих лет физиологи, в особенности физиологи отечественные, строившие свои научные представления на принципе нервизма, занимались изучением роли и значения нервной системы — центральной и периферической — в формировании внутренней среды и функций организма.

Определяя нервизм как «физиологическое направление, стремящееся распространить влияние нервной системы на возможно большее количество деятельности организма», великий русский физиолог И. П. Павлов на долгие годы открыл ему широкий и славный путь в современном естествознании. Следует указать, что Клод Бернар, сформулировавший представление о внутренней среде, оценил ведущую роль нервной системы в жизнедеятельности организма. «Нервная система, — говорил он[36], — обладает у всех животных значением, которое возрастает по мере поднятия их на высшую ступень; так что можно сказать, что у человека и у важнейших млекопитающих она является первым источником (курсив мой. — Г. К.) всех явлений жизни». Параллельно нервизму и в какой-то степени независимо от него развивалось учение о гуморализме. В примитивной форме оно существовало уже очень давно. Еще Гиппократ учил, что человеческое тело состоит из четырех стихий, соответствующих ведущим гуморам организма — крови, черной и желтой желчи и слизи. Болезнь возникает при нарушении соотношения этих гуморов, и задача медицины научиться ими управлять.

И все же еще совсем недавно вне поля зрения оставались гуморальные факторы, регулирующие и организующие деятельность самой нервной системы. Не учитывалось, что различные участки головного и спинного мозга, как и входящие в их состав клеточные элементы, и проводящие пути, отличающиеся по химическому составу, осуществляют свою деятельность с помощью самых различных медиаторов и модуляторов, по-разному реагируют на действие одних химических веществ и не отвечают или отвечают необычными реакциями на действие других.

Если нервная регуляция физиологических процессов является ведущей, то сама она в самой высокой степени зависит от состояния, среды, в которой живут нервные клетки. Нервное начало регулирует гуморальные, а гуморальное, в свою очередь, — нервное. При некоторых возмущающих воздействиях на организм при разнообразных стрессовых ситуациях, способных вызвать нарушение гомеостатических механизмов, деятельность нервной системы может изменяться в зависимости от колебаний состава и свойств непосредственной питательной среды отдельных нейронов или их ансамблей. И здесь уместно вспомнить глубокую мысль А. Эйнштейна: «Как прекрасно почувствовать единство целого комплекса явлений, которые при непосредственном восприятии казались разрозненными».

В наши дни это стало ясным не только врачам и биологам, но и психологам, судебным экспертам, педагогам. Уже можно говорить о химической физиологии, химической психологии, химической психиатрии, в основу которых заложено понимание особенностей высшей нервной деятельности человека и животных при изменениях состава или физико-химических свойств неповторимой и невоспроизводимой ткани мозга, ее электролитного медиаторного обмена, нарушениях питания нервной системы, физиологических и патологических сдвигах во внутренней среде организма, функционального состояния гематоэнцефалического барьера.

К этой теме, хотя и с осторожностью, начали подходить многие писатели, поэты, художники. Так, свою повесть «Взгляд египтянки»[37] французский писатель Робер Андрэ начинает с описания бреда, тяжких мучительных воспоминаний, похожих на галлюцинации: «В углах губ пена, во рту странный вкус, отдающий металлом и солью, холод в руках и ногах, омерзительный холод, извечный враг солдата, но пока в большой кавалерийской фляге остаток вина, а между рубахой и телом проложены газеты, он кое-как держится, он бредет по глине, по изрытой снарядами и заляпанной пятнами снега земле, он тащится в свете луны, мрачно глядящей на овраги и ямы, из которых ползет немыслимый смрад...».

На самом деле герой повести не на поле боя. Он полу-спит, полудремлет в вагоне, уносящем в Италию его пораженное болезнью тело. Описании подобного рода в художественной литературе немало. Вспомним ночные кошмары Ивана Карамазова, видения Андрея Болконского, «Черного человека» Сергея Есенина.

Робер Андре пытается сквозь призму физиологии объяснить истоки ночного бреда своего героя. «Шли дни и он понемногу стал забывать... свой странный ночной бред, который, на мой взгляд, вызван был гуморальными изменениями в организме на почве болезни, такими, скажем, как увеличение содержания мочевины в крови. Психическое воздействие этого фактора общеизвестно». Конечно, дело не в мочевине, но, возможно, в разнообразных химических веществах патологического обмена веществ, прорвавших плотину гематоэнцефалического барьера и отравляющих мозговые клетки, перестраивающих все их сложное, строго координированное сообщество.

Автор не врач, не биолог. Он ученый-филолог. Ему простительны медицинские неточности. Но в принципе, в общих чертах, Робер Андрэ прав. Он почти точно разгадал состояние героя повести. В одних случаях алкоголь, резко повышающий проницаемость гематоэнцефалического барьера, отравляющий и дезориентирующий нейроны, в других — болезнь, травмы, шок открывают путь в центральную нервную систему. Бактериальные токсины, продукты нарушенного метаболизма, различные биологически активные вещества (катехоламины, кинины, пептиды, биогенные амины) просачиваются в мозг, перестраивают закономерный ход биохимических процессов, нарушают высшую, неповторимую гармонию нервной деятельности. В нейронах, столь чувствительных к малейшим колебаниям в составе внутренней среды, возникают хаотические всплески, вырываются подобно джинам из запечатанных сосудов давно похороненные, лежащие в глубине под сознанием символы и знаки, всплывают забытые воспоминания, приходят в движение запрятанные в каких-то молекулах, заржавевшие, окостеневшие механизмы.

Нервные импульсы переплетаются с гуморальными. Гуморальные вызывают нервные.

Неиспользованные в процессе нервного возбуждения медиаторы уносятся током крови, проникают через соответствующие барьеры в микросреду органов и вступают в сложные взаимодействия с нервными и гуморальными рецепторами тканей и клеток. И в спинной, и в головной мозг идут залпы нервных сигналов, а во внутреннюю среду поступают потоки продуктов обмена — метаболитов — специфических и неспецифических, составляющих гуморально-гормональное звено универсального регуляторного механизма. Классическая дуга рефлекса усложняется, превращается в многозвеньевое, прегражденное барьерами кольцо, в котором нервные звенья сменяют гуморальные, а гуморальные — нервные.

«Как бы ни была хороша теория, — говорил Клод Бернар, — она никогда так не прекрасна, как истина или факт... нарушать теорию — это превосходная вещь. Это шаг вперед, и не надо бояться, если какой-нибудь факт разрушает теорию, даже свою собственную, а нужно отыскивать этот факт. Это открытие, это есть, как говорят, революция, ибо наука революционна и не движется, как это думают, путем последовательных добавлений».

Ученики и последователи великих учителей по-разному понимают свою задачу наследников и продолжателей их дела. Одни стремятся пронести через всю жизнь нерасплесканную чашу, заполненную до краев волшебным напитком своего наставника. Им нечего добавить к этой чаше и они боятся растерять даже каплю живительной влаги, заключенной в ней. Другие выбирают торный путь проб и ошибок, пытаясь дополнить, расширить, углубить и, если нужно, исправить слово учителя.

Наши учителя многое видели и многое предвидели. На уровне методических приемов, которыми они располагали, были сделаны величайшие открытия, заложившие фундамент естествознания наших и будущих дней. Конечно, некоторые теоретические положения, сформулированные ими, имеют лишь историческое значение, но некоторые вошли в сокровищницу современной науки и остаются до сих пор незыблемыми. Несомненно, наука будущего научится управлять жизнедеятельностью организма, регулируя особенности, состав и свойства его внутренней среды. И это будет величайшим торжеством естествознания грядущих дней.

Примечания

1

Бернар Кл. Лекции по экспериментальной патологии / Пер. Д. Е. Жуковского. М.; Л., 1937, с. 312-374.

2

Бернар Кл. Курс общей физиологии: Свойства живых тканей. СПб., 1867, с. 34—35.

3

Бернар Кл. Курс общей физиологии: Жизненные явления, общие животным и растениям. СПб., 1878, с. 96—97.

4

Под знаменем марксизма, 1943, № 3.

5

Cannon W. The Wisdom of the body. L. 1932, p. 27.

6

Ярошевский М. Т., Чеснокова С. А. Уолтер Кеннон. М.: Наука, 1976, с. 192.

7

Штерн Л. С. Непосредственная питательная среда органов и тканей и регулирующие ее факторы, Избр. тр. М.: Изд-во АН СССР, 1960, т. 4-5, с. 306.

8

Пикар Ж. Глубина 11 тысяч метров. М.: Мысль, 1974, с. 12.

9

Руснъяк И., Фелъди М., Сабо Д. Физиология и патология лимфообразования: Пер. с венг. Будапешт, 1957.

10

Ярошевский М. Г., Чеснокова С. А. Уолтер Кеннон. М.: Наука, 1976.

11

Штерн Л. С. Роль метаболитов и роль гистогематических барьеров в регуляции функций организма. — Казан. мед. журн., 1937, № 4, с. 390; № 5, с. 523.

12

Штерн Л. С. Роль метаболитов и роль гистогематических барьеров в регуляции функций организма. — Избр. тр., 1960, с. 356.

13

Авакян О. М. Фармакологическая регуляция высвобождения и захвата норадреналина. Ереван: Изд-во АН АрмССР, 1973.

14

Кометиани П. А. О механизмах действия циклической аденозинмонофосфатной кислоты. Тбилиси, 1974.

15

Шекспир У. Генрих V, Полн. собр. соч., М.: Искусство, 1959, т. 4, с. 409.

16

Отсюда идет ошибочное представление о холинергических свойствах гистамина.

17

Кассиль Г. Н. с соавт. — Лаб. дело, 1971, № 2, с. 105.

18

Более подробно см. в монографии. Вайсфельд, Кассиль, Гистамин в биохимии и физиологии. М.: Наука, 1981.

19

Горкин В. З. Аминоксидазы и их значение в медицине. М.: Медицина, 1981.

20

Введение ацетилхолина, как уже указывалось, нецелесообразно. Он сразу разрушается холинэстеразами.

21

Штерн Л. С. Избр. тр. М.: Изд-во АН СССР, 1960, с. 298.

22

Физиология гистогематических барьеров / Под. ред. Я. А. Росина, М.: Наука, 1977.

23

Штерн Л. С. Гистогематические барьеры. — Избр. тр. М.: Изд-во АН СССР, 1960, с. 299.

24

Свенсон Е., Уэбстер В. Клетка. М.: Мир, 1980, с. 77.

25

Павлов И. П. Естествознание и мозг. — Полн. собр. соч. М.: Изд-во АН СССР, 1951, т. 3, вып. 2, с. 113.

26

Штерн Л. С. Роль мозга и цереброспинальной жидкости в гуморальной регуляции функций организма. — Вопр. нейрохирургии, 1937, № 1.

27

Баркрофт Дж. Основные черты архитектуры физиологических функций. М.: Биомедгиз, 1937, с. 80.

28

См. также книгу: К. В. Судаков. Системные механизмы эмоционального стресса. М.: Медицина, 1981.

29

Гуморально-гормональные механизмы регуляции функций при спортивной деятельности. (Кассиль Г. Н., Вайсфельд И. Л. и др. М.: Наука, 1978.)

30

Бегун или пловец на короткие дистанции.

31

Бегун или пловец на большие дистанции.

32

С этой целью группа спортсменов-бегунов после длительных тренировок в Хабаровске была на самолете доставлена в Воронеж, где сразу же начала новый цикл тренировок.

33

Более подробно см.: И. Л. Вайсфельд, Г. Н. Кассиль. Гистамин в биохимии и физиологии. М.: Наука, 1981.

34

Новый мир, 1981, № 7, с. 105.

35

Кассиль Г. Н. Наука о боли. М.: Наука, 1975.

36

Бернар К. Лекции по экспериментальной патологии, М.: Биомедгиз, 1937, с. 139.

37

Иностранная литература, 1977, № 1.

Content

Г. Н. Кассиль
Внутренняя среда организма

Предисловие

От автора

Глава I. Внутренняя среда

Глава II. Гомеостаз

Глава III. Гуморально-гормональная регуляция физиологических процессов

Глава IV. Механизмы гуморально-гормональной регуляции функций

Глава V. Гуморально-гормональные резервы и возможности организма

Глава VI. Барьерные функции организма

Глава VII. Мозг как эндокринная система

Глава VIII. Внутренняя среда центральной нервной системы

Глава IX. Внутренняя среда и стресс

Глава X. Внутренняя среда и спортивная деятельность

Глава XI. Внутренняя среда и проблема боли

Послесловие

Примечания