Е. Включения внешнего звена саморегуляции

Внешнее звено саморегуляции данной функциональной сис­темы включает поступление воды извне и ее выделения почками и потовыми железами. Если объем циркулирующей крови умень­шается, то активация нервных центров гипоталамической области формирует поведение организма, направленное на потребление воды из внешней среды, возникает ощущение жажды (см. также разд. 4.3.4.1).

Среди исполнительных механизмов рассматриваемой функцио­нальной системы, в первую очередь при отклонении объема цирку­лирующей крови от оптимального для метаболизма уровня, включа­ются: изменение работы сердца, изменение просвета сосудов, ско­рости кровотока, депонирование крови и перераспределение воды в организме. Более медленно происходит вовлечение внешнего звена саморегуляции, а также процессов кровообразования и кроверазру- шения во внутреннем звене саморегуляции.

Динамика работы функциональной системы в разных режи­мах. Изменения деятельности функциональной системы, поддер­живающей объем циркулирующей крови, наблюдаются в случаях уменьшения или увеличения объема циркулирующей крови в со­судистом русле.

Уменьшение объема циркулирующей крови. При уменьшении объ­ема циркулирующей крови (при кровопотере, тепловом стрессе, аддисоновой болезни и др.) первоначально возникают приспособи­тельные изменения в деятельности сердечно-сосудистой системы. На фоне имеющегося в наличии объема крови происходит усиление и учащение деятельности сердца, рефлекторное сужение сосудов, выход из депо (селезенка, печень, кожа и др.) в сосудистый крово­ток дополнительного количества крови. Происходит региональное перераспределение объема циркулирующей крови.

Уменьшение объема крови сопровождается переходом в сосу­дистое русло жидкости из интерстициальных пространств, а также той части жидкости, которая находится в депонированном виде, что
способствует увеличению объема циркулирующей крови. В даль­нейшем возможно включение внешних механизмов саморегуляции, направленное на потребление волы.

Снижение объема циркулирующей крови приводит к умень­шению степени растяжения кардиомиоцитов в предсердиях, что способствует уменьшению образования предсердного натрийуре­тического гормона. Это вызывает, с одной стороны, задержку жид­кости в организме за счет увеличения реабсорбции воды и натрия, с другой — увеличение секреции гипоталамусом вазопрессина, а надпочечниками альдостерона, что также приводит к усилению ка­нальцевой реабсорбции воды и натрия.

Снижение величины артериального давления, которое возника­ет при уменьшении объема циркулирующей крови, вызывает уси­ленный синтез в почках ренина. Ренин способствует образованию в плазме ангиотензина II, оказывающего сильное сосудосуживающее действие. В свою очередь, ангиотензин II активирует освобождение из клубочковой зоны надпочечников альдостерона, который поми­мо того, что усиливает реабсорбцию натрия в дистальных канальцах и способствует задержанию воды в организме, обладает также прес­сорным действием на сосуды.

Длительная и значительная кровопотеря включает в приспо­собительные процессы регуляцию эритроцитарной массы крови. Возникающая при уменьшении объема крови гипоксия является стимулирующим фактором образования эритропоэтинов, которые способствуют превращению примитивных костномозговых клеток в проэритробласты. В свою очередь, уменьшение количества эритро­цитов по принципу обратной связи вызывает усиленную продукцию эритропоэтина, и наоборот.

Однако существует предел потери крови, когда уже никакие приспособительные реакции не способны восстановить объем цир­кулирующей крови до нормального уровня. Потеря '/, крови может привести к гибели организма. В этом случае необходимо срочное переливание крови или кровозамещающих жидкостей.

Увеличение объема циркулирующей крови. При увеличении объема циркулирующей крови (при варикозном расширении вен, после длительного постельного режима, при сердечной недостаточности, циррозе печени, нефрите и т.д.) происходят обратные процессы: уменьшение силы и частоты сердечных сокращений, падение тонуса
сосудов, переход жидкости из крови в ткань, снижение процессов реабсорбции воды и натрия и, как следствие, увеличение диуреза.

4.3.3. Функциональная система, поддерживающая постоянство реакции (pH) крови

pH артериальной крови — 7,4, венозной — 7,35, тканей — 7,0—7,2. Постоянство pH крови обеспечивает специальная функциональная система. Оптимальный уровень pH крови определяется буферными механизмами крови, а также деятельностью почек, легких, кожи и желудочно-кишечного тракта (рис. 4.15).

Выделительная деятельность почек

Метаболическая нейтрализация печенью

Фосфатный буфер

Рис. 4.15. Функциональная система, поддерживающая оптимальный
уровень водородных ионов в крови

Буферные механизмы крови. Буферные механизмы — смесь слабой кислоты и ее соли, образованной сильным основанием:

• Карбонатный буфер: Н,СО₃ + NaHCO,.

• Фосфорный буфер: NaH₂PO₄ + Na,HPO_r

• Белки крови.

• Гемоглобин.

Показано, что в организме легче изменить pH в щелочную сто­рону, чем в кислую. Щелочные соли слабых кислот образуют ще­лочи ый резерв крови.

Пример взаимодействия кислоты с карбонатным буфером:

СН.СНОНСООН + NaHCO.-э CH,CHOHCOONa⁺ + Н,СО₃

Н,0 СО,

Выделяется через легкие

Через почки NaHCO.

Na,HPO,

Скорость оседания эритроцитов (СОЭ). В цитратной крови, помешенной в вертикальные капилляры, эритроциты крови оседа­ют в виде монетных столбиков. У мужчин СОЭ в норме — 3—9 мм/ч, у женщин — 7—12 мм/ч.

СОЭ увеличивается при беременности и инфекционных забо­леваниях. СОЭ определяется свойствами плазмы крови изменять поверхностные заряды эритроцитов. СОЭ резко возрастает при помещении эритроцитов мужчин в плазму беременной женщины. Полагают также, что увеличение СОЭ связано с увеличением со­держания глобулинов в плазме крови.

4.3.4. Осмотическое давление крови

Осмотическое давление является одним из сравнительно жестких показателей внутренней среды организма. Существенное отклоне­ние его в сторону гиперосмолярности опасно для жизни. Именно поэтому в организме созданы все условия для того, чтобы удержи­вать осмотическое давление в достаточно жестких рамках.

В тканях и плазме крови осмотическое давление составля­ет около 7,6 атм. Это сила, с которой растворенные вещества, в том числе белки и ионы, притягивают через полунепроницаемые мембраны воду. Сила осмотического давления проявляется между мембранами форменных элементов крови и плазмой крови за счет
различия концентрации растворов в форменных элементах и плаз­ме крови, между мембранами капилляров, мембранами клеток тка­ней, их содержимым и содержимым межтканевой жидкости.

Осмотическое давление крови определяется ионами солей (7,62 атм) и белками плазмы крови (онкотическое давление 0,05 атм = 40 мм рт. ст.). Белки плазмы крови в значительной степени опреде­ляют удержание жидкости в кровеносном русле. В гипертоническом растворе эритроциты сморщиваются за счет перемещения воды в раствор. В гипотоническом растворе эритроциты набирают воду и лопаются (гемолиз). Предельная концентрация раствора, при кото­рой эритроциты сохраняют нормальную форму, определяет осмоти­ческую резистентность эритроцитов.

Физиологическая роль воды и солей. В здоровом организме общее количество воды, поступающее за сутки, равно количеству выделяемой воды (водное равновесие). С водой в организме цир­кулируют растворенные в ней соли в виде гидратированных ионов, а также другие осмотически активные вещества — коллоиды, глю­коза, мочевина и др. Соотношение воды и этих веществ определяет собственно осмотическое давление в различных секторах организ­ма — в крови, тканевой жидкости, тканях и др.

Наиболее важным для процессов жизнедеятельности являются катионы натрия, калия, кальция и магния, а также анионы — гидро­карбонаты и фосфаты.

Наибольший вклад (около 20 из 290 моем на каждый литр нор­мальной плазмы) в осмотическое давление организма вносят ионы Na^h и анионы С1 и НСО₃. Вклад глюкозы и мочевины составляет около 5 мосм/л.

Различные ионы определяют важнейшие физиологические функции:

• осмотическое давление тканей;

• всасывание в желудочно-кишечном тракте;

• клеточную диффузию;

• кислотно-основное состояние;

• пото- и мочевыделение;

• состояние соединительной ткани.

Натрии — основной внеклеточный катион. Межклеточная жид­кость мужчины массой тела 70 кг в среднем составляет 19 л. Исходя из того, что в каждом литре межклеточной жидкости содержится
150 ммоль ионов Na⁴, общее их содержание в межклеточной жид­кости равно 2850 ммоль.

Концентрация ионов Na в клетках организма — 230 ммоль. Костная ткань содержит 2500 ммоль ионов Na⁺. Общее количе­ство ионов Na⁺, участвующее в обменных процессах в организме и определяемое методом разведения изотопов, составляет около 50 ммоль/кг ¹ массы тела.

В среднем суточная потребность натрия — 100-300 ммоль. На­трий поступает в организм с пищей и выделяется в основном через почки, испражнения и пот. Количество натрия, выделяемое из ор­ганизма с потом, зависит от окружающей температуры. В среднем 1 л пота содержит 30—50 ммоль ионов Na⁺.

Копий — основной внутриклеточный катион. В организме взрос­лого человека содержится около 3500 ммоль ионов К, из которых 300 ммоль находятся в костной ткани скелета, 80 ммоль — в меж­клеточной жидкости и остальные 90 % — в клетках, особенно ске­летных и сердечной мышц. При недостатке калия может развиться вялый паралич мышц и слабость сердечной мышцы. Нормальное суточное потребление калия— 100 ммоль. С испражнениями уда­ляется около 10 ммоль, с мочой — 90 ммоль.

Калий определяет активность ферментов клеток, обеспечивает синтез белка и клеточный рост; поддерживает объем клеток, уча­ствует в поддержании pH; поддерживает потенциал покоя возбуди­мых тканей.

Регуляция обмена копия в организме. Прием калия мало влияет на его концентрацию в крови. Значительная часть калия выделяется с мочой в течение 6 ч после приема. Оставшаяся часть постепенно выводится через межтканевую жидкость.

Ведущую роль в распределении калия между клетками тканей и межтканевой жидкости играет инсулин. Увеличение концентрации калия в межклеточной жидкости стимулирует образование инсули­на, который обусловливает его поступление в клетки.

В восстановлении уровня калия в клетках, особенно после еды или физических упражнений, участвует адреналин. Инсулин и адре­налин активируют в клетках Na⁴,К/-АТФазу. Адреналин осуществля­ет это путем первичного связывания с p-адренорецепторами и акти­вации цАМФ. Поступление калия в скелетные мышцы регулирует также альдостерон, действие которого, по сравнению с инсулином
и адреналином, более отсрочено. Реакция среды (pH) также влияет на обмен калия между клетками и межклеточной жидкостью.

Магний. Около 60% (500 ммоль) магния содержится в костной ткани, остальная часть в основном связана с белками. Суточная по­требность в магнии — около 20 ммоль.

Недостаток магния в организме проявляется при нарушении процессов кишечного всасывания, поносе, хроническом алкоголиз­ме, длительном применении диуретиков.

Симптомы недостатка магния: тошнота, анорексия, рвота и сла­бость, атрофия клеток, отрицательный азотистый баланс. Может развиться судорожный приступ, сопровождающийся дефицитом К и фосфора, а также Са^2-, с которыми Mg²" тесно связан. При недо­статке Mg^2h мышцы теряют К. Возможны судороги мышц, устра­нить которые можно только дополнительным приемом Mg²⁺.

Главная опасность недостатка Mg²⁺ — сердечные аритмии и остановка сердца.

4.3.4.1. Функциональная система, поддерживающая оптимальный для метаболизма уровень осмотического давления в крови

Рассматриваемая функциональная система поддерживает оптималь­ный для метаболизма организма уровень осмотического давления. Как и у других функциональных систем, ее деятельность опреде­ляется механизмами саморегуляции. Механизмы саморегуляции осмотического давления интенсивно нивелируют даже незначи­тельные изменения осмотического давления в организме и стро­го удерживают его в оптимальных для метаболических процессов рамках (рис. 4.16).

Полезный приспособительный результат. Оптимальный для метаболизма уровень осмотического давления определяется различ­ным соотношением воды и ионов в организме. Оптимальным для метаболизма тканей осмотическим состоянием считается нормоос­молярное (нормоосмотическое). Преобладание солей и, наоборот, снижение воды в организме формируют гиперосмолярное (гипе­росмотическое) состояние. Уменьшение содержания солей или, на­оборот, при нормальном количестве солей увеличение содержания воды в организме формирует гипоосмолярное (гипоосмотическое) состояние.

08с

Рис. 4.16. Функциональная система, поддерживающая оптимальное для метаболизма осмотическое дав­

Глава 4. Внутренняя среда организма. Системные механизмы гомеостазиса

ление крови

 

Предконечный результат. Функциональная система, опреде­ляющая уровень осмотического давления, имеет предконечный ре­зультат. тесно связанный с показателями осмотического давления в тканях, — осмотическое давление крови. Этот предконечный ре­зультат выступает в предупредительной роли, демпфируя резкие пе­репады осмотического давления в тканях. Этому результату, в свою очередь, предшествуют другие — величина осмотического давления в разных отделах желудочно-кишечного тракта, а также специфиче­ские эмоциональные чувства жажды и солевой мотивации.

Многоступенчатость результата — осмотического давления в организме — неслучайна. Она определяется исключительно важной значимостью этого физиологического показателя для нормальной жизнедеятельности.

Рецепция результата. Изменения осмотического давления кро­ви воспринимаются многочисленными осморецепторами, в первую очередь мембран тканей. Опыты с перфузией изолированных орга­нов, сохранивших с организмом только нервные связи, показыва­ют, что при перфузии любого органа (селезенки, печени, костей и др.) гипертоническими растворами у животных проявляется общая реакция: изменяются дыхание, частота сердечных сокращений и диурез.

Центральные осморецепторы. Повышенной рецепторной функцией по отношению к изменению осмотического давления крови обладают нейроны супраоптического и паравентрикулярного ядер переднего гипоталамуса. Нейроны этих отделов головного моз­га характеризуются избирательной чувствительностью к изменению осмотического давления крови и не реагируют на изменение других ее показателей. Как считают некоторые исследователи, эти нейроны изменяют свой объем в зависимости от величины осмотического давления крови. В случае формирования гиперосмолярной крови вода из нейронов поступает в кровь и нейроны сморщиваются. При гипоосмолярной крови вода из кровяного русла поступает в нейро­ны и вызывает их увеличение.

Волюморецепторы. В восприятии объема жидкости в организ­ме наряду с центральными осморецепторами существенную роль играют рецепторы объема циркулирующей жидкости в сосудах — волюморецепторы. Волюморецепторы расположены в крупных ве­нах и предсердиях.

Барорецепторы. Дополнительную роль в восприятии количе­ства жидкости в крови играют барорецепторы, «настроенные» на определенный уровень кровяного давления, который тесно связан с уровнем плазмы крови.

Рецепторы юкстагломерулярного аппарата почек. Установле­но, что гранулярные клетки юкстагломерулярного аппарата почек весьма чувствительны к изменению давления в питающих его сосу­дах. Возбуждение рецепторов сосудов юкстагломерулярного аппара­та, в частности при уменьшении объема циркулирующей крови, на­ряду с порождаемой импульсацией приводит к выделению ренина.

Мотивация жажды и солевая мотивация. Нейроны супраоп­тических и паравентрикулярных ядер гипоталамуса тесно связаны своими отростками с другими нейронами лимбико-ретикулярных

 

Рис. 4.17. Восходящая генерализованная активация нейронами ги­поталамического «центра жажды», возбуждаемого гиперосмолярной кровью, других отделов головного мозга (по П. К. Анохину): РФ— ре­тикулярная формация

отделов мозга и с корой большого мозга. Возникающее в них воз­буждение широко распространяется по структурам головного мозга (рис. 4.17). При их возбуждении гиперосмолярной кровью формиру­ются ощущение и мотивация жажды, определяющие поиск и прием воды. При возбуждении этих нейронов гипоосмолярной кровью возникает ощущение, определяющее поиск и употребление соли — солевая мотивация (см. ниже).

Нервная сигнализация. Широко разветвленная сеть осморе­цепторов определяет многоканальную обратную афферентацию о результате деятельности рассматриваемой функциональной сис­темы. При этом основная афферентация в гипоталамические цен­тры поступает по блуждающим нервам от желудочно-кишечного тракта. При гиперосмолярном состоянии эта афферентация резко усиливается и ослабляется после поступления в желудок воды.

Дополнительную информацию в сосудодвигательный центр об объеме жидкости в сосудах несет импульсация от волюмо- и баро­рецепторов сосудов и рецепторов юкстагломерулярного аппарата почек.

Гуморальная сигнализация. Гидратация и дегидратация соеди­нительной ткани приводят к тому, что из нее в кровь поступают специальные информационные молекулы — олигопептиды, про­стагландины и др., также несущие в соответствующие центры функ­циональной системы информацию об осмотической потребности.

Механизмы саморегуляции осмотического давления. В архи­тектуре функциональной системы, поддерживающей оптимальный уровень осмотического давления, выделяют внутреннее и внешнее звенья саморегуляции.

Внутреннее звено саморегуляции осуществляется преимуще­ственно гормональными влияниями гипоталамо-гипофизарного уровня. В случае формирования гиперосмолярной крови и возбуж­дения нейронов супраоптических и паравентрикулярных ядер гипо­таламуса, обладающих нейросекреторными свойствами, последние начинают продуцировать биологически активные олигопептиды.