Гормоны и терморегуляция. Эксперименталье данные

10 Августа в 20:47 1869 0


На основании имеющихся порой противоречивых экспериментальных данных считают, что разобщение окисления и фосфорилирования в некоторых тканях может играть определенную роль в стимуляции термогенеза в условиях холодовой адаптации. Так, показано, что при холодовой адаптации теплокровных животных в различных тканях и их изолированных митохондриях закономерно увеличивается поглощение кислорода.

Однако в печени холодовая стимуляция дыхания, по-видимому, не сопровождается разобщением: коэффициент фосфорилирования Р : О в митохондриях (концентрация эстерифицированного неорганического фосфора на моль поглощенного кислорода) остается равным приблизительно 2-3. Вместе с тем в скелетных мышцах уже вскоре после начала пребывания животных на холоде происходит достоверное снижение коэффициента Р : О, сопровождающееся повышением дыхания и теплопродукции (Скулачев, 1964, 1969).

Разобщение дыхания и фосфорилирования в мышцах оказывается еще более выраженным при повторном холодовом воздействии. Показано, что степень разобщения хорошо коррелирует с устойчивостью животных к первичному и повторному охлаждениям. Чем процесс разобщения выше, тем животное лучше и длительнее поддерживает постоянную температуру тела.

Холодовые тренировки параллельно снижают сопряжение, увеличивают теплопродукцию и повышают устойчивость животных к длительному охлаждению. Оказалось также, что синтетические разобщители типа динитрофенола (ДНФ) оказывают в определенных концентрациях благоприятный эффект на холодовую адаптацию животных (Скулачев, 1969). В противоположность охлаждению воздействие высоких температур усиливает сопряжение, снижает теплопродукцию в мышцах и других тканях (Кассуто, 1968).

Особое значение в процессах термогенеза придается бурому жиру. Бурая жировая ткань обнаружена у ряда видов млекопитающих и, в частности, у животных, впадающих в зимнюю спячку (барсуки, суслики, летучие мыши). Она локализована в области дорсальной поверхности грудной клетки и вокруг висцеральных органов. Эту ткань относят к жировой ткани лишь вследствие высокого содержания в ней нейтральных липидов. Вместе с тем в структурно-функциональном отношении она существенно отличается от обычной белой жировой ткани.

Характерная структурная особенность бурого жира — огромное количество митохондрий, содержащихся в его клетках и придающих ткани бурый цвет. Функциональной особенностью митохондрий данной ткани является низкий уровень сопряжения процессов окисления и фосфорилирования, причем эта особенность сочетается с высоким содержанием в органеллах НЭЖК (Линдберг и др., 1966).

В процессе пробуждения животных от зимней спячки в клетках бурого жира происходит липолиз, и свободные жирные кислоты в техже клетках включаются в окислительные процессы или поступают в кровь. Активация липолиза и дыхания при низком уровне синтеза АТФ в буром жире приводит к усилению теплопродукциии и разогреву крови спящих животных, стимулируют их к пробуждению. С точки зрения одних авторов (Смит и др., 1963, 1964, 1969; Джоел, 1965), термогенез в буром жире играет решающую роль в общей теплопродукции животного организма, с точки зрения других (Скулачев, 1969), — термогенезу в бурой жировой ткани принадлежит скромное место и его значение ограничивается лишь пусковой ролью в активации процессов теплообразования в других тканях. Справедливость той или иной точки зрения на физиологическое значение бурого жира покажет будущее. Нам же хотелось здесь подчеркнуть другое.

Согласно данным об изменении интенсивности дыхания и фосфорилирования в разных тканях в условиях холодовой акклиматизации, степень усиления тканевого дыхания, разобщения и термогенеза обычно зависит от содержания в клетках и их митохондриях свободных жирных кислот. Митохондрии, изолированные из мышц охлажденных животных или бурой ткани и печени животных, пробуждающихся от зимней спячки, содержат повышенное количество НЭЖК. Поскольку последние, как показали специальные эксперименты, обладают мощным разобщающим действием (правда, в очень высоких концентрациях), высказывается предположение, что включение НЭЖК в мембраны митохондрий может быть конечным звеном в сложной цепи процессов, приводящих к холодовому разобщению и, следовательно, температурной адаптации (Скулачев, 1969; Химмс-Хаген, 1969, 1970).

Таким образом, приведенные данные, no-видимому, показывают, что изменение интенсивности свободного окисления в процессах терморегуляции — результат не только изменения общей активации клеточного дыхания, но и следствие разобщения энергии окисления и окислительного фосфорилирования. Иначе говоря, изменение уровня сопряжения в процессах теплообмена может играть в определенных пределах необходимую адаптационную роль, активно переключая энергетические реакции с образования АТФ на термогенез.



Не следует, однако, думать, что процесс разобщения исчерпывает регулируемое теплообразование в тканях, тем более, что стимуляция тканевого дыхания при любых условиях увеличивает теплопродукцию и является механизмом компенсации снижения синтеза АТФ, и усиленного ее распада. Абсолютное количество АТФ в клетках в условиях холодовой адаптации или при действии  гормонов увеличивается, а дыхательный контроль (торможение дыхания АТФ и стимуляция дыхание АДФ) в ряде случаев не усиливается, а ослабляется (Кандрор, 1967, 1973).

В процесс температурной адаптации, регулируемой гормональными системами, вероятно, параллельно и последовательно включаются различные факторы, модифицирующие окислительные процессы и термогенез: мобилизация энергетических ресурсов из депо и особенно их утилизация; синтез функциональных и структурных белков митохондрий, обеспечивающих образование энергии в клетке; уровень сопряжения окисления и фосфорилирования. Предполагают, что степень участия каждого из перечисленных факторов в регуляции теплопродукции зависит от типа клеток, длительности адаптационного процесса, характера действия того или иного гормона, участвующего в регуляторном процессе.

Анализ механизмов влияния гормонов на адаптационный термогенез показывает следующее. Катехоламины симпато-адреналовой системы, вероятнее всего, путем увеличения образования цАМФ в белой и бурой жировой тканях вызывают относительно быстрое усиление липолиза, а затем повышение концентрации НЭЖК в крови и клетках. Накопление НЭЖК в различных клетках, с одной стороны, увеличивает обеспечение дыхания субстратами, с другой — уменьшает сопряжение (Бевиз и др., 1968).

Полагают, что оба эти эффекта адреналина и норадреналина, а также их влияние на утилизацию глюкозы и НЭЖК стимулируют свободное окисление и термогенез. Катехоламины через цАМФ способны, по-видимому, и непосредственно стимулировать процессы тканевого дыхания и теплопродукцию, повышая активность одного из ключевых ферментов цикла Кребса изоцитратдегидрогеназы в разных тканях, без разобщения окисления и фосфорилирования (Кулинский, 1976).

Механизмы действия тиреоидных гормонов на процессы клеточного дыхания, окислительного фосфорилирования и теплопродукции, по-видимому, более сложны и множественны. Иодтиронины в физиологических концентрацих влияют на клеточные процессы с длительным лаг-периодом, преимущественно стимулируя процессы транскрипции. Считается, что калоригенный эффект данных гормонов обусловливается в основном индукцией синтеза неких митохондриальных белков, активирующих транспорт электронов (Тата, 1964, 1976).

При этом стимулирующий эффект физиологических концентраций Т3 и Т4 на дыхание и теплопродукцию не сопровождается выраженным разобщением окисления и фосфорилирования , присущим токсическим количествам гормонов. Некоторые авторы считают все же возможным прямое разобщающее действие физиологических концентраций тиреоидных гормонов на митохондрии и аналогичный эффект гормонов через мобилизацию НЭЖК (Гольбер, Кандрор, 1972; Туракулов, 1974). Кроме того, постулируется еще один путь влияния Т3 и Т4 на клетки. Речь идет о возможном стимулирующем эффекте йодтиронинов на Na+, К+-АТФазу.

Предполагают, что тиреоидные гормоны, повышая активность натриевого насоса в плазматических мембранах клетки, усиливают распад АТФ и тем самым по механизму дыхательного контроля вторично стимулируют теплопродукцию и сопряженное фосфорилирование (Эдельман и др., 1975). Это предположение основано на экспериментальных данных, показывающих, что оубаин (специфический ингибитор натриевого насоса), а также дефицит Na+ и К+ (активаторы насоса) снимают калоригенный эффект гормонов щитовидной железы. Однако остается неясным, является ли действие этих гормонов на АТФазу первичным и прямым?

Уже говорилось о том, что кортикостероиды, вероятнее всего, регулируют термогенез не столько сами по себе, сколько как пермиссирующие факторы, а также стимуляторы липолиза и мобилизации НЭЖК.

Согласно современным представлениям, симпато-адреналовая система принимает участие в относительно быстро протекающих адаптационных процессах, развивающихся в ответ на температурные воздействия. В то же время гипоталамо-гипофизарно-тиреоидная система преимущественно включается в регуляцию относительно длительной перестройки теплообмена. Взаимодействие гормональных систем в процессах терморегуляции, по-видимому, осуществляется как на уровне гипоталамических центров, так и на уровне клеток-мишеней.

В.Б. Розен
Похожие статьи
показать еще
 
Эндокринная хирургия