ФИЗИОЛОГИЯ ЧЕЛОВЕКА: ВОДНО-СОЛЕВОЙ ГОМЕОСТАЗ

Аннотация:

Физиология человека дает интегральное представление о механизмах всего спектра функций в организме человека. Их успешное осуществление возможно в условиях высоко стабилизированной внутренней среды, которая непрерывно воссоздается эффекторными органами под влиянием нервных импульсов, гормонов, инкретинов, аутокоидов. Приведены данные о физико-химических параметрах внутренней среды человека. Обсуждаются новые возможности методов клиренса при участии почек в гомеостатических процессах. Ключевые слова: физиология человека, водно-солевой гомеостаз, гормоны, инкретины, аутакоиды. Появление человека в развитии всего живого на Земле требует осмысления с привлечением многих областей научного знания. Исключительное развитие в становлении человека имеет формирование функций мозга, разумная жизнь, а для исследователя потребность понять, расшифровать грани работы мозга, его возможности, невероятный прогресс в познании жизни и самого себя. Выделение в самостоятельную область знания физиологии человека, создание журнала "Физиология человека" , последующее формирование этого направления физиологии наряду с развитием антропологии, физиологии высшей нервной деятельности требует осознания. Это связано с потребностями общества, развитие физиологии человека стало ответом научного сообщества на реальные вызовы, вовлекло в эту сферу многие разделы естествознания, оставаясь в ней стержнем становления нового направления науки, относящегося не только к биомедицине , но и к гуманитарному знанию (философия, лингвистика) . Касаясь природы ума, природы того, что отличает человека, не следует впадать в абсолютный эгоцентризм, поскольку эволюция живого на одном из этапов развития смогла сформировать нечто новое — самопознающее существо, но оно возникло в природе, где так много лет уже существовал полный комплекс функций у живых существ, предшественников человека. В этом ключе понятий, оставаясь в сфере границ физиологии, необходимо рассмотреть две линии взаимодействия: 1) что является принципиально новым для человека, 2) что присуще иным формам жизни, но обеспечивает саму возможность появления структуры, генерирующей мысль. Не касаясь расшифровки механизмов этого явления, автор рассматривает базовые, фундаментальные находки Природы, на основе которых это стало возможным. Физиология человека включает многие направления исследований, характеристика каждой из функций организма описана в руководствах разных клинических дисциплин и это находит отражение в существовании в них соответствующего раздела (табл. 1). Адаптация к внешней среде приобретает для человека особое значение и отражение в появлении экологической физиологии человека, формировании новых направлений, включающих и фундаментальные и прикладные разделы науки, обеспечивающие интересы общества и государства. Речь идет о развитии гравитационной физиологии , физиологии экстремальных состояний, гипербарической физиологии, физиологии труда, физиологии высокогорья, физиологии спорта, всех тех направлений, которые позволяют выяснить механизмы адаптации человека к жизни . Во всех перечисленных случаях безусловным и решающим остается круг проблем, связанных с физиологией человека, выяснение базовых принципов регуляции функций у человека, касающихся и отдельных физиологических систем, и жидкостей внутренней среды. Очевидно, что имеются организмы с более острым зрением и слухом, чем у человека, но в том и состоит физиологическое понимание проблемы, что уровень работы организма как единого целого определяет, какой орган необходим и в какой форме. Эффективность любой функции у человека за висит от высокого уровня постоянства физико-хи-мических параметров жидкостей внутренней среды, именно эти условия определяют степень стабилизации объёма каждой клетки и ее реакции на внешние воздействия. ВНУТРЕННЯЯ СРЕДА. Тончайшие проявления высших психических функций, творческие аспекты в науке, поэзии, музыке и иных формах творчества, включая технические решения и технологии, — все это связано с высочайшим интеллектуальным напряжением, интенсивной работой мозга. Сама возможность физиологического решения этой проблемы — мышление, сознание и т.п. в своих высших проявлениях требует нестандартных решений, структур, но созданных на основе существовавших ранее единых, общих принципов в их лучших (в терминах адаптации к среде) формах воплощения. Существует еще одна важнейшая составляющая этой системы, другая ее сторона — внутренняя среда, в которой происходило развитие клеток, обеспечение стабильности ее физико-химических параметров, на фундаменте которых реализуются высшие функт ции мозга. Чистота линий и тончайшая гамма цветовых решений при художественном воплощении замысла у мастера, творца, будь то скульптурный образ Родена, линия Матисса или мазок Ренуара, тончайшие оттенки звука в игре Ойстраха или так узнаваемая мощь фортепьяно Рихтера, невероятная сила эмоционального действия формулы Эйнштейна, утех, кто ее ощущает, требуют тишины, шум среды во всех смыслах этого термина должен быть сведен к минимуму, ничто не должно мешать творцу невиданного при рождения нового образа, новой мысли, новой формулы. Для этого природа выработала многокомпонентную физиологическую систему — гомеостаз. Смысл понятия внутренняя среда осознал, сформулировал С. Bernard , термин гомеостаз предложил W.B. Cannon , численные значения каждого из параметров у человека были измерены с использованием новых методических возможностей науки второй половины XX в., и многие новейшие достижения человечества зависели от применения сформулированных к тому времени закономерностей физиологии . Представляется важным на страницах журнала "Физиология человека" привести данные о концентрации основных физико-химических показателей у здорового человека. Эти данные практически едины во всем мире, в статью включены результаты, полученные на основе изучения показателей сыворотки крови у советских и российских космонавтов, американских астронавтов в предполетном периоде (табл. 2). Выбор этого контингента здоровых людей был обусловлен строгостью и верифицированностью медицинского отбора и последующего анализа. Более того, когда на протяжении многих лет выполнялась эта работа, безусловно, важна была абсолютная сопоставимость данных: международная лаборатория предварительно сравнила результаты изучения контрольных проб и обнаружила полное совпадение данных лабораторий советских и американских учреждений. Была сопоставлена не только концентрация изученных параметров, но и степень их вариабельности (табл. 2), что позволило оценить, насколько строго удерживаются значения во внутренней среде человека. Эти данные могут быть полезны многим исследователям как своеобразная, контрольная, эталонная группа показателей у здорового человека.Стабильность параметров жидкостей внутренней среды определяется деятельностью систем регуляции у человека. В этой связи необходим ответ на вопрос, почему при обсуждении данных табл. 2 речь идет о физико-химических параметрах, а не о концентрации гормонов и иных физиологически активных веществ, роль которых столь велика для обеспечения константности значения именно этих показателей. Объяснение этого положения имеет исключительное значение для проблем физиологии человека и существенно для клиники (табл. 2). Смысл состоит в том, что стабильность физико-хи-мических параметров достигается сиюминутным изменением концентрации в крови физиологически активных веществ, настройка этих регуляторов со стороны центральных и местных систем во имя обеспечения константности осмоляльности крови, ее рН, концентрации в ней веществ, необходимых для выполнения функций клеток. Стабильно высокое или низкое значения концентрации того или иного гормона или регуляторной молекулы в крови наблюдается в условиях патологии (при дефекте работы эндокринной железы), в обычных условиях их величина подвержена резким колебаниям. Известная аналогия может касаться и нормы состава и объема мочи у человека. Эти величины зависят от того, что надо сохранить или вывести из организма во имя стабильности физико-химических параметров жидкостей внутренней среды. Из этого следует важнейший вывод: чем шире диапазон колебаний концентрации многих веществ в моче, тем лучше почка выполняет свою функцию во имя главной цели — поддержания постоянства физико-химических параметров сыворотки крови у человека, чтобы он мог адаптироваться к разному водному и пищевому режиму, жизни в пустыне и в районах Крайнего Севера, при интенсивной мышечной нагрузке или при напряженной интеллектуальной работе. Вопрос о судьбе физиологии как науки, и физиологии человека в том числе, требует специального обсуждения. Физиология человека в мире стремительно развивающегося естествознания касается определения параметров функций и расшифровки природы адаптивных реакций, изменения функций при известных заболеваниях или новых недугах. Листая страницы журнала "Физиология человека", очевидно стремление авторов использовать новые методы, новые возможности. Число и качество аналитических методов резко возрастает, но важнее соответствие метода физиологическим задачам. Сохранение имени и духа физиологии человека как истинно живого, развивающегося направления науки требует ответа на вопрос, как организована функция, как она регулируется в непрерывно меняющейся мозаике концентрации каждой из регуляторных молекул. Обычно врач назначает определение концентрации того или иного гормона, но важно учитывать взаимодействие в крови совокупности гормонов, инкретинов, ионов. Естественно, ответ о правильности выбора дает сама жизнь, но, используя невероятно богатые методические возможности молекулярной биологии, молекулярной генетики, широко применяя достижения геномики, протеомики, мета-боломики, достижения регенеративной медицины, биоинформатики, надо искать строгий ответ для понимания природы регуляции каждой из функций у человека. К этим проблемам относится и выяснение физиологических основ природы сознания в самом широком социальном, естественно-научном и эволюционном (природа возникновения) смыслах этого слова, глубокое изучение всего спектра физиологических функций, понимание основ формирования и поддержания точнейших механизмов состава и воспроизведения постоянства жидкостей внутренней среды организма, всех бассейнов внутренней среды, включая и среду деятельности мозга. Это необходимо для разработки оптимальных режимов труда в условиях новых видов деятельности, изменений в интенсивно движущемся мире, поиске эффективных способов лечения, а при возможности и профилактики нарушений. В следующем разделе кратко будут рассмотрены результаты новых работ, которые дают возможность более глубоко понять реальные механизмы физиологической регуляции не в виртуальном мире, а у человека in vivo и in situ. Современные исследования в области физиологии характеризуются тем, что позволяют глубоко проникнуть в механизм процессов, происходящих в живых системах, а выраженная дифференциация науки требует консолидации для создания целостной и реальной картины места регулятора в единой системе при использовании подходов, связанных с взаимодействием разных наук. РЕГУЛЯЦИЯ СОСТАВА ВНУТРЕННЕЙ СРЕДЫ. Существенно изменились представления не только о природе регуляции функций у человека, но и возможности применения этих данных в клинической медицине. Наряду с открытиями структуры и функциональных характеристик новых белков, ионных каналов, рецепторов гормонов и различных физиологически активных веществ , появляются сведения об организации физиологических процессов, о которых, казалось бы, известно почти все. Так, потребление углеводов приводит к их гидролизу в кишке, глюкоза всасывается в кровь, наступает секреция в тонкой кишке глюкагоноподобного пептида 1, он при наличии гипергликемии в бассейне воротной вены способствует секреции инсулина и нормализации концентрации глюкозы в крови . При патологии, сахарном диабете нарушается функция этой системы. Оказалось, что такая схема регуляции касается не только углеводов. Наши исследования показали, что подобная система регуляции функционирует и в обеспечении водно-солевого гомеостаза. Если попросить человека выпить воду, то в его крови через несколько минут повысится концентрация глюкагоноподобного гормона . ДОтехже значений, что и при потреблении углеводов. Эта система участвует в ускорении восстановления показателей водно-солевого обмена и при питье воды, и потреблении солей. Экспериментально удалось ответить на вопрос, каким же образом действует глкжагоноподобный пептид 1, ускоряя восстановление тех компонентов водно-солевого обмена, которые изменены при поступлении в организм избытка воды или солей. Нами были предложены новые подходы к решению этой проблемы и установлено, каким образом изменяется работа почек. Согласно классическим представлениям жидкость фильтруется в клубочке, поступает в проксимальный сегмент неф-рона и в нем осуществляется облигатная реабсорбция, т.е. всегда всасывается одинаковая доля жидкости -2/3 ультрафильтрата. Оказалось, что это не всегда так, и эта величина тоже регулируется. На нее влияет глю-кагоноподобный пептид 1, он уменьшает реабсорбцию жидкости в проксимальном канальце. Тогда больше жидкости поступает в дистальный сегмент нефрона, на компоненты этой жидкости влияют регуляторные вещества в дистальном сегменте нефрона и собирательных трубках, что и повышает эффективность и селективность реакции почек . Таким образом, установлено физиологическое значение перераспределения объема реабсорбции жидкости между отделами нефрона и установлен фактор, обеспечивающий этот процесс. Новая регуляторная система обнаружена и в следующем сегменте нефрона, которая влияет на перераспределение жидкости в почке человека между толстым восходящим сегментом петли Генле и собирательной трубкой. Это измененное физиологическое состояние было обнаружено нами при ночном энурезе у детей, когда во время эксцесса при стабильной клубочковой фильтрации растет реабсорбция осмотически свободной воды и увеличивается диурез .Казалось бы, невообразимая и невозможная ситуация - при постоянной скорости клубочковой фильтрации наблюдается и усиление реабсорбции воды и очевидное увеличение мочеотделения. Объяснение этого физиологического механизма заключается в том, что происходит усиление секреции аутакоидов в мозговом веществе почки, уменьшение реабсорбции ионов в толстом восходящем отделе петли Генле, сброс жидкости в собирательные трубки и реабсорбция осмотически свободной воды из возросших объемов канальцевой жидкости, процесс регулирует поступление в кровь избытка вазопрессина. Ключевую роль среди аутакоидов в этой зоне почки играют простагландины . Понимание механизмов водно-солевого гомеостаза у человека требует учета физико-химических факторов, обуславливающих целевые задачи организма. Как у одноклеточных, так и у пойкилоосмо-тических литоральных животных системы регуляции водно-солевого обмена строго следят за условиями поддержания объема каждой клетки. У человека имеется несколько уровней контроля -один из них широко известен и обеспечивает стабилизацию осмоляльности крови, внеклеточной жидкости, другой внутри организма в виде гемато-энцефалического барьера, гематоофтальмического барьера в ограниченных зонах следит за стабильностью осмоляльности, чтобы демпфировать любые сдвиги водно-солевого обмена, которые могут повлечь изменение объема клеток. Наконец, каждая клетка стремится стабилизировать свой объем, либо включаются дополнительные механизмы, как в мозговом веществе почки, где в физиологических условиях меняется осмоляльность. НОВОЕ В ОЦЕНКЕ МЕТОДА КЛИРЕНСА ПОЧКОЙ У ЧЕЛОВЕКА. Сказанное выше ставит перед физиологией человека новые задачи, которые требуют новых подходов, новых способов расчета и новых формул. Так, при расчете осморегулирующей функции почки, при изменении реабсорбции или экскреции используют формулу расчета очищения осмотически свободной воды CH2q=V— CQsm. Она позволяет вычислить объем реабсорбируемой воды при действии вазопрессина, но она не годится для оценки клиренса воды из организма. В случае целостного организма она не дает ответа на вопрос о выделении той осмотически свободной воды, которая определяет регуляцию объема клетки, поскольку не учтена роль мочевины в регуляции объема клетки. В величину осмоляльности крови входят не только непроникающие в клетку ионы, но и вещества, свободно проникающие через мембрану клетки, например мочевина. Для оценки клеточной ос-морегуляции учитывать следует только осмотически активные вещества, не проникающие через мембрану и потому влияющие на объём клетки. В таких случаях, чтобы избежать ошибки, надо использовать формулу с расчетом свободной от ионов натрия воды.В качестве примера тяжелых клинических состояний, когда это не учитывают, можно привести случаи отека мозга после введения концентрированных растворов мочевины, которые раньше применяли для лечения отёка мозга и что часто вновь приводило к повышению концентрации мочевины в ликворе, а затем к отеку мозга. Другим предметом обсуждения может служить использование формул для расчета клиренса ионов, исходя из концентрации катиона в сыворотке крови, а не общего его содержания во внеклеточном пространстве. Строгий и точный расчет при физиологическом анализе и проведении клинических процедур требует применения новых подходов. При включении в формулу значения концентрации определяется очищение почкой данного вещества, а при включении в формулу величины общего количества во внеклеточной жидкости — клиренс, очищение организма от этого вещества . МОДУЛЯЦИЯ ФУНКЦИЙ. Точный образ представления о сути физиологии дал А.Ф. Самойлов на чествовании И. П. Павлова по поводу дня его 75-летия: "Мы не поймем жизни фрагмента, не понявши всего целого, и не поймем целого— не узнавши тайны фрагмента" . В жидкостях внутренней среды с мириадом составных элементов, когда каждое мгновение воссоздается в организме новая картина, есть два типа компонентов, одни из них стабильные, строжайшим образом удерживаемые на постоянном уровне (осмоляльность, концентрация ряда ионов, рН, концентрация глюкозы, аминокислот), другие — меняющиеся, регуляторные молекулы (метаболиты, гормоны, медиаторы). Если предположить, что первая группа упомянутых выше веществ высоко стабильна и ее восстанавливают специальные органы (в особенности почки), то вторая, безусловно, меняется каждое мгновение, а это непрестанно создает все новые формы мозаики состава среды, без всякого сомнения влияющей на активность и реакцию нервной системы, клеток разных типов. Это определяет "картину" калейдоскопа, возможно, существенно меняет среду регуляторных молекул около нейронов, состояние их базовой и вызванной активности особенно эмоционального фона, на котором реализуется работа мозга. Физиология человека развивается на базе открытий сопредельных наук. Эти ветви развития представлены в физиологии, с одной стороны, углубляются процессы познания, наблюдается дифференцировка классической физиологии. Происходит становление эволюционной, экологической, молекулярной, квантовой физиологии. С другой стороны, идет попытка синтеза данных полученными разными методами, поиск черт сходства и принципов развития таких разных сторон знания, как физиологические науки, технические науки, гуманитарные науки. Несколько лет назад нами была предпринята попытка сопоставить принципы организации и развития таких разных систем, как живой организм ., естественные и искусственные языки, информационные системы, технические устройства . Оказалось, что во всех случаях можно найти и сходство принципов их функциональной организации. Это свидетельствует о существовании общих принципов строения, внутренней организации, регуляции, что позволяет приблизиться к формулированию общих принципов развития. Можно искать черты сходства в развитии физиологии человека как науки и генерируемых умом человека идей, они становятся фундаментом новых решений в технологии, прикладных сферах. В физиологии есть много замечательных идей, которые, казалось бы, живут самостоятельной жизнью. В конечном счете, постепенно создается целостная картина функции, получающая экспериментальное подтверждение в независимых исследованиях. Рассмотрим одно из таких направлений, развивающееся в течение века. В конце XIX века единственной признанной системой регуляции была нервная. Ее роль в организме животных и человека была предметом многочисленных исследований, этот вопрос послужил темой докторской диссертации И.П. Павлова "Центробежные нервы сердца" . В конечном счете, И.П. Павлов пришел к выводу, что "каждый орган находился бы под тройным контролем: нервов функциональных, вызывающих или прерывающих его функциональную деятельность (сокращение мускула, секрецию слюны и т.д.); нервов сосудистых, регулирующих грубую доставку химического материала (и отвод отбросов) в виде большего или меньшего притока крови к органу, и, наконец, нервов трофических, определяющих в интересах организма как целого точный размер окончательной утилизации этого материала каждым органом. Этот тройной контроль мы имеем доказанным на сердце" . Эти мысли были высказаны И.П. Павловым в докладе, прочитанном на научном совещании в честь 50-летия научно-врачебной деятельности А.А. Нечаева 31 декабря 1920 г. в Обуховской больнице. В 1902 г. Бейлисс и Старлинг открыли секретин, выделяемый клетками тонкой кишки и стимулирующий секрецию поджелудочной железы, и ввели понятие о гормоне. Постепенно стало формироваться представление о существовании еще одной системы -гуморальной регуляции наряду с нервной системой. Более того, в школе И.П. Павлова, в трудах JI.A. Орбели и его коллег интенсивно разрабатывалась проблема трофической функции нервной системы, в частности адаптационно-трофической функции симпатической нервной системы. В начале 20-х гг. XX в. на кафедре Л.А. Орбели его студент А.Г. Гинеципский выполнил исследование, в котором показал роль стимуляции симпатического нерва в восстановлении функций утомленной сокращениями скелетной мышцы, получивший впоследствии название "феномен Орбели-Гинецин-ского". Обсуждая результаты этого направления исследований, Орбели высказал удовлетворение и радость по поводу того, что сейчас приходится переживать счастливый момент в физиологии: "Мы привыкли часто говорить о кризисе в разных отделах научного знания. Но в данном случае я думаю мы стоим не перед кризисом, а наоборот - мы вышли из того тупика, который создавался противопоставлением нервного механизма регуляции механизму химическому. Мы приходим к выводу, что эти два механизма не только не исключают друг друга, что они не только существуют параллельно, но они существуют в виде строго уравновешенной, координированной, взаимодействующей системы регуляционных механизмов, и нет той границы, которую можно было бы провести между регуляцией нервной и гуморальной" . Это направление исследований регуляции функций получило дальнейшее развитие в разных разделах физиологии. Были открыты химическое строение гормонов эндокринных желез , физиологически активных веществ, вырабатываемых клетками различных органов и систем, к их числу могут быть отнесены аутакоиды, инкретины, синтезируемые L-клетками кишки и влияющими на функцию поджелудочной железы , почек . Гормоны, аутакоиды, инкретины используются в регуляции всего многообразия функций в организме, что показано исследователями в последние десятилетия благодаря открытию многообразия подтипов рецепторов, вторых мессенджеров. ФИЗИОЛОГИЯ ЧЕЛОВЕКА И НАУКА О ЧЕЛОВЕКЕ. Применение интегративного подхода для понимания сути явлений в организме живого существа, осмысление невероятно больших массивов новых фактов при решении физиологических задач служит шагом в осознании роли каждого компонента в физиологической функции. Это предопределяло суть современного этапа развития физиологии, когда на смену дифференциации наук приходит консолидация в едином мире физиологии достижений нейронаук, физиологии висцеральных систем, физиологии иммунной системы, физиологии развития, физиологии движений. Для построения новой физиологии необходимы знания о взаимодействии функций макроорганизма и микроорганизмов, живущих в нем, микро-биома, сравнительного исследования особенностей функций у разных групп животного мира. Задача в том, чтобы соответствовать тенденциям современности, использовать новые подходы, включающие информационные технологии для развития физиологических наук во имя проникновения в природу фи-зиологическихявлений, анализа механизмов осуществления функций, и в итоге использования этихданных для развития человека и его творческих возможностей, а в случае необходимости - лечения. Достижения физиологии могут быть применены для разработки новых технологических решений на основе смыслов, найденных природой и понятых физиологами. Возникает естественный вопрос, что ждет физиологию в XXI веке. Несколько лет назад после лекции в Пекинском университете автор обсуждал эту проблему, исходя из языкового и смыслового значения физиологии. В оценке многих явлений жизни оттачиваемый в миллионах умов язык народа передает в оттенках значений слов новые возможности формулировки мысли, отшлифовывает их. Примеры этому можно найти при чтении классиков, при глубоком проникновении в тайны словарей. Поэтому такое значение имеет словарный запас человека. Оттенки мысли находят отражение в многозначности слов, они ярко высвечиваются в переводах даже одного и того же стихотворения или текста на русский язык. Достаточно сопоставить сонеты Шекспира в переводах Б. Пастернака, Т. Щепкиной-Куперник,М. Чайковского, Н. Гербеля, С. Маршака или переводы стихотворения Г. Гейне "Ein Fichtenbaum steht einsam", выполненные M. Лермонтовым, И. Павловым, М. Михайловым. Какое отношение это имеет к развитию физиологии? Есть генетически заданная структура и её функция, но существует огромный пласт явлений, касающихся модуляции, адаптации функции к сиюминутной ситуации. Это ясно выражается и в языке, и в регуляции функций. Многозначность слов позволяет точнее выразить мысль в предложении, много-ликость мельчайших изменений одного и того же белка при действии регуляторных факторов в клетке, в целостном организме находит отражение в разных формах его участия в одной и той же функции. Даже однояйцовые близнецы при практически полном генетическом сходстве разнятся в своих функцйональ-ных отправлениях. Из сказанного следует, что неисчислимы функциональные реакции одних и тех же макромолекул в зависимости от влияния на них регуляторных молекул в мозаике функций целостного организма, что находит отражение в современной физиологии человека.

Авторы:

Издание: Физиология человека
Год издания: 2018
Объем: 8с.
Дополнительная информация: 2018.-N 3.-С.6-13. Библ. 26 назв.
Просмотров: 854