Айзек Азимов - Кровь: река жизни. От древних легенд до научных открытий
Таким образом волна деполяризации проходит по всей нервной системе. Она и есть те нервные импульсы, которые мозг различает как образ, звук, давление, боль и другие сигналы, поступающие из внешнего мира.
Остается открытым вопрос о том, как именно организму удается поддерживать неравную концентрацию ионов по обеим сторонам клеточной мембраны, особенно это касается нервных клеток в момент деполяризации.
Неорганические ионы принимают участие не только в процессах формирования, роста и восстановления костей, что само по себе очевидно, но и в различных электрических феноменах, происходящих внутри организма, особенно в функционировании нервной системы. Для выполнения этой задачи необходим строгий контроль концентрации ионов. Если соотношение их концентраций изменяется в небольших пределах, нервы и мышцы не могут адекватно реагировать на окружающие раздражители. При одной крайности наступает сокращение мышц, так называемая тетания, при другой — они становятся вялыми и расслабленными.
Как организму удается поддерживать шаткий баланс ионов в крови и в тканях?
В конце предыдущей главы я говорил о гормоне вазопрессине, который вырабатывается гипофизом и управляет содержанием воды в организме, контролируя степень ее реабсорбции канальцами почек. Это один из примеров системы регуляции. Организм вырабатывает много гормонов, каждый из которых отвечает за один или несколько аспектов химического баланса, некоторые контролируют баланс ионов.
Но давайте ненадолго вернемся назад и зададимся вопросом: что же такое железа?
Железа — это любой орган, продуцирующий жидкость. Различные железы, вырабатывающие пищеварительные ферменты, уже упоминались в этой главе. Однако они не являются железами в том смысле, как гипофиз.
Секреты, вырабатываемые некоторыми железами, попадают в протоки, через которые выводятся из организма наружу. К этим железам относятся потовые и молочные железы женщин, кормящих грудью (это видоизмененные потовые железы). К этой же группе принадлежат и пищеварительные железы, поскольку по протокам секреты попадают в пищеварительный тракт, на самом деле находящийся вне организма (как и дырка в пончике не находится в самом пончике).
Однако есть другая группа желез, к которой принадлежит и гипофиз, — они выделяют свой секрет внутрь организма. У таких желез нет протоков: секрет просачивается через оболочки клеток прямо в кровь и переносится ею ко всем органам. Это беспроточные, или эндокринные, железы. Именно в секрете этих желез и содержатся гормоны.
(Яички у мужчин, вырабатывающие сперматозоиды, и яичники у женщин, вырабатывающие яйцеклетки, также производят и гормоны. Это беспроточные железы, которые вырабатывают и клетки, и гормоны. По этой причине некоторые люди, говоря о железе, часто имеют в виду половые органы. Это неверно и вызывается ненужной стыдливостью, поскольку для всех частей человеческого тела есть подходящее название.)
Некоторые гормоны, например вазопрессин, представляют собой пектиды с небольшой молекулярной массой. Маленький размер молекуле необходим, поскольку гормоны должны проникать сквозь мембраны, проходя из желез в кровь, а это не под силу крупным белкам. Некоторые такие гормоны представляют собой всего лишь модификации различных аминокислот.
Ко второй группе гормонов относятся стероиды. Это вещества, чьи молекулы состоят из семнадцати атомов углерода, расположенных в виде четырех колец, сочлененных в определенном порядке. В различных точках к этим кольцам прикрепляются до десяти атомов углерода и пяти атомов кислорода. Более мелкие вариации в структуре приводят к тому, что существуют сотни различных стероидов, и некоторые из них в виде гормонов оказывают мощное воздействие на организм.
Две беспроточные железы в организме представляют собой два бугорка над каждой почкой. Это надпочечники. Каждая из этих желез состоит из двух частей. Центральная часть — мозговой слой — нас пока не интересует.
Внешняя часть надпочечника называется корой, потому что, подобно коре дерева, окружает внутренний слой. Кора вырабатывает целую серию стероидных гормонов — кортикостероидов.
У некоторых людей кора надпочечников не вырабатывает достаточного количества кортикоидов. Тогда развивается аддисонова болезнь, названная так не по имени человека, который от нее страдал, а по имени впервые описавшего ее врача. Одним из симптомов этой болезни является быстрая потеря организмом ионов натрия. Они проходят через почки, но не всасываются в них обратно. Такая же ситуация наблюдается и при несахарном диабете, когда не реабсорбируется вода.
Ненормальную потерю ионов натрия можно уменьшить введением человеку небольших доз кортикостероидов. Подойдет не любой кортикостероид, а только те, которые отвечают за баланс ионов натрия, — минералокортикоиды. Самым эффективным из них является альдостерон, отвечающий за поддержание баланса минералов в организме.
Но возможно, это только отодвигает проблему на шаг назад? Если в нарушении минерального баланса повинны надпочечники, то почему бы не выяснить, что способствует их правильной работе? Как они определяют, сколько кортикостероидов нужно выработать для поддержания ионного баланса? Аддисонова болезнь подтверждает, что нарушения могут вызывать как недостаточное выделение гормонов, так и их избыток.
Нам придется вернуться к гипофизу. Подобно надпочечникам, он тоже состоит из двух частей. Задняя доля (нейрогипофиз) выделяет некоторые гормоны, в том числе и вазопрессин, но именно передняя доля (аденогипофиз) играет самую важную роль в секреции гормонов. Передняя доля является практически главной железой в организме, поскольку вырабатывает белковые гормоны, контролирующие деятельность других желез.
Например, одним из гормонов является адренокортикотропный гормон, что в переводе с латинского означает «гормон, вызывающий рост коры надпочечника». Однако биохимики не любят длинные названия, хотя они не всегда кажутся таковыми непосвященному, и поэтому решили называть этот гормон АКТГ. Когда АКТГ выделяется в кровь, он разносится по всему организму и попадает в надпочечники. Там он стимулирует производство кортикостероидов.
Попав в кровь, кортикостероиды устремляются к гипофизу. Если уровень кортикостероидов в крови ниже нормального, это стимулирует выработку дополнительного АКТГ для восстановления нужного уровня. Если же уровень выше обычного, то это сдерживает образование АКТГ.
Такое взаимодействие гипофиза и надпочечников — пример механизма обратной связи. В живом организме или механическом устройстве он позволяет совершать управление, собирая информацию о результатах предшествующего поведения. Например, когда вы протягиваете руку за карандашом, вы следите за ней и подстраиваете движения мышц, отмечая, дотягивается рука до карандаша или нет. Это пример обратной связи. Это происходит подсознательно, и, возможно, вы этого даже не замечаете, но если понаблюдать, как ребенок пытается дотянуться до какого-нибудь предмета, то вы поймете, сколько усилий на это требуется. Или попробуйте посмотреть на карандаш, заметьте, где он лежит, закройте глаза и быстро дотянитесь до него, а потом посмотрите, сколько раз вы промахивались.
В механизме обратной связи участвуют не только гипофиз и надпочечники. Важен также уровень ионов натрия и других ионов в крови. Значение имеют и другие гормоны, а также уровень pH и десятки факторов окружающей среды. Надо помнить, что организм — это не система простых, изолированных друг от друга механизмов, а неразделимый комплекс, в котором нельзя управлять отдельными элементами, не оказывая влияния на весь организм в целом.
Именно поэтому лечение гормонами столь опасно. Оно может спасти жизнь, однако врачи должны постоянно следить за появлением возможных побочных эффектов.
Возникает другой вопрос. Как удается гормонам реализовать свои функции?
Как гормоны оказывают свое воздействие? Почему мизерное количество альдостерона заставляет почечные каналы реабсорбировать ионы натрия, а другой похожий стероид не оказывает такого влияния? Как вазопрессин управляет процессом усвоения воды? Как АКТГ стимулирует производство кортикостероидов и как кортикостероиды стимулируют или сдерживают производство АКТГ?
На этот счет существуют теории, и позднее я остановлюсь на некоторых из них.
Глава 10
Сахар и островки
Теперь нам нужно рассмотреть органические компоненты пищи, которые не могут всасываться стенкой кишечника, пока не будут расщеплены на мелкие молекулы при помощи пищеварительных ферментов. Именно эти органические соединения обеспечивают организм топливом, они содержат атомы углерода и водорода, которые, объединяясь с кислородом, высвобождают энергию.
