Александр Уголев - Естественные технологии биологических систем

Вопрос о специфичности взаимодействий определенных химических веществ с различными организмами, относящимися к разным систематическим группам, служит предметом сравнительной фармакологии и, в частности, сравнительной токсикологии. Можно ли, исходя из сравнительной фармакологии эффектов различных веществ, добиться избирательного подавления одних видов организмов, не задевая остальные? Можно ли, вводя в среду определенные вещества, стимулировать рост одних популяций, не влияя на другие члены данной экосистемы, которые близки не только пространственно к регулируемой популяции, но и связаны с ней трофическими и другими связями?

По-видимому, существует различная видовая чувствительность к одному и тому же агенту в пределах, например, одного класса млекопитающих. Так, чувствительность холинорецепторов скелетных мышц к миорелаксаптам может варьировать довольно значительно. Доза декаметония, вызывающая паралич скелетных мышц у крыс, должна быть примерно в 100 раз выше, чем для кур, кошек и человека, а тубокурарина, напротив, в несколько раз ниже, чем для кур, кошек, собак и человека. Далее, у разных организмов имеются существенные различия во времени полураспада одного и того же соединения, что влияет на его токсические и регуляторные эффекты. В качестве примера можно привести гексобарбитал, время полураспада которого у мыши составляет 19 мин, у кролика — 60, у крысы — 140, у собаки — 260 и у человека — 360 мин.

С другой стороны, сигнальные и рецепторные блоки характеризуются большим сходством, а по многим признакам и идентичностью не только у представителей различных видов одного семейства или класса, но также разных классов, типов и даже царств. Е. Флори

в 1972 г. писал, что не существует примитивного медиатора, из которого развился бы другой, более эффективный. Клетки мозга человека производят те же медиаторы, что и нервные клетки низших червей. Действительно, у плоских червей, членистоногих, иглокожих и позвоночных используются одни и те же медиаторы, такие, как ацетилхолин, некоторые катехоламины, глутамат, гамма-аминомасляная кислота, глицин, 5-окситриптамин и АТФ-подобные вещества, обладающие медиаторной функцией.

В нервной системе животных разных типов существуют определенные различия в локализации и функциях нейронов, продуцирующих идентичный медиатор. При этом на разных .филогенетических линиях нейроны, продуцирующие такой медиатор, выполняют различные функции. На этом основании выдвинута гипотеза полигенеза нейронов, согласно которой нервные клетки возникали в ходе эволюции многократно и происходили из разных источников. Предполагалось, что системы, синтезирующие разные медиаторы, сформировались очень давно и в ходе эволюции и естественного отбора число медиаторов могло сократиться. Многие медиаторы появились раньше, чем нервные клетки. Это означает, что с точки зрения сравнительной фармакологии нет оснований искать инсектициды, абсолютно специфические для организмов определенных видов. Поэтому необходим поиск новых идей в области химии, в частности идей, касающихся синтеза быстро деградирующих регуляторов или инсектицидов, пестицидов, гербицидов и т.д., легко разрушающихся при кулинарной обработке пищи и не представляющих опасности для здоровья населения. Такой инсектицид должен метаболизироваться и детоксицироваться в организме человека и большинства млекопитающих гораздо быстрее, чем у насекомого-вредителя.

Рассмотрим три примера развития адаптационно-компенсаторных реакций на основе концепции универсальных функциональных блоков.

Адаптация поджелудочной железы к качеству пищи. Способность желудочного и панкреатического соков расщеплять растительные и животные белки (протеазная фитолитическая и зоолитическая активность соответственно) находится в зависимости от качества диеты. Предполагалось, что столь тонкие адаптивные изменения протеолитического спектра поджелудочной железы могут зависеть либо от модификации свойств панкреатических протеаз (например, появления разных форм химотрипсина и т.д.), либо от изменения в соотношении трипсина и химотрипсина в панкреатическом соке. Нами выявлено, что в зависимости от типа питания наблюдаются изменения именно сооотношения основных панкреатических ферментов (трипсина и химотрипсина), т.е. изменения соотношения функциональных блоков, а не их свойств.

Адаптация к ионным нагрузкам. Недавно обнаружено, что при хроническом поступлении калия в организм последний становится устойчивым к таким нагрузкам, которые у неадаптированных организмов вызывают смерть. Следовательно, возникает толерантность к калию. Такая адаптация включает в себя множество механизмов, в том числе усиленное выведение ионов калия из внутренней среды почками и слизистой толстой кишки. Анализ функций этих органов показал удивительное сходство реакций. Эпителиальные клетки дистального отдела почечных канальцев и толстой кишки (ее проксимальных и дистальных отделов) отвечают на гиперкалиемию усиленным откачиванием калия в люминальную жидкость. В обоих случаях этот процесс достигается увеличением количества таких насосов, как Na +,K +-ATФaзa, в базолатеральных мембранах клеток.

Таким образом, первоначальное предположение об изменении активности каждого насоса, а не только их количества не подтвердилось. Эта реакция дает убедительный пример того, что адаптация к изменению солевого режима может достигаться путем увеличения или уменьшения числа неизменных функциональных блоков, в данном случае Na +,K +-ATФaз. Этот же эффект, т.е. усиленная функция Na +,K +-ATФaза за счет увеличения количества функционирующих элементов, определяет адаптивный подъем уровня всасывания в тонкой кишке. По-видимому, в качестве регулирующего сигнала используется повышение концентрации альдостерона в крови. Дистальные почечные канальцы и слизистая толстой кишки служат органа-ми-мишенями альдостерона. Усиленная продукция альдостерона при понижении поступления в организм натрия также сопровождается увеличением активности Na +,K +-ATФaзы. Среди деталей этого адаптационного механизма существенную роль играют изменения мембранных потенциалов и использование перицеллюлярных путей.

Одним из экспериментальных подтверждений существования адаптационных перестроек за счет перераспределения функциональных блоков служит недавнее наблюдение. В нем показаны адаптивные перестройки, обеспечивающие высокую проницаемость воды под влиянием антидиуретического гормона в результате встраивания предсуществующих стандартных блоков, транспортирующих воду и ионы натрия (рис. 45).