История развития учения о рефлекторных механизмах осморегуляции

Осмотическая концентрация внеклеточной жидкости на 95 % определяется содержанием в ней хлористого натрия, поэтому регуляция её осмолярности фактически сводится к поддержанию постоянного соотношения между хлористым натрием и водой. Другие ионы и органические вещества обеспечивают лишь 5% этой величины, однако поддержание концентрационных отношений между ними является важнейшим условием нормального функционирования клеток и весьма сложным процессом, осуществляемым ионной регуляцией.

Ионно-осмотические составы жидкости интерстиция и плазмы крови тождественны. Кровь, выполняя присущую ей транспортную функцию, соединяет интерстициальный сектор с главным эффектором осморегулирующей системы – почкой и таким образом создаёт условия для поддержания постоянства состава всего внеклеточного состава.

Рефлекторные системы, снабжённые хорошо развитым информационным аппаратом, поддерживают ионно-осмотическое равновесие плазмы крови и тем самым обеспечивают стабильность этих показателей во всём внеклеточном объёме жидкостей.

Об удивительной способности высших животных сохранять стабильной осмолярность внутренней среды известно давно. Уже в начале нашего века было установлено, что человек может выпить без всякого для себя вреда на протяжении 2 ч до 5 л воды[Haldane,Priestley, 1916;Smirk, 1944]. Такие же результаты в дальнейшем были получены на собаках[Adolph,Kingsley,1940; Курдубан, 1955; Инчина, 1957].

Неоднократно многие исследователи пытались изучить механизм, обеспечивающий столь эффективное восстановление осмолярности внутренней среды. Однако из-за несовершенства представлений о работе почек результаты этих исследований оказывались более чем скромными.

Успешному решению проблемы способствовали достижения в области почечной физиологии. Исследования основных процессов, протекающих в нефроне, дали возможность сформировать представление о ведущем значении канальцевых реабсорбционных механизмов в гомеостатической функции почек.

Развитие эндокринологии, в частности обнаружение ведущей роли гормонов нейрогипофиза и надпочечников в регуляции работы почек, позволило создать схемы регулирующих механизмов, обеспечивающих осмотический и ионный гомеостаз.

Именно эти достижения и использовал Е.Верней[Verney,1947] для построения своей гипотезы. В 1947 г. он обнаружил, что введение гипертонических растворов в кровоток сонной артерии вызывает закономерное торможение диуреза.

Эти опыты проводились на собаках, приученных спокойно лежать на экспериментальном столе. Производилась катетеризация мочеточников, и в сонную артерию, предварительно выделенную в кожный лоскут на шее, вводилась чрезвычайно острая, отточенная под микроскопом игла, соединённая с сосудиками, содержащими различные растворы. Поворотом крана соответствующего сосудика экспериментатор мог, абсолютно незаметно для животного, добавлять с заданной скоростью соответствующий раствор в кровоток сонной артерии. Применялись гипертонические по отношению к плазме крови(2-2,5%)растворы хлорида натрия и изоосмотические ему растворы Na₂SO₄, декстрозы, фруктозы, мочевины (в контрольных опытах вводился физиологический раствор).

Введение гипертонических растворов различных веществ независимо от их химической природы вызывало олигурическую реакцию. Исключение составляли растворы мочевины, которые, несмотря на их гипертоничность, не вызывали торможения диуреза. Введение физиологического раствора оставалось безрезультатным. Денервация каротидного синуса не мешала проявлению реакции, а гипофизэктомия делала её развитие невозможным.

Внутривенное введение вазопрессина моделировало почечную реакцию на интракаротидные инъекции гипертонического раствора.

Анализируя эти факты, Е.Верней пришёл к заключению, что торможение диуреза связано с раздражением гипертонической плазмой крови нейронов супраоптического и паравентрикулярного ядер, названных им осморецепторами. В составе этих ядер обнаружено небольшое число клеток, всё тело которых занято вакуолью, а ядро и протоплазма прижаты к оболочке. Эти пузырькообразные нейроны воспринимают колебания осмолярности окружающей среды по типу осмометров, увеличивая или уменьшая свой объём в зависимости от изменения осмотической концентрации омывающей их жидкости. Отростки нейронов контактируют с другими нейронами ядра и, входя в состав супраоптико-гипофизарного тракта, передают сигналы в нейрогипофиз.

Е.Верней полагал, что гиперосмия тканевой жидкости, независимо от химической природы вызывающего её раствора, заставляет осморецепторы терять воду, сморщиваться и возбуждаться. Результатом этого возбуждения является раздражение нейронов ядра, увеличение секреции вазопрессина и торможение диуреза.

Исключением являются растворы мочевины, которая легко проникает через биологические барьеры (кроме гематоэнцефалического), не создаёт осмотического градиента и не раздражает осморецепторы. По мнению Е.Вернея, опыты с мочевиной подтверждают осморецепторную природу реакции.

Гипоосмия производит на осморецепторы противоположное действие, вызывая их набухание, торможение и угнетение активности нейронов ядра, снижение секреции вазопрессина и развитие диуреза.

Основываясь на открытии Вернея, Смит[Smith,1957] сформулировал основной принцип осморегуляции, согласно которому этот процесс сводится к приспособлению гидруретической (водовыводящей) функции почек к натриуретической.

Согласно теории Смита, в организме существуют две системы, управляющие водно-солевым обменом, - антинатриуретическая и антидиуретическая. Первая, в зависимости от изменения объёма тканевой жидкости и крови, регулирует экскрецию натрия: при увеличении объёма экскреция увеличивается, при уменьшении – снижается. Вторая управляет экскрецией воды, обеспечивая объёмную и осмотическую регуляцию. В процессе функционирования ведущей является антинатриуретическая система, антидиуретическая же приспосабливает к ней свою работу таким образом, чтобы осмотическое давление жидкостей внутренней среды оставалось неизменным.

Приставка «анти» показывает, что обе системы настроены на удержание натрия и воды в организме, и это целесообразно, поскольку в обычных условиях сохранение этих веществ является задачей первостепенной важности.

Гипотеза Смита получила широкое распространение, став своего рода классической гипотезой. Со временем подверглись изменению представления об устройстве обеих систем, но выдвинутый принцип их взаимодействия оставался прежним.

Рис.2 Дуга осморегулирующего рефлекса по А.Г.Гинецинскому(1963).

1-осморецептор; 2-центральная часть рефлекторной дуги; 3-эффектор-почка.

Значительным шагом вперёд в решении проблемы было открытие А.Г.Гинецинским и Л.К.Великановой периферических осморецепторов. Это открытие заставило пересмотреть существующие взгляды на антидиуретическую систему и дало возможность выдвинуть гипотезу об её сложном рефлекторном устройстве.

Опыты, давшие столь перспективные результаты, были задуманы А.Г.Гинецинским и выполнены его сотрудницей Л.К. Великановой в 1953-1955 г. Повторяя эксперименты Е.Вернея, Л.К. Великанова(1955)заметила, что антидиуретическая реакция проявляется только при исходном диурезе от 2 до 5 мл/мин·м².

Чем выше диурез, тем меньше было шансов получить его торможение. Например, при фоновом диурезе менее 4 мл/мин·м² торможение наблюдалось в 88,8% случаев, в интервале от 4 до 6 мл/мин·м² –всего лишь в 29%, и когда диурез превышал 6 мл/мин·м², торможение вообще не проявлялось.

Эти данные позволили автору сделать вывод о возникновении в центре системы конкурентных отношений между осмотическим раздражением его гипертоничной кровью сонной артерии и сигналами, поступающими от периферических осморецепторов организма, на которые действовала гипотоническая жидкость.

Этот вывод подтверждён дополнительными сериями опытов на животных с перерезкой спинного мозга на разных уровнях. Чем выше производилась перерезка, тем отчётливее устранялись конкурентные отношения. Перерезка на уровне седьмого-восьмого грудного сегмента делала возможным получение реакции даже на фоне диуреза, достигавшего 8, 5 мл/мин·м².

На основании полученных данных А.Г.Гинецинский(1955)выдвинул гипотезу, согласно которой основным функциональным элементом антидиуретической системы является осморегулирующий рефлекс (рис.2).

Изменение осмолярности внутренней среды улавливается периферическими осморецепторами. Импульсы поступают в гипоталамический центр, управляющий секрецией вазопрессина, и путём изменения выделения гормона оказывают влияние на работу концентрационного аппарата почек.

При изменении осмолярности в сторону гиперосмии увеличивается секреция вазопрессина, возрастает реабсорбция осмотически свободной воды, моча концентрируется и вода задерживается в организме.

Изменение осмолярности в сторону гипоосмии вызывает противоположное изменение: секреция вазопрессина снижается, циркулировавший в крови гормон быстро разрушается в печени, уменьшается реабсорбция осмотически свободной воды и её избыток выводится из организма.

Как и в схеме Смита, по данным А.Г.Гинецинского, антидиуретическая система приспосабливает гидрурез к изменениям натриуреза. Однако осуществляется этот процесс не локальным центральным механизмом Е.Вернея, а рефлекторной системой, в составе которой этот механизм лишь центральное звено.

Когда создавалась эта новая гипотеза, экспериментаторы обладали ещё очень малым числом фактов. Только удивительный дар научного предвидения, свойственный А.Г.Гинецинскому, позволил ему начертать общий план строения системы и определить основные принципы её функционирования.

Потребовались многие годы исследований, чтобы обнаружить и изучить отдельные звенья механизмов, расширить и углубить представления о них, найти им место в общей схеме осморегуляции.