Глава 7. Механизмы раздражения осморецепторов.

Гипертонические растворы (в частности, раствор хлорида натрия), попав в кровоток органа, вступают в сложные физико-химические отношения с компонентами, входящими в состав интерстициального пространства. Эти отношения и создают условия для раздражения осморецепторов.

Их анализ удобнее всего провести на примере капиллярно-тканевых отношений в печени, где эти процессы имеют для осморегуляции важное значение.

Способностью задерживать введённый в кровоток натрий обладает бóльшая часть органов, однако наиболее ярко этот механизм выражен в печени, где он является своего рода усилителем осмотического сдвига в районе локализации осморецепторов и позволяет регулировать поступление натрия из портальной системы в большой круг кровообращения.

Таким образом, благодаря хорошо развитому натрийзадерживающему механизму, печень выполняет в системе осморегуляции двойную функцию. С одной стороны, является одним из главных источников информации об осмотических сдвигах в портальном бассейне и общем кругу кровообращения, с другой – вы ступает в качестве эффектора, регулируя поступление натрия в кровь большого круга кровообращения.

Эти два процесса уместнее рассмотреть в обратном порядке. Специальные опыты, проведённые Т.В. Перехвальской и Я.Д. Финкинштейном(1976), в которых в воротную вену вводилось возрастающее количество хлорида натрия (100,200 и, наконец, 500 мг на 1 кг веса животного), показали, что при введении 100 и 200 мг/кг даже через 2 ч натрий не поступает в большой круг кровообращения, и только при введении 500 мг/кг он на 90-й мин после введения появляется в небольших количествах в общем кровотоке и начинает сорбироваться другими органами и тканями.

Более подробный анализ показал, что при солевых нагрузках, введённых через пищеварительную систему, печень максимально накапливает натрий в первый час(30-60 мин) после введения соли. Затем начинается постепенная отдача катиона, о чём можно судить по убыванию его в печёночной ткани. Через 2 ч содержание натрия в печени возвращается к исходному фоновому уровню. На протяжении первого часа обычно включается и достигает максимальной интенсивности осморегулирующий рефлекс. Почка начинает задерживать воду и выводить натрий. При нагрузках, не превышающих 200 мг/кг, в крови большого круга кровообращения концентрация натрия не изменяется. Видимо, в первом периоде он задерживается печенью, а после 90-й мин, когда начинается отдача натрия в кровь, этот процесс компенсируется выведением его почками, т.е. осморегулирующими рефлексом. При нагрузке 500 мг/кг включающийся осморегулирующий рефлекс не в состоянии компенсировать поступление натрия из печени, и в крови начинает обнаруживаться увеличение его концентрации, а в мышцах и селезёнке – накопление катиона.

Рассмотрим теперь, каким образом натрий сорбирующий механизм создаёт оптимальные условия для раздражения осморецепторов.

Тем же собакам, на которых делались опыты с солевой нагрузкой, скармливался колбасный и мясной фарш. Предварительное определение показало, что с первым пищевым продуктом в организм поступало около 500 мг/кг хлорида натрия, со вторым – 80-100 мг/кг. Наблюдение за изменением концентрации натрия в крови воротной вены и его содержанием в ткани печени велось на протяжении 8 ч.

Поедание колбасного фарша вызывало незначительный сдвиг концентрации натрия в крови воротной вены (со 142 до 150 мэкв./л) и не влияло на содержание катиона в общем кругу кровообращения. В печени при этом накапливалось до 8 мэкв соли на 100 г сухого веса ткани.

При скармливании мясного фарша обнаружилось, что в крови воротной вены никаких сдвигов не происходит. В то же время в печёночной ткани накапливается натрий в количестве 8 мэкв на 100 г сухого веса. Этот факт открывает глубокий физиологический смысл процесса сорбции катиона тканью печени. В естественных условиях, когда собака потребляет нормальный для неё корм, в портальной крови осмотические изменения отсутствуют, и включение осморегулирующего рефлекса невозможно, несмотря на поступление в организм осмотически активных веществ. Рефлекс включается только тогда, когда благодаря сорбирующей и концентрирующей способности печени в её ткани накапливается натрий и возникает гиперосмотический сдвиг, вызывающий раздражение осморецепторов.

Каковы же механизмы, обеспечивающие переход и накопление натрия в тканях органов? Они подробно исследованы Л.К.Великановой (1971).

Ранее было замечено, что кровь, оттекающая от органа при введении в его артерию гипертонического раствора хлорида натрия, разводится и её осмолярность делается ниже исходной. Механизм этого явления был проанализирован с помощью методики Pappenheimer,SatoRivera[1948]. Её суть заключалась в том, что изолированная задняя конечность собаки помещалась на весы, уравновешивалась и перфузировалась кровью или кровезаменителем. Обязательным условием перфузии являлась стабильность её скорости, поэтому единственной причиной изменения веса конечности могло быть либо накопление жидкости в тканях, либо отдача её в перфузат.

Л.К.Великанова установила, что при перфузии физилогическим раствором вес конечности не изменялся. Введение же в перфузат 5-10 мл раствора хлорида натрия (523-883 ммоль/л) вызывало потерю веса. При неизменности скорости перфузии вес мог снижаться только в связи с потерей воды, уходящей вместе с перфузатом. Видимо, вода поступала из тканей в перфузат, и необходимо было выяснить, какие механизмы обеспечивают именно такой ход событий.

По данным Л.К.Великановой, полученным в опытах с введением в кровоток радиоактивных натрия и фосфора(Na²²и P³²), эти вещества очень быстро покидают кровяное русло, переходя в интерстициальное пространство. Вместо них в капилляры устремляется вода.

Согласно предположению автора, силой, которая создаёт этот поток, является временно существующая гиперосмия крови, вызванная ещё не покинувшим капилляры натрием.

Автор высказывает и другую гипотезу, которая кажется нам более привлекательной. Согласно этой гипотезе, введённый натрий, поступая в интерстиций, связывается там с белковыми и гликозаминогликановыми молекулами межуточного вещества соединительной ткани. Эта связь меняет физико-химические свойства соединительнотканных структур, заставляя их терять воду, которая направляется в просвет капилляров и снижает осмолярность крови.

Представленная гипотеза импонирует нам тем, что с её позиций можно не только объяснить феномен гипоосмии оттекающей от органа крови, но и подойти к пониманию того, что же собой представляет периферический осморецептор.

К сожалению, в этом вопросе пока ещё больше предположений, чем точных, основанных на безукоризненном эксперименте данных; тем не менее, его следует обсудить, используя даже то немногое, что имеется в нашем распоряжении.

Прежде всего, необходимо решить вопрос о локализации осморецепторов, т.е. являются ли они сосудистыми или тканевыми.

Такой анализ был проделан в хронических опытах на задних конечностях собаки. В своё время Л.К.Великанова показала, что введение гипертонических растворов хлорида натрия и изоосмотичных ему растворов других веществ вызывает типичный осморегулирующий рефлекс. Следовательно, в тканях конечностей локализованы такие же осморецепторы, как и во внутренних органах. По характеру своего кровоснабжения эта область оказалась удобной для постановки опытов по выяснению локализации осморецепторов. Были поставлены хронические опыты на собаках, у которых путём перекреста сосудов в паховой области создавалось ретроградное движение крови в конечностях [Великанова и др., 1966].

Проксимальный конец бедренной артерии сшивался с дистальным участком бедренной вены, а дистальный участок бедренной артерии соединялся с проксимальным отрезком бедренной вены (рис.14). Если в боковой ветви артерии, по которой теперь кровь возвращается из капиллярной системы, укрепить зонд и ввести через него раствор хлорида натрия даже с концентрацией 883 ммоль/л, то осморегулирующий рефлекс не проявляется. Раньше, когда по той же артерии кровь поступала в капилляры, рефлекс отчётливо проявлялся. Теперь же, несмотря на то, что гипертоническая кровь могла действовать на стенки артерии, рефлекс отсутствовал. Этот факт позволял сделать вывод, что в стенках артерии нет осморецепторов, способных вызвать осморегулирующий рефлекс.

Осморецепторы отсутствуют и в венозной стенке. Чтобы убедиться в этом, нет надобности в какой-либо оперативной подготовке собаки. Для этого достаточно внутривенной инъекции гипертонического раствора, и хотя при этом стенки вены будут омываться гипертоничной кровью, рефлекса не будет.

Рис.14. Артерио-венозный перекрест на бедре собаки.

1,2 –центральный конец артерии, периферический конец вены; 3, 4 –центральный конец вены, периферический конец артерии; 5,6 –полиэтиленовые зонды, укреплённые в боковых ветвях.

Картина существенно изменится, если тот же раствор будет введён в вену собаки с перекрещенными сосудами, т.е. в вену, соединённую с проксимальным отрезком артерии и несущую кровь в капиллярную систему. В этом случае, как правило, наблюдается осморегулирующий рефлекс.

Следовательно, для возникновения рефлекса необходимо, чтобы гипертоничная кровь попала в капилляры и вызвала изменения в интерстиции. Маловероятно, что рецепторы локализованы в стенках самих капилляров, скорее всего они находятся в интерстициальном пространстве.

Особый интерес представляло выяснение вопроса о локализации осморецепторов в печени. Эта задача решалась с помощью довольно сложной оперативной методики портокавального анастомоза. Образовывался двойной анастомоз между воротной и нижней полой венами и, наоборот, между нижней полой и воротной венами (рис.15). Теперь кровь из воротной вены, минуя печень, поступала в нижнюю полую вену, а из нижней полой – через печень в большой круг кровообращения [Финкинштейн и др., 1972].

Рис.15. Схема операции порто-кавального анастомоза:

Н – печень,VC-нижняя полая вена,VP-воротная вена.

Если через зонд, вживлённый в воротную вену такой же собаки, ввести растворы хлорида натрия в концентрации 883 и даже 1225 ммоль/л с обычной скоростью, то, несмотря на сильное воздействие резко гипертоничной крови на стенки воротной вены, никаких изменений в работе почек не произойдет. Это означает, что если гипертоничная кровь проходит мимо печени, осморегулирующий рефлекс не включается. Отсюда сам собой напрашивался вывод, что осморецепторы локализованы в печени и что их нет в стенках воротной вены.

Введение гипертонических растворов в нижнюю полую вену через вену конечности, несмотря на значительное разведение, вызывало включение осморегулирующего рефлекса. Как известно, у нормальных собак такие введения всегда остаются безрезультатными. Эти опыты свидетельствовали об отсутствии осморецепторов в стенках полой вены и локализации их в печени.

Если вспомнить ранее приведённые данные, показывающие, что в крови воротной вены в естественных условиях нет осмотических сдвигов, то физиологический смысл такого расположения осморецепторов делается понятным. Видимо, они локализованы там, где, благодаря концентрирующей способности печени, возникает осмотический градиент достаточной силы.

Таким образом, результаты опытов на конечности и печени дают основание полагать, что Осморецепторы располагаются в интерстициальном пространстве и относятся к тканевым рецепторам. Такое их расположение, видимо. Наиболее целесообразно, поскольку они могут контролировать осмотическое состояние среды. Непосредственно контактирующей с клетками, и крови, которая чрезвычайно тесно связана с интерстициальной жидкостью. Кроме того, локализация осморецепторов в интерстиции наиболее вероятна потомку, что именно там находятся структуры, из которых могут быть простроены эти нервные приборы и которые могут обеспечить их раздражение.

Теперь, чтобы закончить рассмотрение проблемы периферической осморецепции, нам предстоит решить самый трудный вопрос – что же собой представляют осморецепторы.

В районе капилляров обнаруживается огромное количество нервных окончаний, имеющих весьма разнообразные вид и форму. Определить морфологически, к какому виду рецепторов они относятся, не представляются возможным, и потому судить о том, что собой представляет периферические осморецепторы, можно только на основании косвенных физиологических данных и гипотез, к сожалению, в большей степени умозрительных. Однако обсуждение проблемы кажется нам полезным, поскольку выдвигаемые при этом рабочие гипотезы намечают дальнейший путь исследования.

Как и многие другие рецепторные образования, обладающие специфической чувствительностью к определённому виду раздражения, осморецепторы должны быть построены из двух частей: нервного окончания и дополнительного устройства. Нервное окончание, снабжённое стойко деполяризующейся мембраной и триггерным механизмом, генерирует импульсы, в частотной характеристике которых кодируются качественные и количественные параметры раздражителя. Эта часть рецептора не обладает специфичностью и в малой степени определяет его чувствительность. Она может быть возбуждена многими раздражителями, если они превосходят по силе физиологические пределы.

Специфичность и высокую чувствительность к адекватному раздражителю рецептору придаёт дополнительное устройство, представленное, например, в хеморецепторах метаболическими клетками, а в механорецепторах – системой капсул, усиливающих механическое воздействие [Винников,1971; Ильинский,1975]. Именно оно первым сталкивается с раздражителем и в зависимости от его силы вызывает появление в нервном окончании рецепторного потенциала различной величины и соответственно в нервном волокне импульсации различной частоты.

Каким образом взаимодействуют все эти элементы в осморецепторе? При ответе на этот вопрос мы сразу сталкиваемся с трудностью, поскольку сейчас ещё не представляется возможным определить, к какой группе относятся нервные волокна, входящие в состав осморецепторов, и по каким нервным проводникам поступает зарождающаяся в них информация. По данным Р.И.Айзмана и Я.Д. Финкинштейна(1976), у собак осморецепторные волокна проходят главным образом через задние корешки и спинной мозг. По данным Е.М.Тырышкиной и Я.Д.Финкинштейна (1977), Е.М.Тырышкиной(1978) у кошек их можно обнаружить в блуждающем нерве. Предполагается, что волокна эти относятся к группе С, однако точных сведений пока нет.

Затруднения возникают и при попытке представить себе устройство дополнительного элемента рецепторов. Вероятнее всего он построен из гликозаминогликановых и мукопротеидных элементов соединительной ткани, с которыми более или менее жёстко связано нервное волокно. Раздражение возникает тогда, когда под влиянием осмотического воздействия мили благодаря связыванию натрия межуточное вещество набухает или отбухает. Механическое изменение влияет на нервные окончания, вызывая его деполяризацию и генерации потенциалов.

При гиперосмии, вызванной изменением концентрации натрия или других осмотически активных веществ, межуточное вещество отбухает, отдавая в кровь воду. Сморщивание глыбок, связанных с нервным окончанием, вызывает учащение импульсации.

Набухание вещества при гипоосмотических сдвигах ведёт к снижению импульсной активности. Последнее, однако, остаётся неясным. В электрофизиологических работах одних исследователей[Adachi e.a., 1976] показано, что гипоосмия подавляет активнсоть. В работах других [Тырышкина, 1978], напоборот, увеличивает. Так, в исследовании Е.М.Тырышкиной(1978), проведённом на чпечени кошки, ведение в воротную вену дистиллированной воды вызывало наиболее выраженное по сравнению с другими раздражителяими увеличение биоэлектрической активности отдельных вагусных волокон.

По нашему мнению, более достоверны результаты исследователей, получивших подавление активности. Что же касается данных Е.М. Тырышкиной, то, возможно, в её опыты вкрались методические погрешности. Учащение вместо снижения активности возможно, если отведение производилось не от одного нервного волокна, а от тонкой веточки, включавшей в себя волокна от различных рецепторов, в частности от болевых и т.д.

Электрофизиологическое исследование не даёт возможности судить о значении зарегистрированной импульсации для регуляции. Поэтому мы провели опыты на собаках, которым через зонд в воротную вену вводили дистиллированную воду из расчёта 0, 5 мл на 1 кг веса и при этом наблюдали за работой почек. Мы надеялись, что такая форма эксперимента поможет решить вопрос о физиологической значимости импульсации, зарегистрированной при введении дистиллированной воды в электрофизиологических опытах. Оказалось, что такие введения в 8 опытах из 15 вообще не влияют на работу почек, а в 7 вызывают биологически не целесообразную в этих условиях реакцию торможения диуреза.

Видимо, проявляется неспецифическая реакция типа болевой анурии, которая к осморегуляции отношения не имеет, а вызывается теми изменениями крови, которые возникают при введении в неё дистиллированной воды, например гемолизом и т.п. Наши данные подкрепляются результатами, полученными В.И.Инчиной(1981), показавшей, что введение в воротную вену собакам гипотонического 0, 65%-ного раствора хлорида натрия вызывает отчётливую полиурическую реакцию, физиологически целесообразную при гипоосмотическом сдвиге.

Таким образом, вероятнее всего истинные осморецепторы, находясь в осмотически активной среде, должны иметь некоторую фоновую активность, увеличивающуюся при гиперосмии и снижающуюся при гипоосмии. В противном случае следует допустить, что существуют два вида осморецепторов, из которых один реагирует учащением импульсов при гиперосмии, а другой – при гипоосмическом сдвиге. Такое допущение нам кажется маловероятным.

Присущее осморецепторам свойство специфичности и чувствительности, по-видимому, зависит от физико-химического состояния того соединительнотканного вещества, с которым связано нервное окончание. Оно может менять свои свойства под влиянием осмотических сдвигов, а может реагировать на появление в окружающей среде определённых ионов, например натрия, вызывающих сразу и ионный и осмотический сдвиги.

В связи со сказанным хотелось бы обсудить вопрос, который часто дебатируется на страницах печати. Это вопрос о том, не являются ли осморецепторы натриорецепторами и существуют ли в таком случае осморецепторы вообще. Многие исследователи считают, что в печени, например, локализованы натриорецепторы[Daly e.a.,1967; Strandnoy,Williamson,1970; Passo e.a.,1973]; другие считают, что осморецепторы [Haberich e.a. 1965; Haberich e.a. 1968; Haberich e.a. 1969;Niijima,1969]; третьи вообще полагают, что все реакции при введении в сосуды гипертонических растворов солей следует расценивать как ноцицептивные. Заранее следует оговориться, что окончательно решить эти вопросы пока не представляется возможным, однако рассмотреть предположения с позиции имеющихся фактов целесообразно.

Исследователи, отрицающие наличие периферических осморецепторов, основывают свои выводы на электрофизиологических работах, в которых при отведении от нервных волокон перфузируемой печени не удалось получить изменения импульсной активности при введении безнатриевых перфузатов, таких как гипертонические растворы маннита, декстрозы и т.д.

Однако эти работы далеко не безукоризненны с методической стороны, и потому многие сторонники натриорецепторной гипотезы делают заключение о локализации на периферии не осмо -, а натриорецепторов весьма осторожно.

С другой стороны, сторонники осморецепторной теории представляют большое количество данных, полученных как в физиологических, так и в электрофизиологических экспериментах. Здесь и классические данные Вернея, относящиеся к центральной осморецепции, здесь и результаты, полученные на периферических рецепторных полях, демонстрирующие независимость реакции от химической природы раствора и содержания в нём натрия. Сюда же можно отнести многочисленные данные электрофизиологических исследований, в которых, в частности, показано, что от волокон, входящих в состав нервов печени, можно отвести потенциалы и тогда, когда для перфузии применяются растворы, не содержащие натрия [Niijima,1969;Denhardt e.a.,1971;Adachi e.a.,1976; Тырышкина,1978].

В пользу осморецепторной природы нервных окончаний говорят многочисленные факты, приведённые в этой книге ранее, и те, которые будут рассмотрены в последующих главах. Наконец, обсуждение этой проблемы с точки зрения физиологической ценности того или иного вида рецепторов также указывает на необходимость иметь в организме механизмы, снабжённые специализированными осморецепторами.

В этой книге мы не раз говорили о том, что осмолярность внеклеточной жидкости на 95 % определяется содержанием в ней натрия, а внутриклеточной – содержанием калия. Может быть, достаточно иметь периферические натрио - и калиорецепторы, для того чтобы успешно осуществлять осморегуляцию всех жидкостей организма?

Положительный ответ на этот вопрос был бы возможен, если бы осмотическое состояние внутренней среды полностью при любых обстоятельствах определялось содержанием в ней ионов, но это не так. У низших эвригалинных животных уравнивание внутриклеточной осмолярности с внеклеточной при изменении последней осуществляется за счёт накопления внутри клетки или выведения в окружающую среду органических продуктов, например аминокислот, а не ионов натрия и калия. Следовательно, уже на этом уровне имеется разделение осмотической и ионной регуляции. У высших животных осмотические сдвиги в жидкостных бассейнах различных органов (печени, мышцах и т.д.) осуществляются не только за счёт ионов, но и благодаря изменению концентрации органических веществ (аминокислот, жирных кислот и т.д.).

Спектр этих соединений чрезвычайно обширен, и было бы абсурдным с целью получения информации об осмотическом сдвиге улавливать изменение концентрации каждого из них с помощью специального рецептора. Поэтому на определённом этапе эволюции возникает рецепторный аппарат, воспринимающий суммарную концентрацию всех осмотически активных веществ независимо от их химической природы, в том числе и ионов, например натрия. Таким информационным устройством являются периферические осморецепторы, имеющиеся в различных органах и тканях.

Не исключается при этом, что осморецепторы чувствительны не только к осмотическому, но и к ионно-осмотическому сдвигу, вызываемому натрием, т.е. что они одновременно обладают свойствами натриорецепторов. Во всяком случае, информация от них поступает к механизмам, регулирующим не только гидрурез, но и натриурез. Осмотические изменения обезличены как на уровне осморецепторов, так и на уровне почек. Для осморецепторов не имеет значения химическая природа раздражающего вещества. А почка всегда восстанавливает утраченное равновесие за счёт изменения экскреции натрия и воды, а не путём выведения тех органических продуктов, которые нарушили равновесие.

Основываясь на рассуждениях, приведённых выше, мы полагаем, что спор о наличии нВ периферии осмо - или натриорецепторов скорее следует решить в пользу осморецепторов, способных воспринимать натриевые сдвиги, чем в пользу натриорецепторов как единственных информаторов об осмотическом состоянии внеклеточной жидкости.

Представление о ноцицептивном происхождении реакции наименее обоснованно. Против него говорит отсутствие болевых реакций при проведении опытов в хронической методике.

Опровергается такое предположение и простым расчётом. Гипертонический раствор хлорида натрия(5123 ммоль/л) вводили со скоростью 0,16 мл/с в кровоток воротной вены, составляющей у собак в среднем 23 мл/кг [Greenway,Stark,1971]. При этом никаких существенных осмотических сдвигов в сосуде не происходило, и раздражение осморецепторов было возможно только благодаря иононакопительной спсобности ткани органов.

Наконец, в обстоятельном исследовании А.Я. Тернера(1971,1974) показано, что осморегулирующий рефлекс можно получить не только при введении растворов в кровь, но и тогда, когда осмотически активные вещества поступают в организм физиологическим путём – через пищеварительную систему. Естественно, что при этом любые болевые воздействия полностью исключаются.