Научная электронная библиотека

Монографии, изданные в издательстве Российской Академии Естествознания

Функциональные и метаболические эффекты симпато-адреналовой системы и стресс

Тапбергенов С. О., Тапбергенов Т. С., Советов Б. С.,

11. Метаболизм гормонов-медиаторов симпато-адреналовой системы – регуляторный фактор процесса трансформации энергии в клетке

В предыдущих разделах этой главы были представлены данные свидетельствующие о функциональном значении обмена катехоламинов в регуляции активности митохондриальных ферментов, обеспечивающих механизмы трансформации энергии и процесс окислительного фосфорилирования.

Существует мнение, что катехоламины могут ускорять обновление АТФ за счет усиления скорости процесса окислительного фосфорилирования (Merouse P. et al., 1975; В.И. Кулинский, Л.М. Воробьева, 1977). Косвенным подтверждением этому служит способность катехоламинов через аденилатциклазный механизм активировать НАД-зависимую изоцитратдегидрогеназу печени (Л.В. Труфанова, 1977), и как было установлено нами, активировать сукцинатдегирогеназу и цитохром с-оксидазу митохондрий всех органов.

Нами было показало, что норадреналин в дозе 2 мг/кг введенный за 60 минут до эксперимента и адреналин в дозе 0,5 мг/кг введенный за 15 минут не вызывают существенных сдвигов в процессе окислительного фосфорилирования (В.Е. Судовцев, С.О. Тапбергенов, 1969; В.Е. Судовцев, 1969).

Введение адреналина животным в дозе 1 мг/кг через 60 минут до исследования также не вызывало существенных сдвигов в скорости дыхания и активности АТФ-синтетазы, уровня коэффициента Р/О в митохондриях печени, мозга и почек, хотя в сердце имеет место некоторая активация дыхания и снижение коэффициента Р/О.

Снижение интенсивности процесса окислительного фосфорилирования в сердце введением адреналина было показано и другими исследователями (В.В. Долгов, и др., 1974). Вместе с тем, норадреналин в дозе 0,92 мг/кг и 1,84 мг/кг через 30 минут после введения вызывает увеличение скорости дыхания во всех метаболических состояниях (Л.М. Воробьева, 1977).

В опытах in vitro адреналин в митохондриях сердца крыс увеличивал коэффициент фосфорилирования АДФ/О, а норадреналин, не изменяя скорости дыхания, снижал коэффициент АДФ/О (Forichon J., et al., 1972/1973). В других экспериментах было показано, что адреналин способен увеличивать устойчивость митохондрий к агентам, разобщающим дыхание и фосфорилирование (Sobel B. et al., 1966).

В малых дозах может потенцировать перенос электронов (В.Е. Судовцев, 1968), а в больших – тормозить дыхание по типу цианида (М.Е. Райскина и др., 1966) и изменять внутриклеточную концентрацию ионов (Auditore J. et al., 1963).

Наблюдаемое многими исследователями усиление тканевого дыхания может быть связано со способностью адреналина восстанавливать цитохром С на уровне цитохром с-оксидазы (Laparra J. et al., 1966), окисляясь при этом в адренохром.

Нашими экспериментами было установлено, что при использовании в качестве субстрата окисления янтарную кислоту, адреналин внесенный в инкубационную среду к митохондриям сердца, печени, мозга и почек без достоверно заметных изменений скорости дыхания снижает уровень коэффициента фосфорилирования Р/О в этих органах.

Не однотипность эффектов катехоламинов на процессы окислительного фосфорилирования позволяют предположить возможность наложения на их эффекты метаболитов хиноидного и моноаминоксидазного пути превращения гормонов-медиаторов. В пользу этого свидетельствуют результаты опытов с блокадой МАО введением ипразида. При этом освобождается путь для хиноидного превращения катехоламинов и О-метилирования.

Блокада МАО ипразидом не вызывая существенных сдвигов в скорости дыхания и использования митохондриями неорганического фосфата, приводит к достоверному снижению уровня коэффициента окислительного фосфорилирования Р/О в митохондриях сердца, печени и почек.

Наблюдаемые изменения уровня коэффициента Р/О при блокировании МАО, по всей вероятности, вызваны накоплением хиноидных метаболитов катехоламинов, которые как установлено нами и другими исследователями (В.П. Судовцев, 1969) могут снижать коэффициент фосфорилирования Р/О и АДФ/О при использовании к качестве субстрата окисления не только сукцинат, но глутамат + малат, одновременно повышая активность моноаминоксидазы в сердце и почках, не влияя на МАО печени и мозга. В более поздние сроки хиноидные продукты окисления катехоламинов вызывают снижение активности МАО в почках и мозге.

Эта способность катехоламинов изменять активность ферментов дыхательной цепи и определяет их действие в регуляции процесса тканевого дыхания и окислительного фосфорилирования.

Хиноидные метаболиты катехоламинов, образование которых может происходить при окислении катехоламинов на уровне цитохром с-оксидазы, снижают активность митохондриальной моноаминоксидазы и, следовательно, предотвращают накопление продуктов моноаминоксидазного окисления катехоламинов, уменьшают возможность блокирования ими сукцинатдегидрогеназы и цитохром с-оксидазы.

Это на фоне сниженной хиноидными продуктами активности АТФ-азы и стимулируемого катехоламинами и в некоторых органах хиноидными метаболитами окисления сукцината и других субстратов, ускоренного разрушения АМФ путем дезаминирования, может привести митохондрии к состоянию «рыхлого» сопряжения дыхания и фосфорилирования. При этом энергия окисляемых субстратов трансформируется в мембранный электрохимический потенциал, а затем в другие формы энергии живых систем, и прежде всего в тепловую энергию. Накопление АТФ при этом не нарушается, но отходит на второй план, в чем и состоит механизм калоригенного эффекта катехоламинов.

В случае высокой активности МАО, накопление метаболитов моноаминоксидазного пути окисления катехоламинов приводит к снижению активности сукцинатдегидрогеназы и цитохром с-оксидазы. Снижается интенсивность дыхания митохондрий и окислительного фосфорилирования, что может привести к феномену «кислородной утечки»!

На основании полученных собственных данных и анализа литературы можно заключить, что метаболизм катехоламинов, как динамический функциональный механизм, является регуляторным фактором процесса трансформации энергии в клетке, который может быть представлен следующим образом:

– адренергический импульс, сопровождаемый выбросом гормона-медиатора, приводит в эффекторных клетках к возбуждению адренорецепторный аппарат. Посредством аденилатциклазного каскадного механизма идет мобилизация основных энергоносителей – углеводов и липидов. В клетке увеличивается пул субстратов подлежащих окислению в митохондриальной дыхательной цепи;

– в митохондриях посредством 3`5`-АМФ активируются НАДН-зависимые и ФАДН-зависимые дегидрогеназы, в том числе и сукцинатдегидрогеназа. Активируется терминальное звено дыхательной цепи митохондрий – цитохром с-оксидаза. Изменяется проницаемость мембран митохондрий для ионов натрия, калия и других ионов, что может привести к активации АТФ-азы. Как результат, усиливается дыхание и фосфорилирующая способность митохондрий;

– в результате хиноидного окисления катехоламинов в митохондриях появляются хиноны, дублирующие активирующее действие катехоламинов на дегидрогеназы и цитохром-с-оксидазу, но снижающие активность сопрягающего АТФ-азного комплекса. Как результат, усиливается свободное, нефосфорилирующее окисление субстратов. Митохондрии входят в состояние «рыхлого сопряжения». При этом энергия окисляемых субстратов трансформируется в мембранный электрохимический потенциал, а затем в другие виды энергии, и прежде всего в тепловую энергию. Происходит реализация калоригенного эффекта катехоламинов;

– полное разрушение катехоламинов и накопление хинонов приводит к снижению активности сукцинатдегидрогеназы и других ферментов начального звена дыхательной цепи. Накапливающиеся метаболиты моноаминоксидазного разрушения катехоламинов снижают активность терминального участка дыхательной цепи митохондрий – цитохром с-оксидазы. Калоригенный эффект катехоламинов закончился;

– выведение метаболитов катехоламинов из клетки и их последующая инактивация, приводят митохондрии в исходное состояние. И новый адренэргический прилив, новой регуляторной волной прокатывается над системами, трансформирующими энергию в клетке, над митохондриями.

Таким образом, в физиологическом плане механизм катехоламинового контроля процессов трансформации энергии и функций органов и систем может быть понят только с учетом эффектов метаболитов хиноидного и моноаминоксидазного превращения катахоламинов.

Полученные нами данные об эффектах катехоламинов и их метаболитов на активность основных ферментов митохондрий обобщены в табл. 19.

Таблица 19

Эффекты катехоламинов и их метаболитов на активность митохондриальных ферментов