Нервные механизмы регуляции сосудистого тонуса

Дина Гайнуллина, Светлана Софронова, Ольга Тарасова «Природа» №9, 2014

Об авторах

Дина Камилевна Гайнуллина

— кандидат биологических наук, научный сотрудник кафедры физиологии человека и животных биологического факультета Московского государственного университета им. М. В. Ломоносова, специалист в области физиологии кровообращения. Область научных интересов — особенности регуляции сосудистой системы в раннем постнатальном онтогенезе.

Светлана Ивановна Софронова

— аспирант той же кафедры, занимается проблемами гормональной регуляции синтеза эндотелиального оксида азота.

Ольга Сергеевна Тарасова

— доктор биологических наук, профессор той же кафедры и ведущий научный сотрудник лаборатории физиологии мышечной деятельности ГНЦ РФ «Институт медико-биологических проблем РАН», специалист в области кровообращения и автономной нервной системы. Область научных интересов — взаимодействие системных и локальных механизмов регуляции сердечно-сосудистой системы.

Тонус кровеносных сосудов и уровень артериального давления в организме регулируются слаженной работой многих систем и механизмов, среди которых важную роль играет эндотелий сосудов. Секреция оксида азота (NO) — одна из ключевых функций эндотелиальных клеток, а их дисфункцию при различных заболеваниях врачи часто связывают с уменьшением продукции NO. Каковы же современные представления о работе этой системы? Попытаемся ответить на этот вопрос в нашей статье.

История вопроса

Слой клеток, выстилающий все кровеносные и лимфатические сосуды, а также сердечные полости, впервые описал в 1847 г. Т. Шванн как «отчетливо различимую мембрану», которую спустя 18 лет В. Гис назвал эндотелием. В сравнительно крупных сосудах (артериях и венах) этот слой служит барьером между кровью и гладкомышечными клетками, а стенки мельчайших сосудов, капилляров, целиком построены из эндотелиальных клеток. Их общее количество очень велико: в теле взрослого человека суммарная масса превышает 1 кг!

В 50–60-х годах XX в. ученые, вооружившись электронным микроскопом, в деталях описали строение эндотелия, однако его роль в регуляции функций сердечно-сосудистой системы оставалась неясной. Вплоть до 1980 г. эндотелий считался лишь селективно проницаемым барьером между кровью и сосудистой стенкой, хотя уже в то время было известно, что он способен выделять вещества, препятствующие свертыванию крови.

Начало современным представлениям о функциях эндотелия было положено в 1980 г., когда Р. Фарчготт и Дж. Завадски обратили внимание на его роль в регуляции тонуса сосудов []. В элегантных экспериментах исследователи доказали, что такое вещество, как ацетилхолин, вызывает расслабление препаратов аорты, изолированных из организма кролика, только при наличии эндотелия. Это наблюдение оказалось столь важным, что впоследствии Фарчготт стал одним из лауреатов Нобелевской премии (1998). В наше время зависимая от эндотелия реакция сосудов в ответ на ацетилхолин и другие вещества описана в огромном количестве научных работ, выполненных на самых различных артериальных сосудах — не только крупных, но и мелких, регулирующих кровоснабжение органов (рис. 1).

Рис. 1.

Кривые, иллюстрирующие эксперименты на двух сегментах мелкой артерии, приносящей кровь к коже задней конечности мыши. Как и в опытах Фарчготта и Завадски [], препараты предварительно сокращали норадреналином, а затем добавляли ацетилхолин. Видно, что норадреналин вызывает сокращение сосудов вне зависимости от наличия эндотелия. Однако добавление ацетилхолина приводит к расслаблению сегмента только с интактным эндотелием, на сегмент же с поврежденным эндотелием оно влияния не оказывает

К 1986 г. выяснилось, что расслабление гладкой мышцы сосудов вызывает именно оксид азота (NO), который выделяется из эндотелия под действием ацетилхолина. Как же за такое короткое время (всего шесть лет) удалось вычленить NO из длинного ряда других претендентов на роль посредника между эндотелием и гладкой мышцей сосудов? Дело в том, что еще за 10 лет до знаменитой работы Фарчготта и Завадски было изучено сосудорасширяющее действие NO. Ведь к тому времени уже 100 лет нитроглицерином (он служит источником молекул NO) лечили стенокардию, возникающую из-за спазмов сосудов сердца. Идентичность эндотелиального расслабляющего фактора и NO установили и по таким показателям, как чрезвычайная нестабильность (особенно в присутствии активных форм кислорода), инактивация при взаимодействии с гемоглобином и родственными белками, а также способность вызывать сходные биохимические изменения в гладкомышечных клетках сосудов.

В организме человека и животных оксид азота — один из ключевых эндогенных регуляторов сердечно-сосудистой и других систем. В 1992 г. его назвали молекулой года, а ежегодное число публикаций о его функциях в организме сегодня составляет несколько тысяч. Эндотелий можно назвать гигантским эндокринным органом, в котором клетки не собраны воедино, как в железах внутренней секреции, а рассредоточены в сосудах, пронизывающих все органы и ткани нашего тела. В нормальных физиологических условиях эндотелий активируется главным образом механически: напряжением сдвига, создаваемым потоком крови [], или растяжением сосуда под ее давлением. Кроме того, эндотелиальные клетки могут активироваться регуляторными молекулами, например пуриновыми соединениями (АТФ и АДФ), пептидами (брадикинином, кальцитонин-ген-родственным пептидом, субстанцией Р и др.).

Кроме оксида азота в клетках эндотелия синтезируются и другие вещества, влияющие на тонус сосудов, кровоснабжение тканей и артериальное давление []. Так, помощниками NO в расслаблении сосудов могут быть простациклин (простагландин I2) и эндотелиальный гиперполяризующий фактор. Доля их участия зависит от пола и вида животного, типа сосудистого русла и размеров сосуда. Например, действие NO сильнее проявляется в сравнительно крупных сосудах, а гиперполяризующего фактора — в более мелких.

В эндотелии образуются не только сосудорасширяющие вещества, но и сосудосуживающие: некоторые простагландины, тромбоксан, пептиды эндотелин-1 и ангиотензин II, супероксиданион. В здоровом организме секреторная активность эндотелия направлена на продукцию сосудорасширяющих факторов. Но при различных заболеваниях (системной или легочной гипертензии, ишемии миокарда, сахарном диабете и т. д.) или в здоровом организме при старении секреторный фенотип эндотелия может меняться в сторону сосудосуживающих влияний [].

Несмотря на многообразие регуляторных механизмов, зависимых от эндотелия, его нормальную функцию чаще всего связывают со способностью секретировать NO. Когда при заболеваниях эндотелий изменяет свои свойства, врачи называют такое состояние дисфункцией эндотелия, подразумевая при этом уменьшение продукции NO. В связи с такой важностью NO мы рассмотрим современные представления о его регуляторной роли, сначала в норме, а затем при некоторых формах сосудистой патологии.

Механизмы регуляции тонуса сосудов

Тонус сосудов во многом определяет параметры системной гемодинамики и регулируется миогенными, гуморальными и нейрогенными механизмами.

В основе миогенного механизма лежит способность гладких мышц сосудистой стенки возбуждаться и сокращаться при растяжении. Именно автоматия гладких мышц создает базальный тонус многих сосудов, т.е. поддерживает начальный уровень давления в сосудистой системе. В сосудах кожи, мышц, внутренних органов миогенная регуляция тонуса играет относительно небольшую роль. Но в почечных, мозговых и коронарных сосудах она является ведущей и поддерживает нормальный кровоток в широком диапазоне артериального давления.

Гуморальная регуляция осуществляется физиологически активными веществами, находящимися в крови или тканевой жидкости. Их можно разделить на следующие группы:

1. Метаболические факторы. Это несколько групп веществ.

а) Неорганические ионы. Ионы калия вызывают расширение сосудов, ионы кальция суживают их.

б) Неспецифические продукты метаболизма. Молочная кислота и другие кислоты цикла Кребса расширяют сосуды. Таким же образом действует повышение содержания СО2 и катионы водорода. Т.е. сдвиг реакции среды в кислую сторону вызывает расширение сосудов, в щелочную сужение.

в) Осмотическое давление тканевой жидкости. При его повышении сосуды расширяются.

2. Гормоны. По механизму действия на сосуды делятся на 2 группы:

а) Гормоны непосредственно действующие на сосуды. Адреналин и норадреналин суживают большинство сосудов, взаимодействуя с a-адренорецепторами гладких мышц. В то же время, адреналин взывает расширение сосудов мозга, почек, скелетных мышц, воздействуя на b-адренорецепторы. Вазопрессин преимущественно суживает вены, а ангиотензин II артерии и артериолы. Ангиотензин II образуется из белка плазмы ангиотензиногена в результате действия фермента ренина. Ренин начинает синтезироваться в юкстагломерулярном аппарате почек при снижении почечного кровотока. Гистамин, простагландины Е расширяют сосуды, а серотонин суживает их.

б) Гормоны опосредованного действия. АКТГ и кортикостероиды надпочечников постепенно увеличивают тонус сосудов и повышают кровяное давление. Таким же образом действует тироксин.

Нервная регуляция сосудистого тонуса осуществляется сосудосуживающими и сосудорасширяющими нервами. Сосудосуживающими являются симпатические нервы. Центры симпатических вазоконстрикторов находятся под контролем вышележащих, находящихся в состоянии постоянного тонуса. Поэтому по симпатическим нервам непрерывно поступают нервные импульсы к сосудам. За счет этого иннервируемые ими сосуды постоянно умеренно сужены.

Центральные механизмы регуляции сосудистого тонуса.

Сосудодвигательные центры

В регуляции тонуса сосудов принимают участие центры всех уровней Ц.Н.С. Низшим являются симпатические спинальные центры. Они находятся под контролем вышележащих. В 1871 г. В.Ф.Овсянников установил, что после перерезки ствола между продолговатым и спинным мозгом кровяное давление резко падает. Если же перерезка проходила между продолговатым и средним мозгом, то давление практически не изменяется. В дальнейшем было выяснено, что в продолговатом мозге на дне 4-го желудочка находится бульбарный сосудодвигательный центр. Он состоит из прессорного и депрессорного отделов. Прессорные нейроны в основном расположены в латеральных областях центра, а депрессорные в центральных. Прессорные нейроны находится в состоянии постоянного возбуждения. В результате нервные импульсы от них непрерывно идут к спинальным симпатическим нейронам, а от них к сосудам. Благодаря этому сосуды постоянно умеренно сужены. Тонус прессорного отдела обусловлен тем, что к нему постоянно идут нервные импульсы в основном от рецепторов сосудов, а также неспецифические сигналы от рядом расположенного дыхательного центра и высших отделов ЦНС. Активирующее влияние на прессорные нейроны также оказывают углекислый газ и протоны. Регуляция тонуса сосудов в основном осуществляется именно через симпатические вазоконстрикторы, путем изменения активности бульбарного и спинальных симпатических центров.

Влияют на тонус сосудов, сердечную деятельность и центры гипоталамуса. Например, раздражение одних задних ядер приводит к сужению сосудов и повышению кровяного давления. При раздражении других возрастает частота сердечных сокращений и расширяются сосуды скелетных мышц. При тепловом раздражении передних ядер гипоталамуса сосуды кожи расширяются, а при охлаждении суживаются. Этот механизм играет роль в терморегуляции.

Многие отделы коры также регулируют деятельность сердечно-сосудистой системы. При раздражении двигательных зон коры тонус сосудов возрастает, а частота сердцебиений увеличивается. Это свидетельствует о наличии согласованности механизмов регуляции деятельности сердечно-сосудистой системы и органов движения. Особое значение имеет древняя и старая кора. В частности, электростимуляция поясной извилины сопровождается расширением сосудов, а раздражение островка к их сужению. В лимбической системе происходит координация эмоциональных реакций с реакциями системы кровообращения. Например, при сильном страхе учащаются сердцебиения и суживаются сосуды.

1. Метаболические факторы. Это несколько групп веществ.

а) Неорганические ионы. Ионы калия вызывают расширение сосудов, ионы кальция суживают их.

в) Осмотическое давление тканевой жидкости. При его повышении сосуды расширяются.

2. Гормоны. По механизму действия на сосуды делятся на 2 группы:

Центральные механизмы регуляции сосудистого тонуса.

Сосудодвигательные центры

Синтез и регуляция NO в эндотелии

В природе синтез оксида азота может протекать по различным путям. Так, в тропосфере он образуется из O2 и N2 под действием грозовых разрядов, в растениях — благодаря фотохимической реакции между NO2 и каротиноидами, а в организме животных — при взаимодействии нитритов и нитратов с белками, содержащими атомы металлов (например, с гемоглобином). Все перечисленные реакции идут без участия биологических катализаторов — белков-ферментов, поэтому контролировать скорость сравнительно трудно. Однако в организме животных основное количество NO как регулятора физиологических процессов образуется под действием специальных ферментов NO-синтаз (NOS), а источником атома азота служит аминокислота L-аргинин [, ].

Существует несколько разновидностей (изоформ) NO-синтаз, которые кодируются разными генами. В 1990 г. из мозга крысы выделили нейрональную форму фермента (nNOS). Чуть позже в клетках иммунной системы (макрофагах) обнаружили индуцибельную NOS (iNOS), а в эндотелии — эндотелиальную NOS (eNOS). Еще одна изоформа NOS локализуется в митохондриях, она регулирует процессы клеточного дыхания. Поскольку в синтезе NO участвует большое число кофакторов, все изоформы фермента имеют для них специфические участки связывания. Каждая молекула NOS состоит из двух одинаковых половинок. Для их объединения в димер необходим кофактор тетрагидробиоптерин. При его недостатке eNOS переключается на продукцию активных форм кислорода (супероксид-аниона и Н2О2), что может приводить к повреждению эндотелия и других клеток сосудистой стенки.

Две изоформы фермента — eNOS и nNOS — называют конститутивными, потому что они всегда присутствуют в клетках и синтезируют NO в относительно небольших (по сравнению с iNOS) количествах, причем активность этих изоформ регулируется физиологическими стимулами. В отличие от них, iNOS постоянно синтезируется лишь в некоторых клетках, например в макрофагах, а в эндотелиальных, нервных и многих других появляется лишь в ответ на внешние, в основном воспалительные, стимулы (например, элементы клеточных стенок бактерий — бактериальные липополисахариды). Активная iNOS продуцирует NO в 1000 раз быстрее, чем eNOS и nNOS. Макрофаги используют такие большие количества NO для умерщвления возбудителей перед тем, как их уничтожить.

Таким образом, основная NO-синтаза в сосудистой стенке — eNOS, и содержится она преимущественно в эндотелии. Транскрипцию гена eNOS в гладкомышечных клетках предотвращают специальные механизмы, например метилирование «стартового» участка. Синтаза связывается с наружной мембраной эндотелиальной клетки в особых впячиваниях, кавеолах, где сосредоточено большое количество регуляторных молекул (различных ионных каналов и рецепторов). Такая «фиксация» фермента обеспечивает его функциональную связь с рецепторами и каналами, что облегчает регуляцию активности eNOS. В кавеолах локализуется белок кавеолин, который тормозит активность фермента в отсутствие побуждающих стимулов.

Функциональная роль эндотелиальной NO-синтазы зависит от количества молекул в клетке (уровня экспрессии гена eNOS) и от ее активности. Следует отметить, что синтез новых молекул белка сравнительно длительный, поэтому он используется для обеспечения долговременных изменений продукции NO, например, при адаптации сосудистой системы к физической нагрузке или же к высокогорной гипоксии. Для быстрого контроля синтеза NO используются другие механизмы, прежде всего изменение внутриклеточной концентрации Са2+, универсального регулятора клеточных функций []. Сразу отметим, что такая физиологическая регуляция свойственна лишь eNOS и nNOS, в то время как для iNOS (независимого от Са2+ фермента) она происходит в основном на уровне экспрессии гена.

Повышение концентрации Са2+ до определенного порогового уровня служит непременным условием отщепления эндотелиальной NO-синтазы от кавеолина и ее перехода в активное состояние. Помимо Са2+ большое значение для регуляции активности eNOS имеет фосфорилирование, т. е. ковалентное присоединение остатка фосфорной кислоты, осуществляемое внутриклеточными ферментами — протеинкиназами. Фосфорилирование изменяет способность eNOS активироваться под действием кальция (рис. 2). Протеинкиназы присоединяют остатки фосфорной кислоты к строго определенным аминокислотным остаткам молекулы eNOS, среди которых наиболее важны серин в положении 1177 (Ser1177) и треонин в положении 495 (Thr495). Сайт Ser1177 считается основным местом активации eNOS. Известно, что степень его фосфорилирования быстро растет под действием важных регуляторных факторов: напряжения сдвига, брадикинина, фактора роста сосудистого эндотелия и эстрадиола. Основной фермент, осуществляющий такой процесс, — Akt (другое название — протеинкиназа В), однако известны и другие киназы, способные активировать eNOS (о них мы еще расскажем).

Рис. 2.

Синтез оксида азота в эндотелии и механизмы его действия в гладкой мышце. Активатор эндотелиальных клеток (
А
), связываясь с рецептором (
Р
), запускает внутриклеточный каскад реакций, вызывающий активацию Са2+-каналов наружной мембраны и саркоплазматического ретикулума (
СПР
), а также протеинкиназ (
Akt
и др.), которые стимулируют эндотелиальную NO-синтазу (
eNOS
) фосфорилированием, и она синтезирует NO из L-аргинина. NO диффундирует в гладкомышечную клетку (
ГМК
) и активирует растворимую гуанилатциклазу (
ГЦ
), которая начинает продуцировать циклический гуанозинмонофосфат (
цГМФ
), стимулятор протеинкиназы G (
PKG
). Ее действие расслабляет гладкомышечные клетки разными способами: активирует К+-каналы, что приводит к гиперполяризации мембраны, закрытию Са2+-каналов и уменьшению притока Са2+ извне; активирует Са2+-насос
СПР
, который удаляет ионы Са2+ из цитоплазмы; ослабляет взаимодействие миозина с актином независимо от концентрации Са2+. Совокупность этих событий, происходящая при выделении NO из эндотелия, обеспечивает расширение кровеносных сосудов, что на системном уровне выражается в уменьшении артериального давления

Фосфорилирование по сайту Thr495 уменьшает активность фермента. Такое негативное влияние может усиливаться при некоторых патологических состояниях — окислительном стрессе, сахарном диабете и др. Напротив, при некоторых нормальных физиологических воздействиях фосфат удаляется (т. е. происходит дефосфорилирование Thr495), благодаря чему повышается сродство eNOS к Са2+ и, следовательно, увеличивается ее активность. Таким образом, интенсивность работы eNOS в эндотелиальных клетках может динамично регулироваться уровнем Са2+ и фосфорилированием / дефосфорилированием под действием разных протеинкиназ. Это в конечном счете обеспечивает тонкую регуляцию синтеза оксида азота и, соответственно, его физиологических эффектов на сердечно-сосудистую систему.

Механизмы расслабления гладкомышечных клеток

Каким же образом NO, секретируемый эндотелиальными клетками, вызывает расширение сосудов? Сокращение всех типов мышечных клеток обеспечивается взаимодействием двух белков — актина и миозина, причем моторная активность последнего в гладкомышечных клетках проявляется только после его фосфорилирования. Это подразумевает наличие большого числа регуляторных механизмов, влияющих на сократительную активность гладкомышечной клетки, к числу которых относится и оксид азота [].

Молекулы NO липофильны, поэтому они свободно проникают из эндотелиальных клеток в гладкомышечные. В них основной акцептор NО — фермент гуанилатциклаза, расположенный в цитозоле и потому называемый растворимым (т. е. не связанным с клеточными мембранами). Гуанилатциклаза, активированная оксидом азота, синтезирует циклический гуанозинмонофосфат (цГМФ), который служит мощным активатором другого фермента, протеинкиназы G. Ее мишенями в гладкомышечных клетках служат многочисленные белки, участвующие в регуляции цитоплазматической концентрации Ca2+.

Протеинкиназа G активирует некоторые типы калиевых каналов, что вызывает гиперполяризацию (сдвиг мембранного потенциала в сторону более отрицательных значений) гладкомышечных клеток, закрывает управляемые потенциалом кальциевые каналы наружной мембраны и тем уменьшает вход Ca2+ в клетку. Кроме того, этот фермент в активном состоянии подавляет выброс Са2+ из внутриклеточных депо, а также способствует его удалению из цитоплазмы. Это тоже уменьшает концентрацию Са2+ и расслабляет гладкие мышцы.

Помимо влияния на Са2+-гомеостаз, протеинкиназа G регулирует Са2+-чувствительность сократительного аппарата гладкомышечных клеток, т. е. уменьшает его способность активироваться при повышении Са2+. Известно, что активация протеинкиназы G (с участием посредников) снижает уровень фосфорилирования гладкомышечного миозина, в результате он хуже взаимодействует с актином, что способствует расслаблению. Совокупность описанных событий приводит к расширению сосудов, увеличению кровотока в органах и снижению уровня артериального давления.

Физиологическая регуляция продукции NO

Способность к продукции NO служит маркером нормального функционального состояния эндотелия: устранение эффектов NO в здоровом организме (например, путем фармакологической блокады eNOS) ведет к сужению сосудов и повышению уровня системного артериального давления. В результате действия почти всех нормальных физиологических стимулов содержание NO-синтазы в эндотелии (и/или ее активность) повышается. Ключевой фактор, регулирующий продукцию NO, — поток крови []. При ее движении по сосуду на поверхности эндотелия возникает напряжение сдвига. Этот стимул передается к локализованной внутри клеток эндотелиальной NO-синтазе через активацию механочувствительных каналов и вход Са2+. Другой вариант передачи — посредством мембранных ферментов, если повышается активность протеинкиназы Akt и фосфорилируется eNOS (по сайту Ser1177). Поток крови обеспечивает постоянную секрецию эндотелием небольших количеств NO (рис. 3).

Рис. 3.

Схема влияния фосфорилирования молекул eNOS на активность этого фермента. Под действием нормальных стимулов (напряжения сдвига, многих гормонов, физиологической гипоксии и др.) такие протеинкиназы, как Akt, АМФ-активируемая (
АМПК
) и протеинкиназа А (
ПКА
), осуществляют фосфорилирование по серину-1177 (
Ser117
;
левая часть схемы
). В результате эндотелиальная NO-синтаза активируется, что приводит к синтезу NO. С другой стороны, гипергликемиия, активные формы кислорода, окисленные липопротеиды или медиаторы воспаления действуют на протеинкиназу С (
ПКС
), которая фосфорилирует треонин-495 (
Thr495
). При этом активность eNOS уменьшается, а следовательно, сокращается и продукция оксида азота. Таким образом, интенсивность работы eNOS в эндотелиальных клетках может регулироваться разными протеинкиназами

Важную роль в чувствительности эндотелия к напряжению сдвига играет гликокаликс. Это покрывающий клетки слой полимерных молекул углеводной природы, толщина которого может составлять несколько микрометров и даже превышать толщину самого эндотелия []. Поскольку «кустики» гликопротеидов растут внутрь просвета сосуда, именно они в первую очередь испытывают действие потока крови. Деформируясь, волокна гликокаликса передают сигнал мембранным белкам и далее — eNOS. Хотя этот механизм пока изучен мало, о его важности говорит тот факт, что нарушение реакции сосудов на напряжение сдвига при различных заболеваниях (атеросклерозе, сахарном диабете и др.) сопряжено с «облысением» эндотелия, т. е. с уменьшением толщины и изменением структуры гликокаликса.

Повышение скорости кровотока ведет к активации эндотелиальной NO-синтазы и к расширению сосудов, а подобные длительные или многократные воздействия увеличивают содержание этого фермента в эндотелии. На этом основано благотворное влияние физических упражнений: известно, что с помощью тренировки можно значительно улучшить работу эндотелия без применения лекарств! Однако следует отметить, что такое полезное влияние оказывают не любые упражнения. Во-первых, нагрузка должна сопровождаться повышением скорости кровотока в работающих мышцах, как это происходит при быстрой ходьбе, беге или езде на велосипеде, а силовые упражнения с гирями такого влияния не оказывают. Во-вторых, нельзя тренироваться через силу: при чрезмерных нагрузках резко повышается секреция основного гормона стресса, кортизола, который снижает активность eNOS.

Дополнительную активацию эндотелиальной NO-синтазы при физической нагрузке обеспечивает протеинкиназа, активируемая аденозинмонофосфатом (АМФ), которая содержится почти во всех клетках нашего организма, в том числе и в эндотелиальных. Этот фермент называют «сенсором энергетического статуса клеток», потому что он активируется, когда в цитоплазме клетки повышается отношение АМФ / АТФ, т. е. расход энергии начинает превышать ее образование. В эндотелии артерий, расположенных внутри интенсивно сокращающихся скелетных мышц, это может происходить в результате гипоксии — мышечные клетки потребляют много О2, и его не хватает эндотелию сосудов. Кроме того, недавно было показано, что активация этой протеинкиназы в эндотелиальных клетках возможна при увеличении напряжения сдвига, т. е. при усилении притока крови к работающим мышцам. Активированная протеинкиназа фосфорилирует eNOS по сайту Ser1177, продукция NO увеличивается и сосуды расширяются.

Врачи-кардиологи хорошо знают, что путем регулярных физических тренировок можно улучшить функцию эндотелия не только в скелетных мышцах и сердце, которые при работе интенсивно снабжаются кровью, но и в органах, напрямую не задействованных в тренировке, — в головном мозге, коже и т. д. Это говорит о том, что помимо влияния потока крови на эндотелий имеются и другие механизмы регуляции эндотелиальной NO-синтазы. Среди них ведущая роль принадлежит гормонам, которые продуцируются железами внутренней секреции, транспортируются кровью и распознают клетки-мишени в различных органах по наличию специальных белков-рецепторов [].

Из гормонов, которые могут влиять на функцию эндотелия при физической нагрузке, отметим гормон роста (соматотропный гормон), который секретируется гипофизом. Как сам по себе, так и через свои посредники, инсулин-подобные факторы роста, гормон роста увеличивает образование эндотелиальной NO-синтазы и ее активность.

Наиболее известный пример гормональной регуляции функций эндотелия — это влияние женских половых гормонов, эстрогенов. Исходно такое представление сформировалось благодаря эпидемиологическим наблюдениям, когда выяснилось, что по какой-то причине женщины детородного возраста по сравнению с мужчинами меньше страдают от сосудистых нарушений, связанных с дисфункцией эндотелия. Более того, у женщин его способность продуцировать NO меняется в течение менструального цикла, причем в первой половине, когда концентрация эстрогенов в крови высокая, расширение сосудов, зависимое от эндотелия, более выражено. Эти наблюдения послужили толчком к проведению многочисленных экспериментов на животных. Так, удаление яичников у самок крыс уменьшало содержание и активность эндотелиальной NO-синтазы в артериях разных органов (головного мозга, сердца, скелетных мышц, почек, кишечника и др.), а введение таким самкам эстрогенов способствовало нормализации нарушенной функции. Влияние эстрогенов на активность eNOS связано с активацией протеинкиназы Akt, а повышение синтеза eNOS — с их воздействием на геном эндотелиальных клеток.

Интересно, что нарушение реакций артерий мозга обнаружили и в экспериментах с удалением половых желез у самцов, хотя семенники секретируют не эстрогены, а андрогены, мужские половые гормоны. Этот парадокс стал понятным, когда в эндотелии артерий мозга обнаружили ароматазу — фермент, превращающий андрогены в эстрогены. Таким образом, защитное влияние эстрогенов на эндотелий сосудов может иметь место и у особей мужского пола. Однако в данном случае следует говорить о локальной регуляции, которая обеспечивается эстрогенами, образующимися непосредственно в сосудистой стенке.

В заключение рассмотрим регуляцию эндотелиальной NO-синтазы гормонами щитовидной железы. Известно, что при нарушениях ее работы в эндотелии сосудов меняется интенсивность синтеза NO: при гипертиреозе повышается, а при гипотиреозе снижается. Такое влияние обусловлено в основном изменением содержания NO-синтазы в клетках эндотелия. Однако в последнее время появились данные о существовании еще одного механизма действия этих гормонов на эндотелиальные клетки сосудов. Так, Ca2+-зависимая активность eNOS и степень ее фосфорилирования по сайту Ser1177 в артериях крыс c экспериментальным гипертиреозом оказалась значительно выше, чем у крыс с гипотиреозом.

Известно, что гормоны щитовидной железы играют ключевую роль в дифференцировке тканей в развивающемся организме. Но их влияние не сводится лишь к ускорению или замедлению протекающих процессов, а зачастую имеет программирующий характер. Это означает, что при недостатке гормонов щитовидной железы в определенном критическом возрасте клетки не смогут превратиться в полноценно функционирующие, даже если вводить гормоны на последующих этапах жизни (у человека гормональная терапия эффективна лишь в течение первых месяцев после рождения). Механизмы программирующего влияния гормонов щитовидной железы подробно изучены лишь для нервной системы, а для остальных систем — значительно хуже. Вместе с тем хорошо известно, что гипотиреоз у матери во время беременности служит, помимо прочего, фактором риска развития у ребенка сердечно-сосудистых заболеваний. Интересно, что в артериях детенышей крыс в первые недели после рождения выявляются повышенные уровни рецепторов тиреоидных гормонов, а также фермента дейодиназы, который превращает тироксин (тетрайодтиронин) в более активный трийодтиронин. На основании этих наблюдений заманчиво предположить, что гормоны щитовидной железы могут оказывать программирующее влияние и на эндотелий сосудов. Насколько это верно, покажут будущие исследования.

Рефлекторная регуляция сосудистого тонуса

Как отмечалось, артерии и артериолы постоянно находятся в состоянии сужения, в значительной мере определяемого тонической активностью сосудодвигательного центра. Тонус сосудодвигательного центра зависит от афферентных сигналов, приходящих от периферических рецепторов, расположенных в некоторых сосудистых областях и на поверхности тела, а также от влияния гуморальных раздражителей, действующих непосредственно на нервный центр. Следовательно, тонус сосудодвигательного центра имеет как рефлекторное, так и гуморальное происхождение.

По классификации В.Н. Черниговского, рефлекторные изменения тонуса артерий — сосудистые рефлексы — могут быть разделены на две группы: собственные и сопряженные рефлексы. Собственные сосудистые рефлексы вызываются сигналами от рецепторов самих сосудов. Морфологическими исследованиями обнаружено большое число таких рецепторов. Особенно важное физиологическое значение имеют рецепторы, сосредоточенные в дуге аорты и в области разветвления сонной артерии на внутреннюю и наружную. Указанные участки сосудистой системы получили название сосудистых рефлексогенных зон (рис. 138).

Рецепторы, расположенные в дуге аорты, являются окончаниями центростремительных волокон, проходящих в составе открытого И. Ционом и Людвигом нерва — депрессора. Электрическое раздражение центрального конца этого нерва обусловливает падение артериального давления вследствие рефлекторного повышения тонуса ядер блуждающих нервов и рефлекторного снижения тонуса сосудосуживающего центра. В результате сердечная деятельность тормозится, а сосуды внутренних органов расширяются. Если у подопытного животного, например у кролика, перерезаны блуждающие нервы, то раздражение депрессора вызывает только рефлекторное расширение сосудов без замедления сердечного ритма.

В рефлексогенной зоне каротидного синуса расположены рецепторы, от которых идут центростремительные нервные волокна, образующие синокаротидный нерв, или нерв Геринга. Этот нерв вступает в мозг в составе языкоглоточного нерва (см.рис. 138). При введении в изолированный каротидный синус крови через канюлю под давлением можно наблюдать падение артериального давления в сосудах тела (рис. 139).

Понижение системного артериального давления обусловлено тем, что растяжение стенки сонной артерии возбуждает рецепторы каротидного синуса, рефлекторно понижает тонус сосудосуживающего центра и повышает тонус ядер блуждающих нервов.

Рецепторы сосудистых рефлексогенных зон возбуждаются при повышении давления крови в сосудах. Поэтому их называют прессорецепторами, или барорецепторами.

Если перерезать синокаротидные и аортальные нервы с обеих сторон, возникает гипертензия, т. е. устойчивое повышение артериального давления, достигающее в сонной артерии собаки 200—250 мм рт. ст. вместо 100—120 мм рт. ст. в норме.

Понижение артериального давления вследствие, например, уменьшения объема крови в организме (при кровопотерях), или ослаблении деятельности сердца, или при перераспределении крови и оттоке ее в избыточно расширившиеся кровеносные сосуды какого-нибудь крупного органа ведет к тому, что прессорецепторы дуги аорты и сонных артерий раздражаются менее интенсивно, чем при нормальном артериальном давлении.

Влияние депрессорных и синокаротидных нервов на артериальное давление ослабляется, сосуды суживаются, работа сердца усиливается и артериальное давление нормализуется. Этот способ регуляции артериального давления представляет собой регуляцию «на выходе» системы, работающую по принципу отрицательной обратной связи. При отклонении артериального давления от заданной величины включаются компенсаторные реакции, восстанавливающие это давление до нормы. Это — регуляция «по рассогласованию».

Существует еще один, принципиально иной механизм регуляции артериального давления «на входе» системы, «по возмущению». В данном случае компенсаторные реакции включаются еще до того, как артериальное давление изменится, предупреждая отклонение его от нормы. Необходимые для этого реакции запускаются сигналами, возникающими в рецепторах растяжения миокарда и коронарных сосудов, несущих информацию о степени наполнения кровью полостей сердца и артериальной системы. В этом случае регуляторные реакции реализуются через внутрисердечную нервную систему, а также через вегетативные центры ЦНС.

Сосудистые рефлексы можно вызвать, раздражая рецепторы не только дуги аорты или каротидного синуса, но и сосудов некоторых других областей тела. Так, при повышении давления в сосудах легкого, кишечника, селезенки наблюдаются рефлекторные изменения артериального давления в других сосудистых областях.

Рефлекторная регуляция давления крови осуществляется при помощи не только механорецепторов, но и хеморецепторов, чувствительных к изменениям химического состава крови. Такие хеморецепторы сосредоточены в аортальном и каротидном тельцах, т. е. в местах локализации прессорецепторов.

Хеморецепторы чувствительны к двуокиси кислорода и недостатку кислорода в крови; они раздражаются также окисью углерода, цианидами, никотином. От этих рецепторов возбуждение по центростремительным нервным волокнам передается к сосудодвигательному центру и вызывает повышение его тонуса. В результате сосуды суживаются и давление повышается. Одновременно происходит возбуждение дыхательного центра.

Таким образом, возбуждение хеморецепторов аорты и сонной артерии вызывает сосудистые прессорные рефлексы, а раздражение механорецепторов — депрессорные рефлексы.

Хеморецепторы обнаружены также в сосудах селезенки, надпочечников, почек,костного мозга. Они чувствительны к различным химическим соединениям, циркулирующим в крови, например, к ацетилхолину, адреналину и др. (В.Н. Черниговский).

Сопряженные сосудистые рефлексы, т. е. рефлексы, возникающие в других системах и органах, проявляются преимущественно повышением артериального давления. Их можно вызвать, например, раздражением поверхности тела. Так, при болевых раздражениях рефлекторно суживаются сосуды, особенно органов брюшной полости, и артериальное давление повышается. Раздражение кожи холодом также вызывает рефлекторное сужение сосудов, главным образом кожных артериол.

Кортикальная регуляция сосудистого тонуса. Влияние коры полушарий большого мозга на сосуды было впервые доказано путем раздражения определенных участков коры.

Кортикальные сосудистые реакции у человека изучены методом условных рефлексов. В этих опытах о сужении или расширении сосудов судят по изменению объема руки при плетизмографии. Если сосуды суживаются, то кровенаполнение, а следовательно, и объем органа уменьшаются. При расширении сосудов, наоборот, кровенаполнение и объем органа увеличиваются.

Если многократно сочетать какое-либо раздражение, например, согревание, охлаждение или болевое раздражение участка кожи с каким-нибудь индифферентным раздражителем (звуковым, световым и т. п.), то через некоторое число подобных сочетаний один индифферентный раздражитель может вызвать такую же сосудистую реакцию, как и применяющееся одновременно с ним безусловное термическое или болевое раздражение (рис. 140).

Сосудистая реакция на ранее индифферентный раздражитель осуществляется условнорефлекторным путем, т. е. при участии коры полушарий большого мозга. У человека при этом часто возникает и соответствующее ощущение (холода, тепла или боли), хотя никакого раздражения кожи не было.

Влиянием коры большого мозга объясняется то, что у спортсменов перед началом упражнения или соревнования наблюдается повышение артериального давления, вызванное изменениями деятельности сердца и сосудистого тонуса.