Биогенез катехоламинов и их формулы представлены на рис. 5-49. Эти вещества выполняют роль не только гормонов, но и медиаторов симпатической нервной системы, по- стганглионарными нейронами которой, по существу, и являются хромаффинные клетки мозгового вещества надпочечников. Главные различия сводятся к тому, что клетки надпочечника продуцируют в основном адреналин и, кроме того, накапливают его (и норадреналин) в особых гранулах, откуда выделяют в кровь в ответ на нервные стимулы.
По чувствительности к разнообразным эффекторам рецепторы к обоим гормонам подразделяют на а-адренергические и р-адренергичес- кие, а их, в свою очередь, на а]- и аг-, рг и рг-ре- цепторы. Адреналин обладает более широким спектром действия, связываясь и с а-, н с р-ре- цепторами, так что итоговый эффект определяется сродством гормона к разным рецепторам, а главное - их соотношением в клетках данного типа. Норадреналин активирует в основном а-ре- цепторы. Поэтому для краткости в дальнейшем изложении будет упоминаться только адреналин, имея в виду, что на энергетический метаболизм норадреналин, если где и оказывает влияние. то в принципе такое же, как и адреналин.
В печени адреналин, связываясь с рг-ре- цепторами, активирует аденилатциклазную систему, благодаря чему (с участием протеин- киназы А) вызывает такие же последствия, что и глюкагон. То-есть, замедляет синтез гликогена и усиливает его распад, способствуя выходу в кровь значительной части глюкозы, освобождаемой из гликогена. Эти эффекты подкрепляются воздействием адреналина на си-рецепторы, которое, хотя и реализуется через фосфо- инозитидный путь трансдукции и протеинки- назу С (см. раздел 3.3.4), но обеспечивает достижение (причем, независимое) той же цели: преобладание гликогенолиза над синтезом гликогена, ведущее к усилению выхода глюкозы в кровь. Наступающая гипергликемия благоприятствует повышенному потреблению глюкозы всеми остальными клетками. Таким образом, печень выступает как «орган-альтруист»: она расщепляет собственный гликоген, чтобы обеспечивать глюкозой другие ткани.
Подобно глюкагону адреналин действует и на адипоциты. Но его липолитический эффект выражен гораздо мощнее, тем более что он усиливается влиянием медиаторов, выделяемых окончаниями симпатических нервов, которыми богата жировая ткань. Усиление распада жиров катехоламины осуществляют путем связывания с р 1 -рецепторами, которые через аденилатцик- лазную систему тоже активируют гормон- чувствительную липазу адипоцитов. Освобождаемые при этом жирные кислоты (и глицерол) поступают в кровь и используются разными тканями (но не мозгом) в качестве энергетического материала. Следовательно, адреналин способствует снабжению клеток-потребителей как глюкозой из печени, так и жирными кислотами (и глицеролом) из жировых накоплений.
Не в пример глюкагону, адреналин способен не только стимулировать мобилизацию жиров в жировой ткани, но и угнетать этот процесс. Обеспечивается торможение по другим каналам - через а2-рецепторы адипоцитов. Как отмечалось в разделе 2.2.3, сопряженная с ними система сигнальной трансдукции не повышает, а уменьшает концентрацию цАМФ. Поэтому связывание катехоламинов с а2-рецеп- торами способствует не активации, а угнетению гормон-чувствительной липазы и, соответственно, замедлению распада жиров.
Наличие противоположных тенденций во влиянии адреналина на ли пол из в жировой ткани расширяет возможности управления балансом процессов отложения жира и его мобилизации (который зависит, в частности, от динамики концентраций катехоламинов). Есть и другой аспект. Он проистекает из того, что соотношение рецепторов р! и а2 различно в ади- поцитах разных жировых депо одного и того же индивидуума. Этим объясняют разные варианты локального накопления жира: на животе или в области ягодиц и бедер.
В отличие от глюкагоиа, катехоламины регулируют энергетический метаболизм не только в печени и жировых депо, но и в других тканях. Ведущее место среди них занимают скелетные мышцы, - и не только из-за высокой доли их в общей массе тела, но и в связи с резким увеличением энергетических трат во время сократительной деятельности. Главный эффект адреналина в мышечной ткани заключается в значительной стимуляции распада гликогена, которая осуществляется через р2-адренорецеп- торы подобно тому, как это происходит в печени. Образующийся здесь глюкозо-6-фосфат не может расщепляться ГМФ-путем, ибо в мышцах нет соответствующих дегидрогеназ. Отсутствует в них и глюкозо-6-фосфатаза, необходимая для превращения ГлбФ в глюкозу, способную выходить в кровь. Следовательно, весь ГлбФ, образующийся при распаде гликогена мышцы, расщепляется ГБФ-путем, обеспечивая восполнение расходуемого ею АТФ (в дополнение к той глюкозе, которая продолжает поступать из крови). Таким образом, в противоположность печени, скелетная мышца - это «орган-эгоист»: свои запасы гликогена она использует исключительно для собственных нужд.
Спектр действия катехоламинов не ограничивается перечисленными эффектами. На физиологическом уровне адреналин вызывает учащение и усиление сердечных сокращений; сужение сосудов кожи и органов брюшной полости; расширение кровеносных сосудов с увеличением кровоснабжения мускулатуры; углубление и учащение дыхания. Все эти проявления имеют общий знаменатель. Более всего в них заинтересована работающая мышца. Именно на обеспечение интенсивной мышечной деятельности направлены главные эффекты адреналина: и стимуляция распада собственного гликогена мышц, и повышение выхода глюкозы (и кетоновых тел) из печени и жирных кислот (и глицерола) из жировых депо, и ускорение доставки этих питательных веществ к мышцам, и
что, пожалуй, самое важное - резкое увеличение поступления кислорода из легких. К тому же, усилением кровотока обеспечивается и успешное удаление из мышечной ткани конечных продуктов метаболизма, а также недоокислен- ных веществ (включая лактат).
Как известно, наибольший выброс адреналина в кровь наблюдается во время сильных эмоций. Простые наблюдения показывают, что эмоциональный накал животные испытывают тогда, когда им приходится догонять добычу или спасаться бегством (либо вступать в драку). По существу, как теперь стало очевидным, эмоции — это механизм быстрой мобилизации всех ресурсов организма на энергетическое обеспечение интенсивной мышечной работы.
Доставляемые питательные вещества расщепляются в мышцах почти исключительно реакциями митохондриального окисления, обеспечивающими наибольший выход АТФ. Поэтому предел возможного определяется скоростью доставки кислорода. Однако и этот предел может быть несколько превзойден. Волевыми усилиями можно заставить мышцу работать интенсивнее, чем это обеспечено доставляемым к ней кислородом. Тогда некоторое количество углеводов может расщепляться только до лактата. Прибавка макроэргов от этого очень невелика (см. рис. 6-29), составляя всего 2 молекулы АТФ на каждую молекулу глюкозы, расщепленную сверх кислородного лимита. Однако именно она позволяет, хоть немного, но повысить эффективность мышечных усилий и может оказаться решающей в достижении конечного результата (догнать, убежать, победить).
Есть и еще один ресурс. Лактат, образуемый в работающей мышце, легко переходит в кровь и достигает, в частности, печени. Здесь, в отличие от мышц, дефицита кислорода не бывает даже при энергичной мышечной работе.
Расщепление примерно 20% доставленного лактата аэробным путем (до С02 и Н20) дает столько АТФ, что его достаточно для превращения остальных 80% в глюкозу. Новообразованный сахар переходит в кровь и может быть использован мышцами (в том числе и для гликолиза). Этот кругооборот называют циклом Кори (по имени открывших его супругов). Фактически он позволяет мышцам использовать не только «свой» кислород, но и часть 02, поступающего в печень.
Таким образом, механизм эмоций жизненно важен для животных. Получив его «по наследству», человек тоже обрел соответствующие возможности и часто реализует их. Типичный пример - предстартовое волнение у спортсменов. Но человек устроен гораздо сложнее. В частности, он обладает второй сигнальной системой. Поэтому нередко эмоции возникают в ситуации, не позволяющей сразу же разрядить их мышечной деятельностью. Тогда мобилизованные энергетические ресурсы, не будучи утилизированными по прямому назначению (синтез АТФ для мышечной работы), переводятся механизмами автономной саморегуляции на синтез жиров и холестерола (как это разъяснено в разделе 6.8.3). Давно замечено, что атеросклероз с его осложнениями (инфаркт миокарда, инсульт) и чрезмерное отложение жира чаще развиваются у людей умственного труда, особенно в профессиях, связанных с сильными эмоциями, не подкрепляемыми сразу мышечной активностью.
Будучи гидрофобными, липиды оказываются единственным «оппонентом» полярным белкам и углеводам и вносят особый вклад в осуществление каждой из наиболее общих биологических функций — энергетической, структурной (пластической) и регуляторной.
Энергетическую роль выполняют в основном нейтральные жиры, потребление которых взрослым человеком достигает 60-80 г в сутки. Калорийность их (9,3 ккал/г) более чем вдвое превышает таковую белков или углеводов, при полном сгорании которых теплопродукция составляет 4,1 ккал/г (17,2 кДж/г). Поэтому триглицериды жировых депо являются наиболее компактной формой накопления энергетических ресурсов.
Пластическая роль является главенствующей для фосфо- и гликолипидов, поскольку именно они (вместе с холестеролом) составляют структурную основу липидного бислоя биологических мембран. Триглицериды вносят далеко не столь фундаментальный вклад, но и образуемые ими жировые отложения тоже необходимы для выполнения некоторых частных функций (таких как депонирование жирорастворимых витаминов А, Д, Е и К; опора для почек и других внутренних органов; защита от травм и теплопотерь).
Регуляторная роль липидов многопланова. В значительной мере она обусловлена участием в осуществлении регуляторных функций биомембран, в том числе - в реализации механизмов сигнальной трансдукции (раздел 3.3.4).
Особые производные холестерола становятся половыми или кортикоидными гормонами. Широкий спектр специфических регуляторных эффектов реализуют такие метаболиты поли- еновых кислот, как лейкотриены и простанои- ды (описанные в разделах 5.4.5 и 5.4.6). Наконец, следует упомянуть и желчные кислоты (см. рис. 5-42), необходимые, в частности, для регулирования процессов пищеварения.