1. В этом потоке информации, как правило, принимают участие три элемента.
· Клетка-продуцент (секреторная, железистая ). Она формирует информационный сигнал (или сигнальный фактор)
· Информационный сигнал ( сигнальным фактором может быть гормон, цитокин, электрический импульс и т.д.).
· Клетка-мишень. Воспринимает сигнал и на его основе формирует специфический ответ.
2 Формирования информационного сигнала (в клетке-продуценте) и его восприятии (клеткой-мишенью), как правило, связано с функционированием внутриклеточных потоков информации – СТС и ТТС (раздел 1.1.). Повторим, что клетка-мишень имеет специальное воспринимающее устройство – рецептор на плазматической мембране, в цитоплазме или ядре(раздел 1.1.)
Обе эти особенности имеют принципиальное значение для многих разделов медицины и мы будем постоянно акцентировать на них Ваше внимание.
К настоящему времени открыто несколько межклеточных информационных потоков. Имеется несколько их классификаций. Мы рассмотрим не все, а только ключевые и наиболее изученные. Их 4 (см. рис. 9). Эти потоки отличаются друг от друга средой в которой перемещается информационный сигнал и расстоянием, на которое он перемещается.
1. Гуморальный поток информации. В этом потоке сигнал (гормон, цитокин и др. БАВ) передаётся от клетки к клетки по кровеносной системе.
2. Нейрональный поток информации – сигнал передаётся по структурам нервной системы(нейронам, нервным волокнам).
3. Паракринный и аутокринный потоки информации – сигнал передаётся через межклеточное пространствок соседним клеткам или замыкается на себя. Этот поток информации иногда подразделяется на два потоки – паракринный и аутокринный.
Рис. 9. Классификация потоков информации (сигнализации) осуществляемых от клетки к клетки.
Здесь уместно подчеркнуть, что предлагаемая классификация очень условна, т.к.одно и тоже БАВ в зависимости от интенсивности его синтеза, изоформы молекулы типа воспринимающих клеток и целого ряда других параметров может быть участником гуморального, нейронального или других потоков информации. Связь между потоками информации настолько тесная, что порой, даже трудно вычленить для изучения отдельный поток. Поэтому в настоящее время говорят о «сетевом» принципе действия потоков информации. Это новый взгляд на проблему функционирования потоков информации в клетке.
Рассмотрим каждый поток информации.
1.2.1. Гуморальный ( от латинского слова Humor – жидкость) поток информации.
Основной особенностью этого потока является то, что носитель информации ( химическое вещество – например, гормон или цитокин), секретируемый специальными клетками, попадает в кровь, разносится по всему организму и достигая клеток-мишеней воздействует на них. Начальный этап такого воздействия, как правило, связан с тем, что сигнал (например, гормон) вступает в химическую реакцию с рецептором на клетке-мишене. Такие рецепторы (см. раздел. 1.1.1. и 1.1.2. ) имеются в различных отделах клетки-мишени. Химическая реакция приводит к активации внутриклеточных потоки информации – СТС или ТТС, что, в свою очередь, активирует специфические ферменты и приводит к формированию определённого клеточного ответа.
Секретируемые клетки могут находиться в эндокринных железа (эти железы не имеют выводных протоков, в отличии от экзокринных желёз). К ним относятся – щитовидная и паращитовидная железа, некоторые клетки поджелудочной железы, надпочечников, почек, печени и т.д. Для того, чтобы эндокринный поток информации заработал, необходимо чтобы клетки эндокринных желёз активировались и начали секретировать гормон. Возбуждаются клетки только в результате воздействия на них необычных для организма концентраций метаболитов, например, высоких или низких концентраций глюкозы, кальция, кислорода и др. химических соединений, которые участвуют в обменных процессах. Фактически через эти метаболиты железистые клетки получают информацию о состоянии внутренней среды организма, так как высокие и низкие концентрации метаболитов (по сравнению с физиологическими) часто свидетельствуют о необходимости внести коррекцию в клеточный метаболизм. О состоянии внешней среды клетки желёз получают информацию от органов чувств (зрение, слух, боль и др.) и нервную систему. Как только клетки эндокринных желёз пришли в состояние возбуждения, начинается секреция гормона. Последний, попадает в кровеносное русло и доносится до клеток- мишеней. Взаимодействуя с рецептором клетки гормон инициирует СТС и ТТС в результате чего клетка формирует ответную реакцию, которая нормализует содержание метаболита (например, глюкозы). Приведём пример (см. рис. 10).
Человеку грозит опасность, его охватил страх. В такой ситуации сигнал из зрительных рецепторов поступает в различные отделы головного мозга, а оттуда достигает секреторных клеток надпочечников. С этого момента формируется гуморальный поток информации. Секреторные клетки надпочечников активируются и увеличивают секрецию адреналина в кровь . Попадая с кровью в печень гормон связывается с поверхностными рецепторами клеток, депонирующих гликоген. В дальнейшем события развиваются так , как показано на рис. 7: - в печёночных клетках активируются системы СТС и ТТС, на рибосомах усиливается синтез белка-фермента фосфорилазы, повышается интенсивность расщепления гликогена (находящегося в этих же клетках) до глюкозы. Последняя поступает в кровь, уровень её в крови повышается. В результате чего организм готов затратить дополнительную энергию, для нейтрализации опасности, например, обратиться в бегство.
Подводя итог, подчеркнём, что в изложенном потоке информации представлены два клеточных элемента – секреторная клетка надпочечников и клетка-мишень печени, сигнальное вещество – адреналин, системы внутриклеточного потока информации – СТС и ТТС, клеточный ответ – повышение глюкозы в крови.
Рис. 10. Эндокринный потоки информации регулирующий содержание глюкозы в крови.
Аналогичным образом передаётся информация и другими БАВ, например, цитокинами. Цитокины – это органические вещества – протеины, из класса сигнальных молекул, обладающие широким спектром действия. Они обеспечивают ответную реакцию на внедрение в организм чужеродных тел (например, болезнетворных микроорганизмов), формируя сеть коммуникационных сигналов между клетками иммунной системы и клетками других органов и тканей. Под их контролем находятся такие процессы как воспаление, иммунного ответа, репарация и репликация ДНК. В настоящее время известно более 20 цитокинов. Наиболее полно изучена роль цитокинов в функционировании иммунной системе. Цитокины имеют различное название, но чаще всего их называют интерлейкины (ИЛ-1, ИЛ-2 и т.д.). Секретируются они специальными клетками, разбросанными в соединительной ткани нашего организма (например, клетками крови, тканевыми макрофагами и др.). Как и гормоны, они способны передавать информацию через кровеносную систему. Приведём пример (рис. 11).
Кровеносные сосуды в организме человека чаще всего окружены соединительной тканью (на рисунке 11 она обозначена буквой «С»). В ткани имеются различные клетки. Одни из них попали в ткань из крови , и превратились в макрофаги. В этом статусе они играют важную роль в функционировании иммунной системы человека. Одна из них заключается в том, что внедрившиеся в организм болезнетворные (патогенные) микробы , выделяют токсины ( на рисунке 11 они обозначены как «С»), которые связываются с рецепторами на плазматической мембране макрофагов. В макрофаге активируются системы ТТС и СТС, в результате чего усиливаются внутриклеточные процессы синтеза интерлейкина – 1 (ИЛ-1). Он
Рис.11. Поток информации: Передача информации циотокином – интерлейкином-1 . БАВ – биологически активные вещества, А – мозг, Б – кровеносный сосуд, С – соединительная ткань.
секретируется макрофагом и проникает в кровеносное русло. С током крови цитокин попадает в головной мозг и передаёт информацию на клетки расположенные в центре терморегуляции (гипоталямус). Эти клетки выделяют специфические вещества, которые попадают в кровь и взаимодействуя с различными клетками нашего организма (например железами, гормоны которых участвуют в теплообмене) повышают температуру тела . При высокой температуре ферментные системы паразита практически не действуют, в тоже время ферментные системы защитных систем человека остаются активными. В вышеизложенной схеме можно выделить два гуморальных потока информации. Один начинается с секреции макрофагом ИЛ-1, проникновение его в кровь и передача информации на нейросекреторные клетки гипоталямуса. Второй – с нейросекреции нейронами гипоталямуса специальных БАВ, которые также попадают в кровь и активируют клетки щитовидной железы и надпочечников. Высвобождаемые при этом гормоны адреналин и тироксин и попадают в кровь и стимулируют процессы теплообразования.
Можно привести ещё один гуморальный поток информации связанный с цитокином ИЛ-1 (см. рис. 12). Этот поток также начинается с секреции макрофагом в кровь ИЛ-1. В крови цитокин воздействует на рецепторы лимфоцитов, что приводит к активации систем ТТС и СТС. Результатом является выход из лейкоцитов БАВ, которые через различные системы повышаю активность иммунной системы организма.
Рис. 12. Гуморальный поток информации с участием цитокина.
Если в итоге суммировать все гуморальные потоки информации, в которых переносчиком является интерлейкин, то складывается достаточно логическая цепочка ответа организма на патогенный (болезнетворный) микроорганизм. В целом выглядит она следующим образом. Проникая в соединительные ткани микроорганизм выделяет токсины, которые активируют системы ТТС и СТС макрофагов находящихся в этой же ткани. Макрофаги выделяют интерлейкин, который попав в кровь, воздействует на центр терморегуляции головного мозга, клетки центра выделяют нейрогормоны попадающие в кровь и активирующие клетки эндокринных желёз – щитовидной и надпочечников. Секретируемые гормоны так же переходят в кровь и доносятся до различных
клеток, повышая в них процессы распада органических веществ, что приводит к образованию тепла. В митохондриях эти гормоны нарушают процесс образования АТФ, что так же приводит к образованию тепла. И, наконец, воздействуя на лимфоциты крови
ИЛ-1 повышает активность иммунитета. Мы рассмотрели только небольшой сценарий в котором принимают участие потоки информации при бактериальном вторжении в организм, когда активируются два важных защитных процесса – теплообразование и иммунитет. На самом деле число переносчиков информации, число клеток-мишеней, число активируемых защитных клеточных ответов при бактериальных инфекциях значительно больше.
