Человеческий мозг. От аксона до нейрона. - Айзек Азимов

Позади щитовидной железы расположены четыре уплощенных участка розоватой или красноватой ткани размером около трети дюйма каждый. Два участка расположены справа от трахеи, два — слева. Эти участки расположены попарно у верхушки и у основания щитовидной железы. Эти мелкие образования называются паращитовидными железами, то есть железами, расположенными возле щитовидной железы.

Паращитовидные железы были впервые найдены у носорогов в середине XIX века, и в течение нескольких десятилетий не привлекали внимания ученых. Если врачи и анатомы и вспоминали о них, то считали их частью щитовидной железы. Однако все чаще повторялись случаи, когда во время частичного или полного хирургического удаления щитовидной железы случайно удаляли и эти участки ткани. Такая досадная неосторожность имела драматические последствия. Удаление щитовидной железы в ряде случаев приводило к развитию тяжелой микседемы, но больные, по крайней мере, оставались живы. Напротив, удаление паращитовидных желез приводило к скорой смерти, которая следовала за периодом мучительных мышечных судорог. Удаление паращитовидных желез у экспериментальных животных, которые более чувствительны к нему, чем люди, вызывало состояние судорожного сокращения мышц, или к тетании — от греческого слова «судорога». Это состояние напоминало заболевание, развивающееся при низком содержании в крови иона кальция. Некоторые атомы или группы атомов склонны терять один или несколько электронов, составляющих их электронную оболочку. Или, напротив, некоторые атомы или группы атомов склонны захватывать электроны и присоединять их к своей исходной электронной оболочке. Поскольку электроны несут отрицательный заряд, постольку атомы, которые их теряют, приобретают положительный заряд, а те, которые захватывают электроны, приобретают отрицательный заряд. Заряженные атомы можно заставить двигаться в электрическом поле, почему они и получили название «ионы», от греческого слова «ион», что значит «путник». Свойства ионов кардинально отличаются от свойств незаряженных атомов. Так, атомы кальция образуют активный металл, который в чистом виде может оказать вред-нос влияние на живые ткани, в то время как действие ионов намного мягче, и они являются необходимыми составными частями тканей. Ионы кальция не обладают металлическими свойствами, они относятся к классу веществ, которые называются солями. Разница в свойствах отражается и в химической символике. Атомы обыкновенного кальция обозначаются символом Са, а ионы кальция, несущие двойной отрицательный заряд, обозначаются символом Са++. При этом было обнаружено, что уровень ионов кальция действительно снижается крови у животных с удаленными наращитовидными железами. По мере развития тетании состояние животного ухудшалось, и вскоре наступала смерть либо от полного истощения, либо от спазма мышц гортани. Животное душило себя и погибало от асфиксии (удушья). К 20-м годам XX века хирурге стали очень аккуратно удалять щитовидную железу и старались при этом не задеть паращитовидные железы.

Как выяснилось, паратиреоидиый гормон играет в обмене кальция такую же роль, как глюкагон в обмене глюкозы. Глюкагон мобилизует запасы гликогена в печени, стимулирует его расщепление на молекулы глюкозы, которая поступает в кровь а паратиреоидиый гормон мобилизует запасы кальция в костях, стимулирует ионизацию кальция, который в таком виде поступает в кровеносное русло.

В крови содержится 9 — 11 миллиграмм-процентов ионов кальция. Ион кальция жизненно необходим для осуществления процессом свертывании крови и для нормального функционирования нервов и мышц. Для того чтобы нормально поддерживать эти функции, содержание ионов кальция должно изменяться в довольно узких пределах. Если концентрация ионов кальция оказывается либо слишком высокой, либо слишком низкой, то расстраивается весь ионный баланс организма, нервы и мышцы перестают работать, и организм умирает. Чтобы этого не случилось, необходима правильная работа паращитовидных желез. Таким образом, общее содержание ионов кальция в крови составляет около 250 мг, в то время как в костях скелета его содержание приближается к 3 кг. Это означает, что и костях кальция содержится приблизительно в 12 000 раз больше, чем в крови, то есть скелет является практически неисчерпаемым резервуаром запасного кальция. Значит, небольшого количества кальция, удаленного из костей, — столь малого, что это не скажется на прочности скелета, — хватит на то, чтобы надолго обеспечить достаточный уровень содержания ионов кальция в крови.

Под действием паратиреоидного гормона активируются клетки, ответственные за растворение костной ткани. Кость начинает рассасываться с несколько большей скоростью, и освобожденные ионы кальция начинают поступать в кровеносное русло. Как только это происходит, в кровь тотчас начинает поступать ион фосфата, который связан с ионом кальция в костях. Ни один из этих ионов не может быть высвобожден без другого. Фосфат не задерживается и крови, а выводится из организма с мочой. Возможно, что паратиреоидный гормон одновременно стимулирует выведение фосфатов с мочой.

Скорость секреции паратиреоидного гормона контролируется уровнем кальция в крови, так же как секреция инсулина находится йод контролем уровня глюкозы крови. Так, если в пищевом рационе содержится мало кальция и существует угроза снижения концентрации иона кальция в крови, то в игру вступает паратиреоидный гормон, который стимулирует рассасывание костной ткани. Если содержание кальция в пищевом рационе нормальное, то увеличение концентрации кальция в крови подавляет секрецию паратиреоидного гормона и рассасывание костей приостанавливается. В 1963 году в научной печати появилось сообщение о том, что паращитовидная железа продуцирует еще один гормон, кальцитонин, эффект которого противоположен действию паратиреоидного гормона, так же как эффект инсулина противоположен действию глюкагона. Кальцитонин снижает уровень иона кальция в крови. Кроме того, происходят другие процессы (в которых участвует витамин D, но это уже другая история), которые восстанавливают утраченную костную ткань. Весь избыток кальция при этим выводится с мочой.

В некоторых случаях паращитовидные железы продолжают активно функционировать, несмотря на высокий уровень иона кальция в крови. Это происходит, например, при опухолях паращитовидных желез, когда ее клетки бесконтрольно продуцируют гормон. Такое состояние называется гиперпаратирсозом. В этих случаях бесконтрольно происходит и разрушение костей, поскольку под действием гормона происходит постоянное поступление кальция в кровь из костных депо, и избыток кальция для выживания организма безвозвратно теряется, выводясь с мочой. Со временем кости размягчаются настолько, что начинают ломаться от незначительных нагрузок. Такие «беспричинные» переломы часто бывают первыми симптомами развившегося заболевания, на которые обращают внимание больные и врачи.

В 1960 году паратиреоидный гормон был выделен в чистом виде. Это небольшая белковая молекула весом около 9500, цепь которого состоим из 83 аминокислотных остатков. Молекулу можно расщепить па более мелкие фрагменты, и один из них, состоящий из 33 аминокислотных остатков полностью имитирует действие целого гормона. 3, чем же тогда нужны еще 50 аминокислот? Проще всего предположить, что остальные 50 аминокислотных остатков служат для повышения устойчивости всей молекулы. (По аналогии можно сказать что в ноже важно только лезвие, потому что оно режет, но для того, чтобы ножом можно было пользоваться, необходима и рукоятка.)

Точный порядок расположения аминокислотных остатков в молекуле паратиреоидного гормона пока не выяснен.

Теперь, разобравшись с механизмами действия гормонов, которые (как инсулин и глюкагон) поддерживают на стабильном уровне концентрации органических веществ (глюкозы) в крови, и гормонов, которые (как паратиреоидный гормон) поддерживают на стабильном уровне концентрации неорганических веществ (ионы кальция) в крови, нам стоит рассмотреть гормон, поддерживающий стабильный уровень концентрации в крови воды, в которой растворены органические и неорганические вещества. Вода поступает в организм и выводится из него различными путями. Мы принимаем воду внутрь, когда едим пищу и когда пьем жидкости (часто саму воду). Теряем же мы воду с потом, выдыхаем в виде водяного пара, выводим с фекалиями и мочой. В зависимости от условий потери воды могут становиться то больше, то меньше. Наибольшее количество воды при повышении температуры окружающей среды и при интенсивной физической нагрузке мы теряем с потом. Чтобы восполнить эти потери, мы выпиваем дополнительное количество воды.

Таков грубый контроль. Есть еще и топкий контроль, который позволяет организму постоянно контролировать в узких пределах небольшие колебания и изменения водных потерь. Не будь этого топкого механизма, мы были бы рабски привязаны к водопроводному крану. Тонкую регуляцию водных потерь осуществляют почки. Кровь, проходя через почки, фильтруется. Отходы и вредные вещества покидают кровеносное русло и переходят в почечные канальцы. «Переходят» — это весьма слабое выражение, отходы вымываются в канальцы таким количеством воды, какое мы не можем позволить себе потерять. Мы и не теряем ее. Когда фильтрат попадает в канальцы, большая часть воды всасывается обратно, говоря научным языком, реабсорбируется. В результате в мочевой пузырь вливается относительно немного воды. Если организму не хватает воды, то обратное ее всасывание достигает максимума, моча становится скудной, концентрированной и темной. (У некоторых животных, обитателей пустынь, механизм сохранения воды развит до такой степени, что они выделяют мочу в совершенно ничтожных количествах. Люди, к сожалению, лишены такого таланта.) Если же, напротив, мы выпиваем больше воды, чем требуется организму, то обратное всасывание воды в канальцах подавляется в необходимой степени, и моча становится разведенной, обильной и светлой.