Авторегуляция
Авторегуляция — это процесс во многих биологических системах, возникающий в результате внутреннего адаптивного механизма, который корректирует (или смягчает) реакцию этой системы на стимулы. Хотя большинство систем организма демонстрируют некоторую степень ауторегуляции, наиболее четко она наблюдается в почках , сердце и мозге . [ 1 ] Перфузия этих органов необходима для жизни, и посредством ауторегуляции организм может направлять кровь (и, следовательно, кислород ) туда, где она больше всего необходима.
Церебральная ауторегуляция
[ редактировать ]В большей степени, чем большинство других органов, мозг очень чувствителен к увеличению или уменьшению кровотока, и в поддержании соответствующего мозгового кровяного давления задействовано несколько механизмов (метаболических, миогенных и нейрогенных). Ауторегуляция мозгового кровотока нарушается при некоторых болезненных состояниях, таких как черепно-мозговая травма , [ 2 ] гладить , [ 3 ] опухоли головного мозга или стойкие аномально высокие уровни CO 2 . [ 4 ] [ 5 ]
Гомеометрика и гетерометрическая ауторегуляция сердца.
[ редактировать ]Гомеометрическая ауторегуляция в контексте системы кровообращения — это способность сердца увеличивать сократимость и восстанавливать ударный объем при увеличении постнагрузки . [ 6 ] Гомеометрическая ауторегуляция происходит независимо от длины волокон кардиомиоцитов посредством эффектов Боудича и/или Анрепа. [ 7 ]
- Благодаря эффекту Боудича положительная инотропия возникает вторично по отношению к увеличению частоты сердечных сокращений. Точный механизм этого остается неизвестным, но, по-видимому, это результат повышенного воздействия на сердце сократительных веществ, возникающего в результате увеличения кровотока, вызванного увеличением частоты сердечных сокращений. [ 7 ]
- Благодаря эффекту Анрепа положительная инотропия возникает вследствие повышения желудочкового давления. [ 7 ]
В этом состоит отличие гетерометрической регуляции , регулируемой законом Франка-Старлинга, которая возникает в результате более благоприятного расположения актиновых и миозиновых филаментов в кардиомиоцитах в результате изменения длины волокон . [ 8 ]
Ауторегуляция коронарного кровообращения
[ редактировать ]Поскольку сердце является очень аэробным органом, которому необходим кислород для эффективного производства АТФ и креатинфосфата из жирных кислот (и, в меньшей степени, глюкозы и очень небольшого количества лактата), коронарное кровообращение регулируется автоматически, поэтому сердце получает необходимое количество кислорода. приток крови и, следовательно, достаточное снабжение кислородом. Если достигается достаточный поток кислорода и сопротивление коронарного кровообращения возрастает (возможно, из-за вазоконстрикции), то коронарное перфузионное давление (КПД) увеличивается пропорционально, чтобы поддерживать тот же поток. Таким образом, одинаковый поток через коронарное кровообращение поддерживается в диапазоне давлений. Эта часть регуляции коронарного кровообращения известна как ауторегуляция и происходит на плато, отражая постоянный кровоток при различных значениях ЦПД и сопротивления. Наклон графика зависимости CBF (коронарного кровотока) от CPP дает 1/Сопротивление. Ауторегуляция поддерживает нормальный кровоток в диапазоне давления 70–110 мм рт. ст. Кровоток не зависит от АД. Однако ауторегуляция кровотока в сердце развита не так хорошо, как в мозге.
Почечная ауторегуляция
[ редактировать ]Регуляция почечного кровотока важна для поддержания стабильной скорости клубочковой фильтрации (СКФ), несмотря на изменения системного артериального давления (в пределах примерно 80-180 мм рт. ст.). В рамках механизма, называемого тубулогломерулярной обратной связью , почки изменяют собственный кровоток в ответ на изменения концентрации натрия. Уровни хлорида натрия в фильтрате мочи определяются клетками плотного пятна на конце восходящей конечности . Когда уровень натрия умеренно повышен, плотное пятно высвобождает АТФ. [ 9 ] и уменьшает простагландина E2 высвобождение [ 10 ] близлежащим юкстагломерулярным клеткам . Юкстагломерулярные клетки афферентной артериолы сужаются, а юкстагломерулярные клетки как афферентной, так и выносящей артериолы снижают секрецию ренина. Эти действия направлены на снижение СКФ. Дальнейшее увеличение концентрации натрия приводит к высвобождению оксида азота – сосудорасширяющего вещества, предотвращающего чрезмерную вазоконстрикцию. [ 10 ] В противоположном случае юкстагломерулярные клетки стимулируются к высвобождению большего количества ренина, что стимулирует ренин-ангиотензиновую систему , производящую ангиотензин I, который преобразуется ангиотензинпревращающим ферментом (АПФ) в ангиотензин II . Затем ангиотензин II вызывает преимущественное сужение выносящей артериолы клубочка и увеличивает СКФ.
Ауторегуляция генов
[ редактировать ]
Это так называемая «стационарная система». Примером может служить система, в которой белок P, являющийся продуктом гена G, «положительно регулирует собственную продукцию путем связывания с регуляторным элементом кодирующего его гена». [ 11 ] и белок используется или теряется со скоростью, которая увеличивается по мере увеличения его концентрации. Эта петля обратной связи создает два возможных состояния: «включено» и «выключено». Если внешний фактор заставляет концентрацию P увеличиваться до некоторого порогового уровня, производство белка P «включено», т. е. P будет поддерживать свою собственную концентрацию на определенном уровне до тех пор, пока какой-либо другой стимул не снизит ее ниже порогового уровня. когда концентрация P будет недостаточной для экспрессии гена G со скоростью, позволяющей преодолеть потерю или использование белка P. Это состояние («включено» или «выключено») передается по наследству после деления клетки, поскольку концентрация белка а после митоза обычно остается неизменной. Однако состояние может быть легко разрушено внешними факторами. [ 11 ]
Аналогичным образом, это явление не ограничивается только генами, но может также применяться к другим генетическим единицам, включая транскрипты мРНК. Регуляторные сегменты мРНК, называемые рибопереключателями, могут автоматически регулировать ее транскрипцию путем секвестрации цис-регуляторных элементов (особенно последовательности Шайна-Дальгарно ), расположенных в том же транскрипте, что и рибопереключатель. Стебель-петля Рибопереключателя имеет область, комплементарную области Шайна-Дальгарно, но изолирована комплементарной парой оснований в петле. При достаточном количестве лиганда лиганд может связываться со стебельковой петлей и разрушать межмолекулярные связи, что приводит к связыванию комплементарного сегмента стебельной петли Шайна-Далгарно с комплементарным сегментом рибопереключателя, предотвращая связывание рибосомы и ингибируя трансляцию. [ 12 ]
См. также
[ редактировать ]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ «Физиология сердечно-сосудистой системы | Ауторегуляция органного кровотока» . www.cvфизиология.com . Проверено 12 июля 2020 г.
- ^ Фигаджи, Энтони А.; Юджин Зване; А. Грэм Фигген; Эндрю С. Арджент; Питер Д. Ле Ру; Питер Сиешо; Джонатан С. Питер (2009). «Ауторегуляция давления, внутричерепное давление и оксигенация тканей головного мозга у детей с тяжелой черепно-мозговой травмой». Журнал нейрохирургии. Педиатрия . 4 (5): 420–428. дои : 10.3171/2009.6.PEDS096 . ISSN 1933-0715 . ПМИД 19877773 .
- ^ Будохоски К.П.; Чосника М.; Киркпатрик П.Дж.; Смелевский П.; Пикард Дж.Д. (2013). «Клиническая значимость церебральной ауторегуляции после субарахноидального кровоизлияния». Нат. Преподобный Нейрол . 9 (3): 152–63. дои : 10.1038/nrneurol.2013.11 . ПМИД 23419369 . S2CID 23424407 .
- ^ Полсон, О.Б.; С. Страндгаард; Л. Эдвинссон (1990). «Церебральная ауторегуляция». Обзоры цереброваскулярного и мозгового метаболизма . 2 (2): 161–192. ISSN 1040-8827 . ПМИД 2201348 .
- ^ Панерай, РБ; С. Т. Деверсон; П. Махони; П. Хейс; Д. Х. Эванс (1999). «Влияние CO 2 на измерение динамической ауторегуляции головного мозга». Физиологическое измерение . 20 (3): 265–75. дои : 10.1088/0967-3334/20/3/304 . ISSN 0967-3334 . ПМИД 10475580 .
- ^ Сарнофф С.Дж., Митчелл Дж.Х., Гилмор Дж.П., Ременснидер Дж.П. (1960). «Гомеометрическая ауторегуляция в сердце» (PDF) . Исследование кровообращения . 8 (5): 1077–1091. дои : 10.1161/01.res.8.5.1077 . ПМИД 13746560 . S2CID 14858415 .
- ^ Перейти обратно: а б с Монро, Р.Г.; Гэмбл, штат Вашингтон; Лафарж, CG; Ватнер, С.Ф. (1 января 1974 г.). Портер, Рут; Фицсаймонс, Дэвид В. (ред.). Симпозиум 24 Фонда Ciba - Физиологические основы закона сердца Старлинга . John Wiley & Sons, Ltd., стр. 257–290. дои : 10.1002/9780470720066.ch14 . ISBN 9780470720066 .
- ^ Холл, Джон Э. (2016). Учебник медицинской физиологии Гайтона и Холла . Филадельфия: Эльзевир. п. 119. ИСБН 9781455770052 .
- ^ Белл, П. Дарвин; Питер Комлоси; Чжи-Рэнь Чжан (2009). «АТФ как медиатор передачи сигналов клетками плотного пятна» . Пуринергическая сигнализация . 5 (4): 461–471. дои : 10.1007/s11302-009-9148-0 . ISSN 1573-9538 . ПМЦ 2776136 . ПМИД 19330465 .
- ^ Перейти обратно: а б Комлоси, П.; А. Финта; П.Д. Белл (2004). «Современные механизмы передачи сигналов клетками плотного пятна». Acta Physiologica Scandinavica . 181 (4): 463–469. дои : 10.1111/j.1365-201X.2004.01319.x . ISSN 0001-6772 . ПМИД 15283759 .
- ^ Перейти обратно: а б Яблонка Э.; Лахманн М.; Лэмб М.Дж. (1992). «Доказательства, механизмы и модели наследования приобретенных признаков». Журнал теоретической биологии . 158 (2): 245–268. Бибкод : 1992JThBi.158..245J . дои : 10.1016/s0022-5193(05)80722-2 .
- ^ Лин, Чен-Чин; Тирумалай, Д. (25 октября 2012 г.). «Регуляция генов с помощью рибопереключателей с петлей отрицательной обратной связи и без нее» . Биофизический журнал . 103 (11): 2320–30. arXiv : 1210.6998 . Бибкод : 2012BpJ...103.2320L . дои : 10.1016/j.bpj.2012.10.026 . ПМЦ 3514527 . ПМИД 23283231 .