- •Москва «КолосС» 2004
- •Глава 1 регуляция физиологических функций
- •1.1. Понятие о гомеостазе
- •1.2. Гуморальные и нервные механизмы регуляции функций
- •1.3. Единство нервной и гуморальной регуляции
- •1.4. Основные принципы регуляции физиологических функций
- •Глава 2 физиология возбудимых тканей
- •2.1. Физиология процессов возбуждения в нервной системе
- •2.1.1. Структурные особенности нервных клеток и волокон
- •2.1.2. Электрические явления в возбудимых тканях
- •3 А Рис. 2.3. Опыты Гальвани (а) и Маттеучи (б), доказывающие наличие электрических потенциалов в нервно-мышечном препарате:
- •2.1.2.1. Ультраструктурная организация клеточной мембраны
- •2 Рис. 2.4. Схема регистрации мембранного потенциала (а) и фрагмент клеточной мембраны (б) нервной клетки:
- •2.1.2.2. Потенциал покоя
- •2.1.2.3. Роль активного транспорта ионов в формировании мембранного потенциала
- •2.1.2.4. Механизмы генерации потенциала действия
- •Р ис. 2.10. Ионный ток через нервную мембрану при различных фиксированных значениях мембранного потенциала
- •2.1.2.5. Ионные каналы
- •2.1.2.6. Свойства потенциала действия
- •2.1.2.7. Распространение возбуждения
- •2.1.2.8. Передача нервного возбуждения между клетками. Представление о синапсах
- •2.2. Физиологические свойства мыщц
- •2.2.1 .Структурные основы сокращения мышц. Поперечнополосатые мышцы
- •2.2.2. Теория скольжения нитей
- •2.2.3. Электромеханическое скольжение
- •2.2.4. Механика мышцы
- •2.2.5. Метаболические группы поперечнополосатых мышц. Гладкие мышцы
- •Глава 3 физиология системы крови
- •3.1. Значение и функции крови
- •3.2. Количество крови в организме
- •3.3. Состав крови
- •3.4. Физико-химические свойства крови
- •3.5. Гемостаз и свертывание крови
- •3.1. Плазменные факторы свертывания крови
- •3.6. Форменные элементы крови
- •3.7. Регуляция кроветворения
- •3.8. Группы крови
- •3.2. Распределение агглютиногенов и агглютининов в крови системы аво
- •Глава 4 физиология иммунной системы
- •4.1. Структура иммунной системы
- •4.1.1. Центральные органы иммунной системы
- •4.1.2. Периферические органы иммунной системы
- •4.1.3. Клетки иммунной системы
- •4.2. Индукция и регуляция иммунного ответа
- •4.2.1. Антигены
- •4.2.2. Активация лимфоцитов
- •4.2.3. Иммунный ответ гуморального типа
- •4.2.4. Антитела
- •4.2.5. Иммунный ответ клеточного типа
- •4.3. Факторы естественной резистентности
- •4.3.1. Естественные барьеры
- •4.3.2. Система фагоцитов
- •III стадия n стадия
- •4.3.3. Система комплемента, пропердин
- •4.3.4. Лизоцим
- •4.3.5. Интерфероны
- •4.3.6. Взаимодействие антиген—антитело
- •Глава 5 физиология пищеварения
- •5.1. Сущность процесса пищеварения
- •5.2. Физиологические основы голода и насыщения
- •5.3. Методы исследования деятельности пищеварительного тракта
- •5.4. Пищеварение в ротовой полости
- •5.5. Пищеварение в желудке
- •5.1. Функциональное значение секреторных клеток желудка
- •Желудочка по Гейденгайну (а) и и. П. Павлову (б):
- •5.6. Особенности желудочного пищеварения у некоторых видов животных
- •5.7. Пищеварение в тонком кишечнике
- •5.8. Пищеварение в толстом кишечнике
- •5.9. Всасывание
- •Ние. 5.15. Схематическое изображение функционирования сократительной системы апикальной части эпителиальных клеток тонкой кишки
- •5.2. Гормоны желудочно-кишечного тракта
- •5.11. Пищеварение у птиц
- •Глава 6 физиология кровообращения
- •6.1. Физиология сердца
- •6.2. Свойства сердечной мышцы
- •6.3. Сердечный цикл и клапанный аппарат сердца
- •6.1. Частота сокращений сердца в 1 мин
- •6.4. Физические явления, связанные с работой сердца
- •6.2. Систолический и минутный объемы крови у животных
- •6.5. Регуляция работы сердца
- •6.6. Движение крови по кровеносным сосудам
- •6.3. Величина артериального давления у животных, мм рт. Ст.
- •6.7. Регуляция движения крови по сосудам
- •6.8. Особенности кровообращения при различных состояниях организма
- •Глава 7 физиология дыхания
- •7.1. Внешнее дыхание
- •7.3. Изменение давления в грудной полости при дыхании:
- •7.1. Частота дыхательных движений в 1 мин
- •7.2. Газообмен в легких
- •7.3. Транспорт газов кровью, газообмен в тканях
- •7.4. Регуляция дыхания
- •Сосудистых
- •7.5. Особенности дыхания у птиц
- •Глава 8 физиология выделительных процессов
- •8.1. Выделительная функция почек
- •8.2. Структурная организация почек
- •8.3. Мочеобразование
- •8.1. Концентрирующая способность почки
- •8.4. Гомеостатическая функция почек
- •8.2. Факторы, влияющие на клубочковую фильтрацию
- •8.3. Факторы, регулирующие канальцевую реабсорбцию
- •8.5. Регуляция процессов образования мочи
- •8.6. Состав и свойства конечной мочи
- •8.4. Объем мочи, выделяемой за сутки
- •8.7. Механизмы выведения мочи
- •8.8. Выделительная функция кожи
- •Глава 9 физиология размножения
- •9.1. Половое созревание и половая зрелость
- •9.1. Половая и физиологическая зрелость самки
- •9.2. Физиология репродуктивной системы самцов
- •9.2. Средние количественные показатели спермы
- •9.3. Физиология репродуктивной системы самок
- •9.3. Особенности половых циклов
- •9.4. Оплодотворение
- •9.5. Беременность
- •9.6. Различные типы плацент у млекопитающих:
- •9.6. Роды
- •9.4. Продолжительность родов
- •9.7. Послеродовой период
- •9.8. Трансплантация зародышей у животных
- •9.9. Особенности размножения птиц
- •Глава 10 физиология лактации
- •10.1. Развитие молочной железы
- •10.1. Химический состав секретов молочной железы, %
- •10.2. Тип плацентации и пассивная передача иммунитета (X -о — отсутствие передачи)
- •10.4. Пассивный перенос материнских антител
- •10.3. Передача пассивного иммунитета
- •10.2. Биосинтез основных компонентов молока
- •10.3. Физико-химические показатели молока
- •10.4. Структурная организация секреторного процесса
- •10.5. Регуляция секреции молока
- •10.6. Выведение молока
- •10.7. Физиологические основы машинного доения
- •Глава 11 физиология обмена веществ и энергии
- •11.1. Терморегуляция
- •11.1. Ректальная температура у различных видов животных
- •11.2. Белковый (азотистый) обмен
- •11.2.1. Основные этапы белкового обмена
- •11.2.2. Регуляция белкового обмена
- •11.3. Углеводный обмен
- •11.3.1. Основные этапы углеводного обмена
- •11.3.2. Регуляция углеводного обмена
- •11.4. Липидный обмен
- •11.4.1. Основные этапы липидного обмена
- •11.4.2. Регуляция липидного обмена
- •11.5. Обмен воды
- •11.2. Концентрация электролитов в жидкостях организма, мэкв/л
- •11.6. Минеральный обмен
- •11.6.1. Физиологическая роль макроэлементов
- •11.6.2. Физиологическая роль микроэлементов
- •11.6.3. Регуляция минерального обмена
- •11.7. Витамины
- •11.7.1. Жирорастворимые витамины
- •11.7.2. Водорастворимые витамины
- •12.1. Механизмы взаимодействия гормона с клетками
- •12.2. Общие механизмы регуляции внутренней секреции
- •12.1. Нейрогормоны гипоталамо-гипофизарной системы
- •12.3. Гипофиз
- •12.4. Щитовидная железа
- •12.5. Надпочечники
- •12.6. Поджелудочная железа. Внутренняя секреция
- •12.7. Эндокринная функция половых желез
- •12.8. Тимус
- •12.9. Эпифиз
- •12.10. Тканевые гормоны
- •12.11. Гормоны и продуктивность животных
- •Глава 13
- •13.1. Нейроны и синапсы
- •13.2. Рефлекторная деятельность
- •13.3. Свойства нервных центров
- •13.4. Координация рефлекторных процессов
- •13.5. Частная физиология
- •13.5.1. Спинной мозг
- •Ного мозга по Рекседу. Цифрами обозначены слои нерв пых клеток
- •13.5.2. Продолговатый мозг и варолиев мост
- •13.5.3. Средний мозг
- •13.5.4. Ретикулярная формация
- •13.5.5. Мозжечок
- •13.5.6. Промежуточный мозг
- •13.5.7. Подкорковые ядра
- •13.6. Физиология вегетативной нервной системы
- •13.1. Строение и функции симпатической и парасимпатической нервных систем
- •Глава 14
- •14.1. Понятие о нервизме
- •14.2. Методы исследования функций коры больших полушарий
- •14.3. Характеристика условных рефлексов и механизм их образования
- •Слуховая
- •14.4. Торможение условных рефлексов
- •14.5. Взаимоотношения возбуждения и торможения в коре больших полушарий
- •14.6. Типы высшей нервной деятельности
- •14.7. Сон и гипноз
- •14.8. Две сигнальные системы действительности
- •14.9. Теория функциональных систем
- •Глава 15 физиология анализаторов
- •15.1. Рецепторные клетки — начальное звено анализатора
- •15.2. Двигательный анализатор
- •15.2.1. Мышечное веретено
- •15.2.2. Сухожильный рецептор гольджи
- •15.2.3. Рефлекс на растяжение мышцы
- •15.3. Кожный анализатор
- •15.3.1. Механорецепторы кожи
- •15.3.2. Терморецепторы кожи
- •15.3.3. Болевые рецепторы кожи
- •15.4. Обонятельный анализатор
- •Рецептора:
- •15.5. Вкусовой анализатор
- •15.6. Слуховой анализатор
- •Активности:
- •15.7. Анализатор положения тела в пространстве
- •15.8. Зрительный анализатор
- •15.8.1. Структура и функция сетчатки
- •15.8.2. Цветовое зрение
- •15.8.3. Переработка зрительных сигналов в сетчатке
- •15.8.4. Защитный аппарат глаза
- •15.9. Анализаторы внутренней среды opi лии 1мл
- •15.9.1. Висцеральные механорецепторы
- •15.9.2. Висцеральные терморецепторы
- •15.9.3. Висцеральные хеморецепторы
- •15.9.4. Болевые висцеральные рецепторы
- •Глава 16 этология
- •16.1. Формы поведения
- •16.2. Поведенческие реакции
- •16.3. Факторы, влияющие на поведение
- •Оглавление
- •Глава 1. Регуляция физиологических функций (т. А. Эйсымонт) 17
- •Глава 2. Физиология возбудимых тканей (к п. Алексеев) 27
- •Глава 7. Физиология дыхания (т. А. Эйсымонт) 291
- •Глава 9. Физиология размножения (и. О. Боголюбова) 351
- •Глава 10. Физиология лактации (в. Г. Скопичев) 392
- •Глава 12. Физиология эндокринной системы (в. Г. Скопичев) 483
- •Глава 13. Физиология центральной нервной системы (а. И. Енукашвили) 544
- •Глава 15. Физиология анализаторов (н.П.Алексеев) 628
- •Глава 16. Этология (т.А. Эйсымонт).., 697
- •214000, Г. Смоленск, проспект им. Ю. Гагарина, 2.
4.2.2. Активация лимфоцитов
Уникальным свойством антигена, проникшего в организм, является его способность специфически связываться с лимфоцитами и активировать их.
Согласно клонально-селекционной теории, выдвинутой в 1959 г. Бернетом, при нормальном развитии в организме возникает набор из тысяч очень небольших по объему субпопуляций лимфоцитов, имеющих на наружной мембране рецепторы лишь к одной какой-то детерминанте. Иммунный ответ оказывается специфическим в силу того, что проникший в организм антиген избирательно связывается только с теми клетками, на поверхности которых имеются соответствующие рецепторы. С остальными клетками этот антиген не взаимодействует.
Связывание антигена индуцирует активацию лимфоцита, то есть запускает ряд процессов, приводящих к клеточному делению и дифференцировке. В процессе дифференцировки лимфоцитов происходит развитие таких эффекторных функций,
148
как антителообразование у В-клеток и появление цитотокси-ческой активности у части Т-клеток.
Под активацией лимфоцитов понимается достаточно сложный процесс перехода клетки из фазы G0 в фазу G1, вызванный взаимодействием со стимулирующим агентом (например, антигеном или митогеном). Термин «покоящийся лимфоцит» относится к лимфоцитам, которые находятся в фазе G0 (в этой фазе клеточного цикла клетки не делятся), характеризующейся низким уровнем метаболической активности, т. е. низкой скоростью синтеза белков и РНК при отсутствии синтеза ДНК. Реагирующие с антигеном клетки согласно клонально-селекционной теории Бернета обычно находятся в покоящемся состоянии до получения стимулирующего сигнала.
При взаимодействии с антигеном в ранее «покоившихся лимфоцитах» наряду с метаболическими изменениями, характерными для делящихся клеток, происходят процессы созревания, различные в разных субпопуляциях лимфоцитов. В итоге каждая субпопуляция приобретает набор присущих только ей поверхностных антигенов и специфических функций.
Последовательность процессов активации лимфоцитов в общем виде может быть представлена следующим образом. Рецепторы на поверхности лимфоцита связывают стимулирующий лиганд (например, антиген) и сшиваются друг с другом, образуя небольшие локальные кластеры сшитых рецепторов, которые становятся наиболее эффективными в передаче активирующего сигнала.
Локальные кластеры повышают проницаемость мембраны лимфоцита для одновалентных катионов, поступающих внутрь клетки, что приводит к деполяризации мембраны и локальному увеличению концентрации Na+-, K+-АТФазы. Вследствие сшивки рецепторов лимфоцита активируется мембранная метилтрансфе-раза, которая катализирует образование достаточного количества монометилфосфатидилэтаноламина, повышающего текучесть мембраны и вызывающего ее локальную перестройку. В результате этого открываются каналы, через которые ионы Са2+ проникают (диффундируют) в лимфоцит. Вследствие такого локального увеличения концентрации Са2+ с внутренней стороны мембраны активируется фосфолипаза А2, катализирующая образование лизо-лецитина и арахидоновой кислоты из фосфатидилхолина. Эти реакции происходят в течение первых 30 мин после контакта лимфоцита с антигеном.
Одновременно ионы Са2+ активируют и другой цитоплазматичес-кий фермент, расщепляющий фосфатидилинозитол (по крайней мере в Т-клетках). Высвобождающаяся арахидоновая кислота при участии липоксигеназы и циклоксигеназы расщепляется с образованием лейкотриенов и простагландинов (одни продукты каскада арахидоновой кислоты регулируют синтез РНК и ДНК, другие — влияют на поглощение ионов Са2+ или активность аденилатциклазы).
149
Лизолецитин с помощью ионов Са2+ активирует гуанилат-циклазу, а активность аденилатциклазы уменьшается вследствие ее соседства с Ш+-К+-АТФазой, конкурирующей с ней за АТФ. Все это приводит к временному увеличению концентрации цГМФ, активирующего протеинкиназы, трансферазы жирных кислот и ферменты, увеличивающие синтез мембранных фосфолипидов. Из других протеинкиназ важное значение имеет активация проте-инкиназ, способствующих биосинтезу матричной РНК, полиаминов и переносу метальных групп.
Поскольку транспорт глюкозы в клетку является Са-зависи-мым процессом, то поток ионов Са2+ играет важную роль в увеличении скорости ее транспорта, т. е. поставки исходного материала для обеспечения множества энергозависимых синтетических процессов. Повышенный транспорт аминокислот и нуклеотидов в клетку вызывает повышенное образование липо-сом, увеличение синтеза рибосомной и матричной РНК и синтеза белка в целом.
Поток ионов Са2+ активирует сериновую эстеразу, вызывающую повышение клеточной подвижности благодаря изменениям в системе циклических нуклеотидов. Кроме того, сериновая эстера-за опосредованно активирует ядерную аденилатциклазу. Увеличение в ядре концентрации цАМФ вызывает активацию киназ, специфически фосфорилирующих кислые негистоновые белки, регулирующие транскрипцию и синтез ДНК. Это приводит к синтезу РНК и ДНК, начинающегося на 3-й сутки и достигающего максимума на 4...6-е сутки.
Среди факторов, влияющих на активацию лимфоцитов, следует отметить следующие:
антигены, к которым имеются специфические рецепторы на лимфоцитах; популяцию таких лимфоцитов называют антиген-связывающими клетками;
антитела к иммуноглобулинам; сшивка поверхностных иммуноглобулинов В-клеток с бивалентными антителами к этим иммуноглобулинам;
интерлейкины IL-1, IL-2;
инсулин; он опосредованно, через активацию аденилатциклазы, активирует лимфоциты.
Ингибирующее влияние на лимфоциты оказывают следующие факторы:
липиды; наибольшей ингибирующей способностью из липо-протеидов обладают липопротеиды очень низкой плотности (ЛОНП), обусловливающие разобщение между потоком ионов Са2+ в клетку и концентрацией образующихся при этом циклических нуклеотидов;
фрагменты компонентов системы комплемента СЗе, СЗс и C3d; они ингибируют пролиферацию Т-клеток и синтез антител в ответ на стимуляцию с помощью антигена.
Несмотря на то что механизмы активации лимфоцитов различных популяций характеризуются определенной общностью, следует отметить и те особенности, которые наблюдаются при активации Т- и В-лимфоцитов, имеющих различные поверхностные маркеры, с помощью которых эти клетки взаимодействуют с внешними факторами.
Активация В-лимфоцитов. В-лимфоциты реагируют на три различных типа антигенов:
Тимуснезависимый антиген типа 1 (например, бактериальный липополисахарид).
Тимуснезависимый антиген типа 2 (например, некоторые линейные антигены, имеющие часто повторяющуюся, определенным образом организованную детерминанту, — полимеры D-аминокислот, поливонил-пирролидон, полисахарид пневмококков).
Эти антигены, длительно персистируя на поверхности специализированных макрофагов краевого лимфатического узла и селезенки, специфически связываются с иммуноглобулиновыми рецепторами В-клеток. Таким образом, оба тимуснезависимых антигена способны непосредственно, т. е. без участия Т-клеток, стимулировать В-лимфоциты и вызывать преимущественно синтез IgM. Индуцируемый ими иммунный ответ практически не сопровождается формированием клеток памяти.
3. Тимусзависимый антиген. Многие антигены относятся к группе тимусзависимых. В отсутствие Т-лимфоцитов эти антигены лишены иммуногенности — связавшись с В-клеточ- ным рецептором, они, подобно гаптенам, не способны активиро вать В-клетку. Одна антигенная детерминанта тимусзависимого антигена связывается с В-клеткой, а остальные — с Т-хелпером, активируя его. Т-хелперы должны распознавать детерминанты но сителя на поверхности реагирующей В-клетки.
Антиген, связавшийся с поверхностными /gA-клетками, попадает в эндосомы вместе с молекулами МНС класса II, а затем возвращается на поверхность А-клетки в процессированной форме. Он ассоциирован с молекулами МНС класса II и доступен для распознавания специфическими Т-хелперами. Носитель процессируется в В-клетках, запрограммированных на синтез антител к гаптену. После стимуляции Т-хелперами, распознающими процессированный носитель, В-клеткам удается выполнить свою программу, т. е. начать производить антитела, реагирующие с гаптеном.
Механизм активации клеток. Связывание поверхностных рецепторов (IgM) В-клеток с антигеном или антителами к этим рецепторам вызывает совокупность последовательных реакций, аналогичных реакциям при активации Т-клеток (поступление в В-лим-фоцит ионов Са2+ и активация протеинкиназ) — это один механизм. Другой, имеющий важное значение для Т-зависимых ан-
150
151
тигенов, — это увеличение экспрессии поверхностных молекул МНС класса II уже на самых ранних этапах активации В-клеток. С молекулами МНС класса II и процессированным антигеном связывается Т-хелпер, который продуцирует факторы (например, BSF-1 — от англ. B-cell stimulatory factor), обусловливающие переход В-клеток в фазу G-1 клеточного цикла. Как и активированная Т-клетка, стимулированный В-лимфоцит приобретает многочисленные поверхностные рецепторы для ростовых факторов, выделяемых Т-хел-перами, в этом состоянии он готов к пролиферации — основному процессу в следующей фазе иммунного ответа.
Первыми начинают делиться Т-хелперы, на поверхности которых экспрессируются высокоаффинные рецепторы к IL-2. Эти клетки пролиферируют в ответ либо на собственный IL-2, либо на IL-2, продуцируемый субпопуляцией Т-хелперов. Пролиферацию В-клеточного клона обеспечивают Т-клеточные растворимые факторы, в частности BSF-1 (фактор роста В-клеток, именуемый чаще интерлейкином-4), выделяемые активированными Т-клетками. Под влиянием других факторов (например, BCDF — от англ. B-cell differentiation factor) происходит созревание клона В-лимфобластов и ускорение их преобразования в плазматические клетки с высоким уровнем секреции IgM. Другой дифферен-цировочный фактор BCDF (также синтезируется активированными Т-хелперами) переключает синтез с IgM на IgG и индуцирует те изменения, которые необходимы для обеспечения высокой скорости синтеза антител.
Активация Т-лимфоцитов. Для активации необходимо два сигнала. Роль первого сигнала может выполнять антиген (или мито-ген), связанный с молекулой МНС класса II на поверхности анти-генпрезентирующей клетки. Тройное взаимодействие между антигеном, гликопротеином МНС и рецептором Т-лимфоцита генерирует сигнал, передаваемый через комплекс рецептора с молекулой CD-3 (это мембраносвязанный белковый комплекс, представляющий собой антигенспецифический Т-клеточный рецептор периферических Т-лимфоцитов), и одновременно обеспечивает воздействие на клетку высокой локальной концентрации IL-1 (второй сигнал), продуцируемого антигенпрезентирую-щей клеткой.
Активированные Т-клетки секретируют:
IL-2, стимулирующий деление клеток, имеющих рецептор к IL-2;
лимфокин BSF-1, активирующий В-клетки;
лимфокин BSF -2, стимулирующий клональную экспансию активированных В-лимфоцитов;
лимфокин BCDF -фактор дифференцировки В-клеток, способствующий созреванию клеток с высокой скоростью секреции IgM;
лимфокин BCDF-фактор, вызывающий переключение с синтеза IgM на IgG и высокую скорость секреции последнего.
152