Хормони и терморегулация
Въз основа на понякога противоречиви експериментални данни се смята, че разединяването на окисляването и фосфорилирането в някои тъкани може да играе определена роля в стимулирането на термогенезата при условия на студена адаптация. По този начин е доказано, че по време на студената адаптация на топлокръвни животни в различни тъкани и техните изолирани митохондрии поглъщането на кислород естествено се увеличава.
Въпреки това, в черния дроб студената стимулация на дишането изглежда не е придружена от разединяване: съотношението на фосфорилиране P : O в митохондриите (концентрацията на естерифициран неорганичен фосфор на мол абсорбиран кислород) остава приблизително 2-3. В същото време в скелетната мускулатура скоро след началото на престоя на животните на студено настъпва значително намаляване на коефициента Р : О, съпроводено с усилване на дишането и топлоотделянето (Скулачев, 1964, 1969).
Разединяването на дишането и фосфорилирането в мускулите е още по-изразено при многократно излагане на студ. Показано е, че степента на дисоциация корелира добре с устойчивостта на животните към първично и повторно охлаждане. Колкото по-висок е процесът на дисоциация, толкова по-добре и по-дълго животното поддържа постоянна телесна температура.
Студеното обучение едновременно намалява свързването, увеличава производството на топлина и повишава устойчивостта на животните към продължително охлаждане. Оказа се също, че синтетични разединители като динитрофенол (ДНФ) в определени концентрации имат благоприятен ефект върху студовата адаптация на животните (Скулачев, 1969). За разлика от охлаждането, излагането на високи температури подобрява конюгацията и намалява производството на топлина в мускулите и другите тъкани (Kassuto, 1968).
Особено значение в процеситетермогенеза, свързана с кафява мазнина. Кафявата мастна тъкан е открита при редица видове бозайници и по-специално при зимуващи животни (язовци, земни катерици, прилепи). Локализира се в областта на дорзалната повърхност на гръдния кош и около висцералните органи. Тази тъкан се класифицира като мастна тъкан само поради високото съдържание на неутрални липиди в нея. Въпреки това, в структурно и функционално отношение, тя се различава значително от обикновената бяла мастна тъкан.
Според данните за промените в интензивността на дишането и фосфорилирането в различни тъкани при условия на студена аклиматизация, степента на усилване на тъканното дишане, разединяване и термогенеза обикновено зависи от съдържанието на свободни мастни киселини в клетките и техните митохондрии. Митохондриите, изолирани от мускулите на охладени животни или кафявата тъкан и черния дроб на животни, събуждащи се от зимен сън, съдържат повишено количество NEFA. Тъй като последните, както е показано от специални експерименти, имат мощен разединителен ефект (макар и при много високи концентрации), се предполага, че включването на NEFA в митохондриалните мембрани може да бъде последната връзка в сложна верига от процеси, водещи до студено разединяване и, следователно, температурна адаптация (Skulachev, 1969; Himms-Hagen, 1969, 1970).
По този начин горните данни очевидно показват, че промяната в интензивността на свободното окисление в процесите на терморегулация е резултат не само от промяна в общата активация на клетъчното дишане, но и следствие от разединяването на енергията на окисление и окислително фосфорилиране. С други думи, промяната в нивото на конюгация в процесите на топлообмен може да играе, в определени граници, необходимата адаптивна роля, като активно превключва енергийните реакции от образуването на АТФ къмтермогенеза.
Не бива обаче да мислите, че процесът на разединяване изчерпва регулираното генериране на топлина в тъканите, особено след като стимулирането на тъканното дишане при всякакви условия увеличава производството на топлина и е механизъм за компенсиране на намаляването на синтеза на АТФ и неговия засилен разпад. Абсолютното количество на АТФ в клетките при условия на студена адаптация или под действието на хормони се увеличава, а респираторният контрол (инхибиране на дишането на АТФ и стимулиране на дишането на АДФ) в някои случаи не се увеличава, а отслабва (Kandror, 1967, 1973).
В процеса на температурна адаптация, регулиран от хормонални системи, вероятно паралелно и последователно се включват различни фактори, които модифицират окислителните процеси и термогенезата: мобилизиране на енергийни ресурси от депото и особено тяхното използване; синтез на функционални и структурни протеини на митохондриите, които осигуряват образуването на енергия в клетката; нивото на конюгиране на окисление и фосфорилиране. Предполага се, че степента на участие на всеки от изброените фактори в регулацията на топлопродукцията зависи от вида на клетките, продължителността на адаптационния процес, характера на действието на един или друг хормон, участващ в регулаторния процес.
Анализът на механизмите на влиянието на хормоните върху адаптивната термогенеза показва следното. Катехоламините на симпатико-надбъбречната система, най-вероятно, чрез увеличаване на образуването на сАМР в бяла и кафява мастна тъкан, причиняват относително бързо повишаване на липолизата и след това повишаване на концентрацията на NEFA в кръвта и клетките. Натрупването на NEFA в различни клетки, от една страна, увеличава доставката на субстрати за дишане и, от друга страна, намалява конюгацията (Beviz et al., 1968).
И двата ефекта на епинефрин и норепинефрин, както и ефектът им върху глюкозата и използването на NEFA, се смятат застимулират свободното окисление и термогенезата. Катехоламините чрез сАМР очевидно са способни директно да стимулират процесите на тъканно дишане и производство на топлина, повишавайки активността на един от ключовите ензими на цикъла на Кребс, изоцитрат дехидрогеназа, в различни тъкани, без да разединяват окислението и фосфорилирането (Kulinsky, 1976).
Механизмите на действие на тиреоидните хормони върху процесите на клетъчното дишане, окислителното фосфорилиране и производството на топлина изглеждат по-сложни и многобройни. Йодотиронините във физиологични концентрации влияят на клетъчните процеси с дълъг лаг период, като основно стимулират процесите на транскрипция. Смята се, че калоричният ефект на тези хормони се дължи главно на индуцирането на синтеза на определени митохондриални протеини, които активират транспорта на електрони (Tata, 1964, 1976).
Предполага се, че хормоните на щитовидната жлеза, чрез увеличаване на активността на натриевата помпа в плазмените мембрани на клетката, увеличават разграждането на АТФ и по този начин стимулират производството на топлина и свързаното фосфорилиране чрез механизма на дихателния контрол (Edelman et al., 1975). Това предположение се основава на експериментални данни, показващи, че oubain (специфичен инхибитор на натриевата помпа), както и дефицитът на Na + и K + (активатори на помпата) премахват калоричния ефект на хормоните на щитовидната жлеза. Въпреки това, остава неясно дали ефектът на тези хормони върху АТФазата е първичен и директен?
Вече беше казано, че кортикостероидите най-вероятно регулират термогенезата не толкова сами по себе си, колкото като разрешаващи фактори, както и като стимулатори на липолизата и мобилизацията на NEFA.
Според съвременните концепции симпатико-надбъбречната система участва в относително бързи адаптивни процеси, които се развиват в отговор накъм температурни ефекти. В същото време системата хипоталамус-хипофиза-щитовидна жлеза участва предимно в регулирането на относително дългосрочно преструктуриране на топлообмена. Взаимодействието на хормоналните системи в процесите на терморегулация, очевидно, се осъществява както на нивото на хипоталамичните центрове, така и на нивото на целевите клетки.