Вести с полей. Неорганические ионы – стержень физиологических систем

В начале своего доклада Юрий Викторович обратил внимание участников Съезда на роль физиологии в современной науке: «Физиология – наука, которая будет всегда, пока будет человечество. Физиология – наука о “смыслах” живого существа, которые определяют его целостность».

Затем академик объяснил, почему, по его мнению, калий в процессе появления и развития протоклеток был выбран в качестве ключевого неорганического иона, присутствующего в клетках. Дело в том, что внутри живых клеток преобладают ионы калия, а во внеклеточной среде – натрия.

По словам Юрия Наточина, основной вопрос о формировании первых клеток связан с тем, как калий попал в клетку, если полагать, что протоклетки сформировались в океане, богатом ионами натрия. «На момент формирования первых клеток не существовало транспортеров, подобных современным Na/K-АТФазы), поэтому более вероятно, что жизнь возникла не в океане, а в калиевых озерах», – заключил докладчик. Он также упомянул исследования, которые показали, что такие озера действительно существовали. В качестве еще одного подтверждения того, что протоклетки развивались в среде, богатой ионами калия, Юрий Викторович назвал то, что среда, богатая ионами магния и калия оказывается единственно благоприятной для формирования коротких цепочек аминокислот – пептидов, а также более длинных – полноценных белков. В результате исследовательская группа под руководством Наточина пришла к выводу, что выбор калия как основного иона в клетке связан именно с тем, что он способствует созданию полипептидов, то есть белков.

От вопросов возникновения простейших живых структур докладчик перешел к проблемам существования многоклеточных организмов. Юрий Викторович отметил, что жизнь многоклеточных неразрывно связана с поддержанием гомеостаза – постоянства внутренней среды. Содержание и соотношение неорганических ионов в жидкостях внутренней среды у всех многоклеточных организмов поддерживается на определенном уровне, поскольку отклонения приводят к нарушению многих физиологических процессов.

Сначала Наточин рассказал о механизмах поддержания гомеостаза у позвоночных животных и человека, у которых в жидкостях внутренней среды (крови) среди неорганических катионов преобладают ионы натрия. Основным органом, обеспечивающим у позвоночных баланс ионов, служит почка. Докладчик поделился со слушателями собственным пониманием роли почки. Он придерживается позиции, что почка – не просто орган выделения, как принято считать, а орган «удержания» нужных организму веществ в идеальных для его существования концентрациях.

В поддержку своей идеи физиолог отметил, что в почечных канальцах после фильтрации в кровь реабсорбируются (обратно всасываются) органические соединения, например глюкоза, а также неорганические ионы – калий, натрий и другие в строго установленных соотношениях. Роль почек подчеркивается еще и тем, что у наиболее сложно организованных организмов, в частности, млекопитающих почки лучше всего развиты. При этом они «берут на себя» все функции, связанные с поддержанием гомеостаза, тогда как у земноводных, например, наряду с почками работают дополнительные железы.

Затем докладчик рассказал о тех животных, у которых в жидкостях организма преобладают ионы калия. К таким относятся некоторые насекомые. У них вместо почки за поддержание гомеостаза отвечают мальпигиевы сосуды. Интересно, что у животных, имеющих «калиевые» жидкости внутренней среды осмоляльность этих жидкостей (так называемой гемолимфы) очень высокая. Это позволяет, несмотря на высокие концентрации калия, поставлять в клетки и ионы натрия, которых там гораздо меньше. В результате даже у этих организмов сохраняется необходимый для нормального функционирования клеток баланс ионов. В заключение докладчик обратил внимание на то, что колебание соотношения неорганических ионов тесно связано с физиологическим состоянием организма. Так, наблюдения за больными тяжелой формой коронавируса показали, что соотношение Na+/K+ изменяется по мере развития патологического состояния и окончательно нарушается при неблагоприятных исходах болезни. Поэтому, по словам докладчика, подобные показатели можно использовать в клинической практике для оценки состояния пациентов и прогрессирования болезней.

Текст: Виталина Власова

Съезд посвящен 300-летию Российской академии наук и включен в инициативу «Работа с опытом» Десятилетия науки и технологий.

Материал подготовлен при финансовой поддержке Минобрнауки России в рамках федерального проекта «Популяризация науки и технологий».