Ауторегуляция — это процесс во многих биологических системах, возникающий в результате внутреннего адаптивного механизма, который работает для корректировки (или смягчения) реакции этой системы на раздражители. Хотя большинство систем организма демонстрируют некоторую степень ауторегуляции, наиболее отчетливо 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 нужна.
Мозг более, чем большинство других органов, очень чувствителен к увеличению или уменьшению кровотока, и несколько механизмов (метаболических, миогенных и нейрогенных) участвуют в поддержании соответствующего церебрального кровяного давления. Саморегуляция мозгового кровотока отменяется при нескольких болезненных состояниях, таких как черепно-мозговая травма , [2] инсульт , [3] опухоли мозга или постоянные аномально высокие уровни CO2 . [ 4] [5]
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]
Это контрастирует с гетерометрической регуляцией , регулируемой законом Франка-Старлинга, которая является результатом более благоприятного расположения актиновых и миозиновых филаментов в кардиомиоцитах в результате изменения длины волокон. [8]
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, так что сердце получает правильный поток крови и, следовательно, достаточное снабжение кислородом. Если достигается достаточный поток кислорода и сопротивление в коронарном кровообращении возрастает (возможно, из-за вазоконстрикции), то коронарное перфузионное давление (КПД) пропорционально увеличивается, чтобы поддерживать тот же поток. Таким образом, тот же поток через коронарное кровообращение поддерживается в диапазоне давлений. Эта часть коронарной регуляции кровообращения известна как авторегуляция, и она происходит на плато, отражая постоянный поток крови при изменяющемся КПД и сопротивлении. Наклон графика CBF (коронарный кровоток) против КПД дает 1/Сопротивление. Авторегуляция поддерживает нормальный поток крови в диапазоне давлений 70–110 мм рт. ст. Кровоток не зависит от АД. Однако ауторегуляция кровотока в сердце не так развита, как в мозге.
Регуляция почечного кровотока важна для поддержания стабильной скорости клубочковой фильтрации (СКФ), несмотря на изменения системного артериального давления (в пределах около 80-180 мм рт. ст.). В механизме, называемом тубуло-гломерулярной обратной связью , почка изменяет собственный кровоток в ответ на изменения концентрации натрия. Уровни хлорида натрия в мочевом фильтрате воспринимаются клетками macula densa в конце восходящей ветви . Когда уровни натрия умеренно повышаются, macula densa высвобождает АТФ [9] и снижает высвобождение простагландина E2 [10] в близлежащие юкстагломерулярные клетки . Юкстагломерулярные клетки в афферентной артериоле сужаются, а юкстагломерулярные клетки как в афферентной, так и в эфферентной артериоле снижают свою секрецию ренина. Эти действия функционируют для снижения СКФ. Дальнейшее увеличение концентрации натрия приводит к высвобождению оксида азота , сосудорасширяющего вещества, для предотвращения чрезмерной вазоконстрикции. [10] В противоположном случае юкстагломерулярные клетки стимулируются к высвобождению большего количества ренина, что стимулирует ренин-ангиотензиновую систему , вырабатывающую ангиотензин I, который преобразуется ангиотензин-превращающим ферментом (АПФ) в ангиотензин II . Затем ангиотензин II вызывает преимущественное сужение эфферентной артериолы клубочка и увеличивает СКФ.
Это так называемая «система устойчивого состояния». Примером является система, в которой белок P, который является продуктом гена G, «положительно регулирует свою собственную продукцию, связываясь с регуляторным элементом гена, кодирующего его» [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, пока какой-либо другой стимул не понизит ее ниже порогового уровня, когда концентрация P будет недостаточной, чтобы заставить ген G экспрессироваться со скоростью, которая превзойдет потерю или использование белка P. Это состояние («включено» или «выключено») наследуется после деления клетки, поскольку концентрация белка a обычно остается прежней после митоза. Однако это состояние может быть легко нарушено внешними факторами. [11]
Аналогично, это явление не ограничивается только генами, но может также применяться к другим генетическим единицам, включая транскрипты мРНК. Регуляторные сегменты мРНК, называемые Riboswitch, могут автоматически регулировать свою транскрипцию путем секвестрирования цис-регуляторных элементов (в частности, последовательности Шайна-Дальгарно ), расположенных на том же транскрипте, что и Riboswitch. Стебель-петля Riboswitch имеет область, комплементарную Shine-Dalgarno, но секвестрируется комплементарным спариванием оснований в петле. При достаточном количестве лиганда лиганд может связываться со стеблем-петлей и нарушать межмолекулярную связь, что приводит к связыванию комплементарного сегмента стебля-петли Shine-Dalgarno с комплементарным сегментом Riboswitch, предотвращая связывание рибосомы и ингибируя трансляцию. [12]
