Глава 5. Клеточные механизмы адаптации и КПР

Патогенные факторы подразделяют на внешние и внутренние. Основными внешними факторами являются возбудители инфекций, курение, употребление алкоголя, наркотиков, действие токсических веществ окружающей среды, ионизирующая радиация, а также нервно-психическое перенапряжение. К внутренним факторам относятся наследственное предрасположение к болезням, а также приобретенные свойства организма, способствующие развитию болезни. Предохраняют от болезни и противодействуют ей защитные свойства организма (рис. 5.1.).

При болезни включаются приспособительные и компенсаторные процессы, приводящие к восстановлению нарушенных структуры и функций.

В общебиологическом смысле приспособления можно рассматривать как закрепленные в процессе естественного отбора наследственные изменения, обеспечивающие оптимальную жизнедеятельность биологической системы (организма, популяции, вида, биоценоза). Приспособительными (адаптационными) являются процессы, возникающие в биосистеме под воздействием биологически значимых факторов и обеспечивающие её жизнедеятельность в изменяющихся условиях существования. Под компенсаторной реакцией понимают выравнивание наступающих болезненных расстройств в организме (от слова «компенсация» - возмещение). Понятие о приспособительных реакциях шире смысла компенсаторных реакций. Под первыми принято понимать любые проявления адаптации организма к среде, тогда как под вторыми - только те из них, которые обусловливают восстановление гомеостаза после гибели части того или иного органа (Д.С. Саркисов). Часто пользуются термином «компенсаторно-приспособительные процессы», понимая под этим совокупность реакций организма, направленных на восстановление нарушенных функций.

Организм надежно обеспечен необходимым избытком структур, призванным обеспечить возрастающую функцию. Это создает компенсаторный буфер по отношению к физиологическим и патологическим изменениям. Примером наличия запасных резервов жизнедеятельности являются парные органы. Так, при нарушении структуры и функции одной почки, на другую падает увеличенная нагрузка, при удалении одного лёгкого другое более или менее успешно справляется с повышенной нагрузкой. В том и другом случае компенсация функций происходит за счёт запрограммированной избыточности организации, рассчитанной на кратковременное выполнение повышенных нагрузок. Это создаёт запас прочности, готовность организма успешно и безболезненно выполнять повышенную работу.

Структурно-функциональными резервами обладает также непарный орган - печень, работающий в условиях жёсткого кислородного режима, «запланированной гипоксии» в связи с тем, что печень лишь 30% своей потребности в кислороде обеспечивает артериальной кровью, а 70% - венозной. Клинические и биохимические изменения печени, свидетельствующие о её функциональной недостаточности, определяются лишь при структурных нарушениях 4/5 паренхимы печени. Эти примеры свидетельствуют о наличии повышенной надежности систем организма за счёт предсуществующего избытка структур, т.е. структурно- функционального резерва.

 

 

 

Рис. 5.1. Защитные свойства организма

 

Весьма важным и универсальным механизмом, обеспечивающим стабильность работы систем организма при патологии является способность воспроизводить новые структуры. Таким механизмом компенсации является гиперплазия - увеличение числа функционирующих структур, т.е. клеток (клеточная гиперплазия) и органоидов (ультраструктурная или субклеточная гиперплазия). Гиперплазия приводит к гипертрофии - увеличению размеров органа или его части.

Организм для обеспечения функции может прибегнуть к помощи других органов и систем органов. Например, при нарушении выделительной функции почек компенсация частично может произойти за счёт выделения вредных и балластных веществ пищеварительным каналом, через лёгкие и кожу путём активации деятельности потовых желез.

Во имя цели «выжить» при повреждении структуры, что сопровождается нарушением функции, организм в первую очередь решает организменные, наиболее важные и, поэтому, доминирующие задачи. Это свойство обеспечивает выживание организмов. Включаются самые разнообразные компенсаторно-приспособительные процессы, причём в той последовательности, которая подчиняется логике: «что важнее для сохранения жизни - в первую очередь и в более выраженной степени». Вначале включаются срочные, неотложные, экстренные процессы, а затем долговременные, радикальные, причем происходит это, как правило, рационально, «разумно». На этом примере мы ещё раз убеждаемся в справедливости утверждения И.П. Павлова о том, что организм есть «система в высочайшей степени саморегулирующаяся, сама себя поддерживающая, восстанавливающая, поправляющая и даже совершенствующая».

На клеточном уровне структурное обеспечение срочных, немедленных потребностей сопряжено с интенсификацией синтеза информационной РНК в ядре и белка на рибосомах. Это происходит быстро - в течение 1-2 часов. Радикальные долговременные меры начинают развиваться через 24-30ч после действия патогенного фактора, т.к. именно к этому сроку наблюдается репликация ДНК, которая предшествует появлению новых клеток. Примером последовательного включения срочных и долговременных механизмов могут быть явления, развивающиеся в организме при многократном приеме лекарственных веществ. Одной из реакций организма при этом является индукция (усиление) лекарственного метаболизма (т.е. биопревращения лекарства, обезвреживания его). Этот процесс можно рассматривать как приспособительный, направленный на противодействие организма повторно вводимому ксенобиотику (чужеродному веществу). Индуктором лекарственного метаболизма является, например, фенобарбитал, который применяется как снотворное, противосудорожное и успокаивающее средство. Фенобарбитал стимулирует детоксикацию лекарств двумя механизмами - срочным и долговременным. Он увеличивает биосинтез РНК, содержание белка на гладком эндоплазматическом ретикулуме, количество мембран и количество ферментов, осуществляющих реакции окисления лекарств и их глюкуронидизации (реакции присоединения к ним остатков глюкуроновой кислоты). Эти изменения можно рассматривать как экстренные, срочные. Фенобарбитал стимулирует также митоз, при его длительном введении увеличивается вес печени. Это долговременная радикальная мера организма, включающаяся в ответ на длительное введение лекарства. Максимальный индукционный эффект фенобарбитала развивается на 2-7 дни введения, т.е. в тот период, когда действуют оба механизма.

Таким образом, явление индукции лекарственного метаболизма следует рассматривать как естественную защитно-приспособительную реакцию организма, повышающую его резистентность к лекарственным веществам.

Гипертрофия - термин, который применяется лишь к местным изменениям и не затрагивает такие явления, как ожирение, отёки и т.п. Гипертрофия, которая происходит в нормальных физиологических условиях, называется рабочей. При рабочей гипертрофии увеличиваются размеры скелетных мышц и сердца спортсменов, гладких мышц матки при беременности, молочных желез при лактации. Нейроэндокринные гипертрофии вызываются расстройствами нейрогуморальной регуляции. Например, в старости при уменьшении продукции половых гормонов у мужчин часто развивается гипертрофия предстательной железы. Регенерационная гипертрофия наблюдается после удаления или повреждения части органа. Викарная (заместительная) гипертрофия развивается после удаления или атрофии (уменьшения объёма) парного органа.

Гипертрофия развивается в той части органа, на которую падает повышенная нагрузка. Например, при стенозе (сужении) устья аорты гипертрофии подвергается преимущественно левый желудочек сердца. Это объясняется тем, что при данной патологии именно на левый желудочек падает повышенная нагрузка. При гипертрофии печени увеличивается число клеток (гиперплазия), и в самих клетках возрастает количество функционирующих структур (рибосом, гладкого эндоплазматического ретикулума, митохондрий). При гипертрофии сердца количество клеток не увеличивается, т.к. пролиферация (размножение) миокардиоцитов у взрослых лиц не происходит. Увеличиваются сами клетки в размерах и возрастает число функционирующих внутриклеточных структур - сократительных белков, митохондрий. Гипертрофия сократительных элементов и энергодающих структур (митохондрий) подкрепляется формированием новой дополнительной сосудистой сети.

Рассмотренные виды гипертрофии, т.е. регенерационная и викарная, являются истинными компенсаторными гипертрофиями, т.к. повышают функциональную активность органа. О ложной гипертрофии говорят в том случае, когда увеличение органа в объеме происходит за счёт разрастания в нем не рабочей, а межуточной (чаще жировой) ткани. Это сопровождается атрофией рабочей ткани.

Механизм адекватного приспособления организма к меняющимся условиям в норме и при патологии состоит в том, что ускорение физиологических процессов всегда связано с увеличением числа обеспечивающих их структур. Ослабление или полное прекращение функций сопровождается гипотрофией или атрофией тканей органа. Диалектическое единство противоположных процессов жизнедеятельности - функционального напряжения и покоя, ассимиляции и диссимиляции составляют основное противоречие и одновременно главную движущую силу жизни.

Компенсаторно-приспособительные процессы развиваются в 3 стадии: 1 - становления (аварийная стадия); 2 - компенсации (иногда выделяют стадию частичной компенсации - субкомпенсации); 3 - состояние, которое сопровождается истощением компенсаторных реакций, характеризуется как стадия декомпенсации. В этом случае меры организма не компенсируют болезненные расстройства и наблюдается недостаточность функции (сердечная недостаточность на почве декомпенсированного порока сердца, почечная недостаточность при болезнях почек).

Симптомы болезни отражают не только нарушение, поломку, но и компенсаторно-приспособительные процессы, происходящие в организме.

Вследствие воспалительных процессов, при нарушении гормонального баланса, из-за авитаминоза наблюдается метаплазия - стойкое изменение характера ткани с преобразованием её в ткань другого типа. Метаплазия нарушает нормальную физиологическую функцию ткани. Например, при повреждении эпителия влагалищного отдела шейки матки нормальный (многослойный плоский) эпителий слизистого слоя матки замещается цилиндрическим.

Метаплазия является предопухолевым процессом. Это значит, что имеется высокая «степень риска» развития опухолевого процесса, при котором метаплазия клеток достигает крайней степени развития.

Одной из форм компенсаторно-приспособительных реакций организма, направленных на восстановление ткани, является регенерация (возрождение клеток, тканей). Различают физиологическую регенерацию и репаративную (после повреждения). При физиологической регенерации происходит постоянное самообновление форменных элементов крови, клеток покровного эпителия кожи, слизистых оболочек пищеварительного канала, дыхательных путей. Репаративная регенерация подразделяется на полную и неполную. Полная репаративная регенерация характеризуется замещением дефекта тканью того же вида и той же структуры, что и погибшая. При неполной репаративной регенерации происходит заполнение дефекта грануляционной тканью с дальнейшим превращением её в рубцовую.

При незначительном повреждении участка кожи регенерация складывается из следующих процессов: миграция клеток от края по раневому ложу, усиленная пролиферация клеток по краю раны и наползание на раневую поверхность слоя размножающихся клеток. Края раны сдвигаются к центру раневого дефекта. Прилежащая к ране кожа втягивается в рану. Этот процесс называется контракцией. Концентрическое стягивание краев раны и ускоренный рост кожи вокруг неё приводит к быстрому заживлению раневого дефекта. Заживление обширных ран у человека заканчивается формированием соединительнотканного рубца. Если грануляция послеоперационной раны протекает на фоне асептического воспаления (т.е. без инфицирования), то образуется полноценный рубец на 7-10 день. В этом случае говорят, что рана зажила первичным натяжением. Если образование послеоперационного рубца происходило на фоне септического (инфекционного) воспаления, то рана заживает на 21-30 день, т.е. отмечается вторичное заживление послеоперационной раны. Рубец в этом случае келоидный (опухолеподобный), грубый, звездчатый.

Восстановление дефекта в сердце происходит несколько иначе. Гибель (некроз) участка миокарда обычно происходит при его длительной (свыше 5-30 минут) ишемии (уменьшении кровоснабжения), вызванной спазмом или тромбозом сосуда. Участок некроза не замещается мышечной тканью, а заполняется соединительной тканью, в формировании которой принимают участие макрофаги, обеспечивающие лизис и фагоцитоз мертвых тканей, и фибробласты. Фибробласты синтезируют коллагеновые волокна и формируют рубец. Сформировавшееся сосудистое русло сокращается в размерах, т.к. потребности в питании фиброзной ткани меньше, чем мышечной. В незначительно повреждённых клетках околоинфарктной зоны происходит внутриклеточная репаративная регенерация, а в неповрежденных миокардиоцитах - приспособительная и компенсаторная гиперплазия ультраструктур (увеличение числа митохондрий, сократительных белков и саркоплазматического ретикулума).

На рис. 5.2. показаны основные этапы защиты и заживления при повреждении участка сердца и участка кожи.

 

		Повреждение
участка сердца				участка кожи
Закупорка коронарного сосуда тромбом. Гибель клеток участка миокарда (инфаркт миокарда)		I этап Повреждение		Повреждение участка кожи механическим или иным путём
Увеличение анаэробного пути поставки энергии, тахикардия		II этап Мобильные реакции защиты и компенсации		Образование сгустка крови, который, как клей, соединяет между собой обе стороны раны
Погибшие клетки фагоцитируются макрофагами с помощью лизосомальных ферментов		III этап Удаление омертвевших клеток		Макрофаги и нейтрофилы удаляют инородные тела и погибшие клетки
Фибробласты размножаются и синтезируют коллаген, свободное пространство заполняется соединительной тканью, и в дальнейшем образуется фиброзный рубец. Сосудистое русло рубца уменьшается в размерах. Одновременно увеличивается число сосудов, питающих оставшуюся мышечную ткань: развивается дополнительная коллатеральная сеть сосудов		IV этап Стабильные реакции восстановления (заживления) и компенсации нарушенных функций		Образовательные клетки (базальный слой кожи) ускоренно делятся, восстанавливая повреждённый участок. Размножающиеся фибробласты образуют богатую сосудами молодую грануляционную ткань, которая впоследствии дегидратируется, клеточные элементы её вытягиваются, большая часть их погибает и, в конечном итоге, образуется грубоволокнистая соединительная ткань - рубец

 

Рис. 5.2. Механизмы защиты и заживления при повреждении

 

На процессы регенерации оказывает благотворное влияние улучшение питания ткани и обеспечение нормального снабжения её кислородом. Положительно действует полноценное белковое питание организма, достаточное поступление витамина А, микроэлемента селена, витаминов Е и С, необходимых для построения и поддержания целостности мембран. Витамин С, кроме того, стимулирует образование соединительнотканных белков и обеспечивает оптимальное протекание окислительных процессов в клетке. Перечисленные витамины активизируют деятельность макрофагов и фибробластов. Широко используют витамины, необходимые для синтеза ДНК, РНК и белков (витамины В₆, В₁₂).

Можно сформулировать следующие основные принципы управления защитными свойствами организма:

1. Следует соблюдать образ жизни, обеспечивающий адекватное реагирование на факторы внешней среды. Например, при эмоциональном возбуждении полезно для обеспечения гармоничности внешних и внутренних проявлений создавать эквивалент адекватного реагирования, т.е. моделировать отреагированную эмоцию.

2. Необходимо тренировать защитные механизмы. Полезно создавать умеренные дозированные гипоксические состояния, не уходить от разумных стрессовых нагрузок. Одновременно следует ограждать организм от тех повреждающих факторов, которые вызывают необратимые изменения (ионизирующая радиация, курение, алкоголь, микробное заражение, канцерогенные вещества).

3. Полноценное пластическое и энергетическое обеспечение организма создаёт возможность для полного проявления его защитных свойств (адекватное питание, сбалансированное по пищевым веществам, витаминам, микроэлементам и балластным веществам).

4. При необходимости следует применять лекарственную (фармакологическую) регуляцию.