Компенсация на клеточном и организменном уровнях

Под влиянием нарушающих (повреждающих) функции клеток воздейст­вий формируются собственные внутриклеточные компенсаторные процес­сы. Они обеспечивают восстановление или замещение утраченных и поврежденных структурных элементов клетки и макромолекул, а также реализацию ме­ханизмов защиты от повреждающего фактора, восстановление утраченной или нарушенной функции субклеточных структур и клетки в целом.

Схематизировано, можно выделить следующие общие виды компенсаторных про­цессов в клетках:

1) компенсация дефектов метаболизма, в том числе дефи­цита энергии и нарушений энергообеспечения клеток;

2) ослабление функ­циональной активности клетки;

3) активация и реализация процессов репа­рации и регенерации поврежденных структур клетки, в том числе устране­ние нарушений генома клетки;

4) компенсация нарушений механизмов ре­гуляции внутриклеточных процессов;

5) компенсация дисбаланса ионов и воды в клетках;

6) активация и мобилизация механизмов защиты от повре­ждающих факторов;

7) гиперплазия субклеточных структур;

8) гипертрофия клетки.

Перечисленные процессы являются не последовательными этапами компенсаторных реакций, а реализуются в раз­ных сочетаниях, как правило, параллельно.

Большинство из этих внутриклеточных процессов являют собой своего рода микро-копии явлений компенсации, протекающих в организме на бо­лее сложных уровнях организации - в органах, физиологических системах и в целостном организме.

Таким образом, при всем многообра­зии компенсаторных процессов, формирующихся в организме после повре­ждения, они, как правило, развертываются на основе ограниченного числа общих стандартных механизмов.

Необходимым условием полноценной и долговременной компенса­ции является структурное обеспечение повышенной функции неповрежден­ных клеток, т, е. создание в клетках дополнительных структур энергообеспе­чения (митохондрий), восприятия регуляторных сигналов (рецепторных бел­ков и ионных каналов плазмалеммы), реализации функции (аппарата Гольджи для секреторных клеток, миофиламентов для мышечных клеток и т. п.).

Образование в клетках этих структур требует усиления синтеза бел­ка, что невозможно без активации генетического аппарата. Основные зве­нья механизма, сопрягающего уровень функции клетки с ее генетическим аппаратом и, тем самым, обеспечивающего формирование структурной осно­вы для долговременной компенсации, представлены на рис. 14.1.

Рис. 14.1. Схема «Механизм долговременной компенсации клеток»

Компенсаторные процессы на уровне ткани и органа могут быть сведены к следующим основным типам:

1) компенсация процессов межклеточного взаимодействия;

2) изменение ритмики актив­ности функционирующих клеток;

3) изменение структурного и метаболи­ческого обеспечения функции;

4) компенсация нарушений функции во­влечением в нее других видов клеток с «резервной» функцией;

5) компен­сация функции за счет повышенной регенерации клеток ткани;

6) компен­сация нарушенных функций за счет изменения характера и уровня внутри-органных или внутрисистемных ауторегуляторных процессов.

Границы физиологических реакций закреплены в рамках определенного диапазона приспособительных колебаний.

Одним из механизмов компенсации является процесс вовлечения в нару­шенную или утраченную функцию тех клеток, для которых эта функция не являлась основной, а была «резервной». Такая взаимозаменяемость клеток наиболее широко представлена в центральной нервной системе, в которой пластичность мозга является ведущим фактором. Для мозга, где нейроны обладают лишь способностью к внутриклеточной регенерации, подобный механизм компенсации является ведущим. Однако и в других органах явле­ния «резервирования» функции или «дублирования» ее имеют место.

Дубли­рование наиболее выражено не в пределах одного органа, а на системном уровне. Так, в пределах эндокринной системы гипергликемический эффект может быть достигнут за счет подавления секреции инсулина, активации секреции глюкагона, адреналина, глюкокортикоидов и др.; функция удален­ных участков кишечника может быть компенсирована сохранившимися от­делами; кальций-регулирующие гормоны могут секретироваться и за преде­лами щитовидной и околощитовидных желез; инсулиноподобное вещество секретируется подчелюстными слюнными железами; функция экскреции азотистых шлаков, присущая почкам, дублируется потовыми, слюнными, желудочными и кишечными железами и т. п.; регуляция экскреции натрия почками осуществляется не только альдостероном, но и рядом других гор­монов, в том числе и атриопептидом, образующимся клетками миокарда, основной функцией которых является сокращение.

Важной компенсаторной тканевой реакцией является клеточная регене­рация и гиперплазия ткани.

Помимо влияющих на рост клеток классических гормонов эндокринных желез, таких как инсу­лин, соматотропин, тиреоидные гормоны и др., клеточная регенерация и гиперплазия регулируются полипептидными ростовыми факторами клеточ­ного происхождения нескольких видов:

· фактором роста эпидермиса,

· тромбоцитарным фактором роста,

· фактором роста фибробластов,

· инсулиноподобными факторами роста,

· фактором poста нервов,

· трансформирующим фактором роста.

Компенсаторные реакции в рамках анатомо-физиологической системы формируются благодаря следующим основным механизмам внутрисистемной саморегуляции:

1) Нарушенная деятельность одних элементов системы (органов, тканей) меняет внешние условия и функцию других ее элементов, вследствие чего сохраняется гомеостатический уровень интегрального параметра, характеризующего деятельность системы в целом. Например, снижение общего сосудистого сопротивления ведет к возрастанию венозного возврата крови, что способствует повышению минутного объема, и в итоге интегральный показатель сердечно-сосудистой системы, артериальное давление, сохра­няется на оптимальном уровне. Повышение фильтрационной загрузки ка­нальцев почек натрием ведет к усилению реабсорбации катиона, что пре­дотвращает его потери организмом.

2) При нарушении функции одного из элементов системы изменившиеся условия деятельности другого элемента обеспечивают устранение первичного дефекта с помощью специально выделяемых гуморальных факторов. Примером может служить образование в миокарде предсердий гормона атриопептида в условиях сердечно-сосудистой недостаточности, когда избыточный объем крови влечет рост нагрузки на входе сердца. Атриопептид, обла­дающий вазодилатирующим действием, уменьшает периферическое сосуди­стое сопротивление и внешнюю работу сердца. На межсистемном уровне этот же механизм компенсации (атриопептид) вызывает избыточный диурез и натриурез, уменьшая объем циркулирующей крови и нагрузку на входе сердца.

3) Собственные внутрисистемные компенсаторные реакций реализуются за счет местных рефлексов с помощью нервных элементов самих органов. Примерами являются компенсаторные реакции миокарда, реализуемые внутрисердечной нервной системой или реакции кишечника, обусловленные интрамуральными нервными элементами.

Следует подчеркнуть, что в целостном организме практически не существует изолированных компенсаторных процессов на рассматриваемых уров­нях организации, внутрисистемные механизмы компенсации находятся в интегративной взаимосвязи и объединены межсистемными компенсатор­ными реакциями.

Организм представляет собой единую гомеостатичеокую систему. При повреждении той или иной части гомеостатически организованной системы происходит перераспределение актив­ности между ее неповрежденными компонентами, то есть имеет место стрем­ление сохранить гомеостазис организма и компенсировать функциональный дефект поврежденных структур.

Переход на режим функционирования, мобилизующий функциональные возможности всего организма, в том числе компенсаторные, осуществляется благодаря включению стресс-реализующей системы (прежде всего гипоталамо-гипофизарно-надпочечниковой и адреналовой).

Стресс-реакция явля­ется неспецифическим адаптивным ответом организма не только на повреждение, но и на действие сильных раздражителей разной природы (стрессо­ров). Чрезмерно выраженная и слишком продолжительная стресс-реакция сама по себе приводит к поломке систем организма и развитию патологии.

Организм располагает также системами, препятствующими развитию избыточно выраженной повреждающей стресс-реакции. Они получили название стресс-лимитирующих

Стресс-реакция представляет собой неспецифический компонент сложной приспособительной реакции организма, возникающей в ответ на нарушение гомеостаза повреждающим фактором среды.

Стресс-реакция способствует осуществлению специфических компонентов компенсаторного процесса. Но если она становится чрезмерно выраженной или чрез­мерно длительной, то ее адаптивный эффект сменяется повреждающим.

Взаимодействие стресс-реализующей системы со стресс-лимитирующими обеспечивает адаптивный характер стресс-реакции и пре­дотвращает ее повреждающее влияние. Обе системы запускаются одним и тем же стресс-фактором. Но по мере развития стресс-реакции усиливается влияние стресс-лимитирующих систем, которые мобилизуются по меха­низму обратной связи в ответ на избыточное выделение медиаторов стресс-реализующей системы.

В течении компенсаторного процесса выделяют четыре стадии.

В первую стадию осуществляется срочная компенсация структурно-функ­ционального дефекта, вызванного повреждающим фактором. В эту стадию организм осуществляет перераспределение функциональной активности между системами. Стадия срочной компенсации осуществляется на фоне катаболической фазы стресс-реакции, мобилизующей функциональные возможности всего организма.

Вторая стадия является переходной. К функционирующим механизмам срочной компенсации подключаются механизмы долговременной компен­сации. Этому про­цессу способствует проявление анаболической фазы стресс-реакции, кото­рая характеризуется снижением концентрации в крови катаболических гор­монов — кортикостероидов и катехоламинов и возрастанием содержания анаболических - тирокальцитонина, соматотропина, трийодтиронина, тетрайодтиронина и инсулина.

В третью стадию (устойчивой, долговременной компенсации) достигается устранение структурно-функциональных нарушений. Поврежденная система обретает способность выполнять свои функции. Однако полного восстановления исходного морфо-функционального состояния органа после значительного повреждения не происходит.

Четвертая стадия - стадия функциональной недостаточности. В эту ста­дию состояние компенсации нарушенных функций переходит в состояние декомпенсации. Функциональная недостаточность развивается постепенно. Возникновению декомпенсации противостоят межсистемные адаптивные перестройки в организме. Так, например, при повреждении миокарда различного генеза, с одной стороны, тормозится основной обмен и двигательная актив­ность организма, а с другой - усиливается эритропоэз, увеличивается ки­слородная емкость крови и способность тканей полнее поглощать кислород из крови.

Особенности компенсаторного процесса, осуществляющегося в условиях целостного организма заключаются в следующем:

-благодаря включению межсистемных механизмов стресс-реализующей системы, компенсаторные реакции, возникающие в ответ на повреждение в клетке, органе и физиологической системе, интегрируются в единый многокомпонентный ответ на организменном уровне;

-общие адаптивные реакции организма имеют различный диапазон резервных возможностей в зависимости от того, находится ли организм в стационарном состоянии или подвергается стрессорному воздействию, формирование стресс-реакции сопровождается значительным расширением адаптивных возможностей организма по отношению к действию лю­бых, в том числе и повреждающих, факторов среды;

-компенсаторные ре­акции в стационарном состоянии организма отсутствуют, их формирова­ние начинается после повреждения структур и нарушения функций в орга­низме;

-диапазон возможных компенсаторных реакций организма, являю­щихся частным вариантом общих адаптивных реакций, находится в опре­деленной зависимости от резервных возможностей адаптации организма вообще.

Вопросы для самоконтроля