КЛАССИФИКАЦИЯ КОМПЕНСАТОРНО-ПРИСПОСОБИТЕЛЬНЫХ ПРОЦЕССОВ
К компенсаторно - приспособительным процессам относят следующие процессы: регенерация, гипертрофия и гиперплазия, организация и инкапсуляция, гистологическая аккомодация, перестройка тканей и метаплазия.
РЕГЕНЕРАЦИЯ
Регенерация (от лат. ге - снова, gепегаге - воспроизводить, создавать) это восстановление (возмещение) структурных элементов клеток и тканей взамен утраченных. В биологическом отношении регенерация — важнейшее универсальное свойство всей живой материи, выработанное в ходе эволюции и присущее всем живым организмам (универсальный закон самообновления животного и растительного мира). Всем клеткам, тканям и органам свойственна регенерация.
Этиология и механизмы развития. Причинами регенерации являются наследственные свойства самой живой материи, способной к саморазвитию, самодвижению, саморегуляции и приспособительной изменчивости. Эти процессы определяют взаимоотношения и взаимосвязь живых организмов с внешней средой их существования. При этом отмирание и распад структурных элементов в организме играют пусковую роль и являются движущей силой регенерационного процесса. Механизмы регенерации сложные. Развитие восстановительного процесса связано с самовоспроизведением (репродукцией) специфических для каждого организма нуклеиновых кислот и направленным синтезом белков в генетическом аппарате всех живых существ (от вирусов и фагов до высших млекопитающих).
В основе жизнедеятельности любого организма и его регенерации лежат процессы обмена веществ во всех структурных элементах, которые характеризуются изнашиванием и самопроизвольным распадом (отмиранием) материального субстрата (диссимиляцией) с высвобождением необходимой для жизни энергии, выделением конечных продуктов обмена и специфическим самовоспроизведением (ассимиляцией) живой материи с использованием химических неорганических и органических веществ.
Биохимическая основа регенерации — распад и восстановление молекулярного состава, структурно-пространственной организации и функций, характерных для каждой ткани и органа. Для развития регенерационного процесса в клетках и тканях большую роль играют сдвиги в обмене веществ (гипоксия, повышенный гликолиз, ацидоз и лр.) в поврежденном органе, стимулирующие регенераторные процессы (понижение поверхностного натяжения мембран клеток, их миграция), включение клеток в митотический цикл. Образующиеся при повреждении клеток молекулярные осколки (нуклеотиды, ферменты, продукты неполного распада белков, жиров и углеводов, другие биологически активные вещества наряду со стимулирующим влиянием могут быть повторно из-пользованы для построения сложных структур согласно принципу многократной оборачиваемости веществ клетки для частичного материального обеспечения регенераторных процессов.
Регуляторные механизмы регенерации. Внутриклеточная и клеточная регенерации регулируются определенными регуляторными механизмами: нервными, гуморальными, функциональными и иммунологическими.
Нервные механизмы регенерации определяются трофической функцией нервной системы, регуляцией крово- и лимфообращения. Гуморальные механизмы регуляции связаны с деятельностью органов и клеток эндокринной системы (гормоны, медиаторы и др.), с внутриклеточными регуляторами (циклические аденозин-3,5-монофосфат и гуанозин-3,5-монофосфат) и деятельностью репаративных ферментов. 'Внутриклеточными регуляторами являются также тканево-специфические ингибиторы — митозакейлоны (от греч. chаlаinо — замедлить, ослабить) и их антагонисты — антикейлоны, которые оказывают соответствующее влияние на синтез ДНК, РИК и специфических белков. Важнейшим механизмом и стимулирующей силой регенерации являются физиологические потребности в обновлении или замещении утраченной ткани или части органа, или функциональный стимул. Иммунологические механизмы регуляции регенераторного процесса определяются закономерностями поддержания иммунологического гомеостаза, деятельностью иммунокомпетентных клеток. Закономерности течения регенерации тесно связаны с видом и возрастом животного, состоянием питания и обмена веществ, ней-рогуморальной регуляции, с условиями и образом жизни живых организмов и их эволюцией и экологией. Различия в свойствах регенерации организмов разных видов определяются филогенетическими факторами, приспособленностью их к условиям существования, выработанной в ходе эволюции животного и растительного мира, образом жизни. У низших организмов (например губки, гидры, дождевого червя) возможно воссоздание целого организма из небольшой его части. У более высокоорганизованных животных регенерируют отдельные органы, например, у крабов восста-навливаются клешни, у раков, тритонов и пауков — утраченные конечности, у аксолотней, улиток — глаза. У млекопитающих и птиц такие формы регенерации не наблюдаются, но они обладают высокими регенераторными свойствами в отношении обновления молекулярного состава и структурных элементов клеток и органов. Ч. Дарвин отметил общую закономерность: часто травмируемые органы обладают более высокими регенерационными свойствами. Например, хорошей регенерацией обладают кожа и ее производные у млекопитающих. У многих животных сменяется шерстный покров, его густота и защитная окраска зависят от сезона года. Эксперименты показали, что регенерация у высших млекопитающих не ниже, а в некоторых случаях даже выше, чем у низших животных. На течение регенерации во многом влияет возраст животного. У молодых животных она протекает быстрее и совершеннее, чем у старых, часто наблюдается заживление ран путем полного восстановления. Болезни питания и обмена, недостаток питательных веществ, витаминов и микроэлементов, напряженная работа, различные болезни и истощение животных снижают скорость заживления ран, способствуют развитию длительно не заживающих ран и язв. При недостатке витамина С и под влиянием ионизирующей радиации плохо формируются парапластические субстанции, отмечается склонность к кровоизлияниям. Расстройства крово- и лимфообрашения осложняют течение регенерации, создают условия для неполноценной регенерации. Важную роль в качестве регенерации играет состояние нервной, гормональной и иммунной систем.
Морфогенез и классификация. По механизму развития восстановление структуры и функции может происходить на молекулярном, субклеточном, клеточном, тканевом и органном уровнях. Самая древняя в эволюционном отношении и наиболее универсальная форма регенерации, свойственная всем без исключения живым организмам, — внутриклеточная регенерация (Д. С. Саркисов, 1987). Она включает в себя биохимическое обновление мо-лекулярного состава клеток (молекулярная, или биохимическая, ре-генерация), ядерного аппарата и цитоплазматических органелл (внутриорганоидная регенерация), увеличение числа и размеров ядерного аппарата и цитоплазматических органелл (митохондрий, рибосом, пластического комплекса и др.). Молекулярная и субклеточная: регенерации протекают с высокой: интенсивностью. (митохондрии печени обновляются в течение 10 дней) и лежат в основе любого вида регенерации.
Клеточная форма регенерации характеризуется размножением клеток митотическим и амитотическим путями и их специализацией. В первую фазу клеточной регенерации происходит размножение молодых, недифференцированных, или камбиальных (от лат. саmbium —— обмен, смена), клеток и внутриклеточных органелл. Их называют стволовыми клетками или клетками-предшественниками. При этом происходят под действием ДНК-полимеразы репликация ДНК, транскрипция (синтез на ДНК под действием ДНК-зависимой РНК-полимеразы информационной РНК), трансляция (списывание информации с иРНК на рРНК), сборка аминокислот для синтеза специфических белков. Во вторую фазу клеточной регенерации вновь образованные юные клетки растут и дифференцируются, приобретают при созревании специфических белков структурно-функциональную специализацию. Этот процесс имеет видовые и тканевые особенности, обеспечивает индивидуальный рост и развитие организма в онтогенезе, зависит от физиологического состояния организма (например, беременности, лактации и т. д.) и внешних условий (климата, времени года), влияющих на особенности регенерационного процесса.
В регенераторном процессе выделяют две стадии: - пролиферация и дифференциация.
Этиология и механизм развития. Различают физиологическую, репаративную регенерации, регенерационную гипертрофию и патологическую регенерацию.
Физиологическая регенерация — восстановление элементов клеток и тканей в результате их естественного отмирания. Живой организм непрерывно в течение жизни в процессе роста и развития самообновляется вследствие разрушения старых и воспроизведения новых структур. А. Н. Студитский в жизнедеятельности тканей различает два состояния: рабочее и пластическое. Пластические процессы, происходящие в тканях при нормальной их жизнедеятельности и обеспечивающие постоянное их самообновление, называются физиологической регенерацией. Ее результатом является полное восстановление утраченных структурных элементов, т. е. реституция (от лат. restitutio -восстановление). Физиологическая регенерация интенсивно протекает во всех органах и тканях. Так, например, ежедневно подвергаются естественной деструкции примерно '/зо эритроцитов и '/; лейкоцитов. Постоянно обновляются покровный эпителий кожи и слизистых оболочек пищеварительного, респираторного и мочеполового трактов; железистый эпителий печени, почек, поджелудочной железы, других эндокринных и экзокринных органов; клетки серозных и синовиальных оболочек, а также других органов. На интенсивность и качественные особенности физиологической регенерации влияют возраст животного, физиологическое состояние, внешние условия (кормление, содержание, использование).
Репаративная или восстановительная регенерация (от лат. reparatio — возмещение) - это восстановление структурных элементов клеток и тканей в результате их патологической гибели. В ее основе лежат физиологические закономерности, но в отличие от физиологической регенерации она протекает с различной интенсивностью и характеризуется замещением новыми субклеточными, клеточными и тканевыми структурам, повреж-денным воздействием различных патогенных факторов частей организма. Репаративные процессы наблюдаются при травмах, в дистрофически и некротически измененных органах и тканях. В зависимости от степени повреждения органа исходом репаративной регенерации может быть не только полное восстановление или реституция (от лат. restitutio — восстановление) поврежденной или утраченной части органа или ткани (как при физиологической регенерации), заживление раны по первичному натяжению, но и неполное восстановление или замещение (substitio), например образование соединительной ткани взамен утраченной (заживление раны по вторичному натяжению с образованием плотной рубцовой ткани).
Регенерационная гипертрофия (от греч. hypег - много, (throphе — питание) - возмещение исходной массы органа погибшей за счет увеличения сохранившейся его части или других органов без восстановления формы органа. Утраченная или искусственно удаленная часть органа не восстанавливается, а размножение клеток происходит внутри оставшейся части органа. Эта форма регенерации характерна для многих внутренних паренхиматозных органов: печени, почек, селезенки, легких, миокарда и др. При этом обычно с возмещением массы восстанавливается и функция органа, за исключением крупных сосудов, неполное замещение дефекта которых не равнозначно восстановлению их функции. Внутренние органы обладают большими возможностями регенерации. Но никогда не наблюдается восстановление формы селезенки. При этом если масса селезенки увеличивается в 5 раз, то число лимфоидных узелков возрастает только в 2,5 раза, хотя соотношение между красной и белой пульпой сохраняется. То же самое наблюдается и в печени. В морфологическом отношении репаративная регенерация и регенерационная гипертрофия проявляются в трех формах:
- регенерационная гипертрофия — преимущественно в форме клеточной регенерации (гиперплазии клеток). Такая форма регенерации свойственна костному мозгу, покровным тканям, соединительной ткани и др.
- регенерационная гипертрофия — преимущественно или исключительно в форме внутриклеточной регенерации (гиперплазии) специфических ультраструктур и увеличения размеров клеток (сердечная мышца, ганглиозные клетки нервной системы и т. д.);
- смешанная форма — сочетание клеточной и внутриклеточной регенерации (печень, почки, легкие, скелетные и гладкие мышцы, органы вегетативной нервной и эндокринной систем и др.).
Таким образом, приведенные выше новые данные о регенерации опровергают устаревшие формальные представления о том, что чем выше организовано животное, тем хуже у него протекает регенерация, а также об угасании регенеративной способности у более высокодифференцированных тканей. Все органы и ткани живых организмов обладают свойством регенерации независимо от вида животного, структурно-функциональной специализации, но формы регенерации их различны. Разделение органов по форме регенерации зависит от эволюционных фило- и онтогенетических особенностей, вида и структурно-функциональной специфики органа или ткани. Преобладание клеточной формы регенерации костного мозга определяется морфофункциональными особенностями обновления клеток крови как своеобразной жидкой ткани. Для эпителия покровных тканей (кожа, слизистые и серозные оболочки) эта форма регенерации обеспечивает целостность соответствующих покровов. Исключительная внутриклеточная регенерация ганглиозных клеток нервной системы, как и преимущественная внутриклеточная регенерация миокарда, связана с интенсивным характером молекулярной регенерации, отсутствием условий для деления клеток в этих органах. Регенерационная гипертрофия является наиболее поздней формой регенерации в эволюционном отношении, быстро проявляется и обладает большим регенерационным потенциалом.
Патологической регенерацией называется такой вид регенерации, при которой нарушается и даже извращается нормальное течение регенерационного процесса. Причинами атипичного течения физиологической, репаративной регенераций или регенерационной гипертрофии являются общие и местные нарушения условий для проявления потенциальных возможностей регенерации. К ним относятся нарушения ин-нервации, нервной трофики, гормональной, иммунной и функциональной регуляции регенерационного процесса, голодание, инфекционные и инвазионные болезни, радиационные поражения. Патологическая регенерация характеризуется изменением темпов (скорости) регенерации или качественным извращением восстановительного процесса. Она выражается в трех формах:
- задержкой темпов регенерации с недостаточным образованием регенераторного продукта. Примерами неполноценной регенерации могут быть долго не заживающие раны в очаге хронического воспаления, длительно текущие язвы, дистрофические процессы в паренхиматозных органов и др.;
- избыточная продукция неполноценного регенерата (грибовидная, или фунгозная, язва с опухолевидным образованием грануляционной ткани, избыточное образование соединительной ткани (келоид), избыточная костная мозоль при заживлении перелома кости и т.д.);
- качественно извращенный характер регенерации с возникновением нового в отношении состава тканей регенерата, с превращением одного вида тканей в другой, а иногда переход в качественно новый патологический процесс (опухолевый).Гистологические и цитологические изменения при патологи-ческой регенерации характеризуются появлением патологических форм митозов и амитозов (неравномерное деление и расхождение хромосом с образованием неправильных фигур митозов-асимметричные, многополюсные, абортивные митозы; неполное и мультиполярное деление ядер при амитозе, образование многоядерных, или гигантских, клеток за счет неполного их слияния или, наоборот, карликовых клеток и т. д.). На тканевом уровне отмечают нарушение смены фаз пролиферации и дифференцировки, недостаточную зрелость клеточных и тканевых элементов, их морфофункциональную неполноценность.
ГИПЕРТРОФИЯ И ГИПЕРПЛАЗИЯ
Гипертрофией (от греч. hyper — много, throphe— питание) и гиперплазией (от греч. plasso— образую) называются компенсаторно-приспособительные процессы, причинно обусловленные повышенным функциональным напряжением, проявляющиеся увеличением количества структурных элементов (гиперплазия) или величины структурных элементов (гипертрофия) и соответственно усилением их функции. Структурно-функциональные изменения при гипертрофии и гиперплазии связаны с повышением интенсивности обмена веществ. В основе этих процессов лежат усиленное питание и повышенная функция нормально развитого органа. Если увеличивается специализированная ткань органа, то развивается истинная гипертрофия или гиперплазия. Увеличение органа за счет соединительной, жировой ткани или объема полости определяется как ложная гипертрофия. Врожденное увеличение органа, связанное с развитием порока (гигантизм организма, органа или ткани), как возрастной рост и развитие к гипертрофии не относят. При гипертрофии клеток происходит гиперплазия внутриклеточных органелл (ядрышек, ядер, митохондрий, рибосом, цитоплазматической сети, пластинчатого комплекса, лизосом и р.),а при гиперплазии клеток, тканей и органов отмечают отдельные гипертрофированные структурные элементы (например, полиплоидные и многоядерные клетки). Установлено, что в одних органах и тканях преобладает гипертрофия с внутриклеточной гиперплазией (миокард, скелетные мышцы, нервная ткань), в других — гиперплазия клеток (костный мозг, лимфоузлы и селезенка, соединительная ткань, покровный эпителий кожи и слизистых оболочек) или сочетание гипертрофии с гиперплазией (печень, почки, легкие и др.).
Классификация, причины и морфогенез. По происхождению и механизму развития различают физиологическую и патологическую гипертрофии (гиперплазии).
Физиологическая гипертрофия возникает в результате усиления функции органов под влиянием естественных причин в физиологических условиях. Объем и масса органов увеличиваются в здоровом организме при усиленной его работе. Например, гипертрофия сердца и скелетных мышц при напряженной физической работе (лошади, ослы, волы) и у спортивных животных; гипертрофия молочной железы (до 70 кг более) у высокопродуктивных молочных коров в результате раздоя, увеличиваются и другие органы. Физиологическая гипертрофия матки и молочных желез наблюдается при беременности и лактации. Для физиологической гипертрофии характерны усиление деятельности генетически обусловленных механизмов нервно-гормональной регуляции, повышение интенсивности дыхания, питания и обмена веществ, морфофункциональные изменения соответствующих органов и тканей.
Патологическая гипертрофия возникает в результате усиления работы органа или ткани под воздействием чрезмерных нагрузок в патологических условиях. Для развития патологической гипертрофии характерно становление нового уровня нервно-гормональной регуляции и обменных процессов в больном организме. В зависимости от причин и механизма развития выделяют рабочую (компенсаторную), викарную (заместительную), гормональную, вакатную гипертрофии и гипертрофическое разрастание.
Рабочая (компенсаторная) гипертрофия развивается в результате усиленной работы органа при болезнях и травмах. Возникающие в тканях дефекты создают для сохранившихся структур органа повышенную функциональную нагрузку, определяющую возникновение и развитие гипертрофии и гиперплазии. Как компенсаторное явление наблюдают гипертрофию сердечной мышцы при врожденных и приобретенных пороках (например, гипертрофия левой половины сердца при недостаточности или стенозе двух-створчатого клапана, полулунных клапанов аорты), гипертрофию правого сердца при затруднениях в малом круге кровообращения (при недостаточности или стенозе трехстворчатого клапана, полулунных клапанов легочной артерии, при хронической пневмонии, эмфиземе и других пневмопатиях); гипертрофию печени и почек при повышенном белковом кормлении; гипертрофию мочевого пузыря при простатите и сужении мочеиспускательного канала; гипертрофические процессы в желудочно-кишечном тракте и др. Викарная (заместительная) гипертрофия развивается в сохранившейся части органа при необратимом повреждении какого-либо его участка или в одном из парных органов (почки, легкие, надпочечники и лр.) при односторонней атрофии и атрофическом циррозе, а также после оперативного удаления. Викарная гипертрофия — одна из форм рабочей или регенерационной гипертрофии, в развитии которой важную роль играют усиленная функциональная нагрузка на оставшийся орган, метаболические, рефлекторные и гормональные факторы.
Гормональные гипертрофия и гиперплазия возникают при нарушении функции эндокринных органов, например, при дисфункции яичников может развиваться железисто-кистозная гиперплазия эндометрия; при кастрации гипертрофируется жировая клетчатка, появляются признаки ожирения. Аденома гипофиза сопровождается увеличением объема конечностей и выступающих частей скелета, в частности лицевой части черепа, акромегалией. В патологическом отношении гормональная гипертрофия и гиперплазия носят коррелятивный характер (коррелятивные гипертрофия и гиперплазия), выступают в качестве компенсаторных реакций на существенные изменения в гормональном гомеостазе, в выравнивании которого важную роль играют нейрогуморальные факторы (нейрогуморальная гипертрофия). Вакатная гипертрофия (от лат. –vacuum- пустующий) характеризуется разрастанием соединительной, жировой или другой ткани при атрофии какого-либо органа. Например, частичное замещение скелетных мышц соединительной и жировой тканью при стойловом содержании и откорме животных; паренхимы молочной железы в период сухостоя (жировое вымя); вакатная гипертрофия околопочечного жира при атрофии почки ит. д.
Гипертрофическое разрастание с увеличением тканей и органов возникает в результате хронических физических или химических воздействий, расстройств крово- и лимфообращения и воспаления. Длительный застой лимфы в конечностях вызывает избыточный патологический разрост соединительной ткани, появление слоновости конечностей. При гипертрофическом циррозе печени наблюдается одновременное разрастание опорно-трофической соединительной ткани и специализированного железистого эпителия органа и т. д.
Макроскопические изменения органов и тканей при гипертрофии и гиперплазии проявляются увеличением их в размере. Увеличиваются объем и масса органа которые определяются при соответствующих измерениях. При этом гипертрофированные органы плотные, имеют интенсивную (полнокровную) окраску, в большинстве случаев сохраняют свою форму, конфигурацию и очертания.