2. Механизм формирования системного структурного следа.

Механизм активации генетического аппарата при гиперфункции клетки стал предметом детальных исследований. Возникающая на первом этапе после повреждения клетки компенсаторная гиперфункция закономерно увеличивает расход АТФ в клетках компенсирующей системы, и на некоторое короткое время ре-синтез АТФ отстает от ее расхода. Это временное нарушение энергетического баланса влечет за собой снижение концентрации высокоэргических соединений и увеличение концентрации продуктов их распада. Возрастает величина отношения:

([АДФ] • [креатин] • [фосфат неорганический]) / ([АТФ] • [креатинфосфат]),

где в числителе — концентрация продуктов распада фосфорных соединений, а в знаменателе — концентрация самих этих соединений.

Изменение концентраций этих веществ через механизм сопряжения окисления с фосфорилированием влияет на ре-синтез АТФ в митохондриях. При гиперфункции снижение концентрации высокоэргических соединений влечет за собой усиление окислительного ресинтеза АТФ в митохондриях; при этом концентрации креатинфосфата и АТФ перестают уменьшаться и стабилизируются на определенном, несколько сниженном по сравнению с нормой уровне; в результате достигается энергетическое обеспечение срочной компенсации. Однако эта компенсация при сниженной концентрации высокоэргических соединений ненадежна, т. к. любая дополнительная нагрузка может привести к нарушению неустойчивого энергетического баланса клеток и системы в целом. Последующее развитие процесса обусловлено тем, что снижение концентрации высокоэргических соединений влияет не только на окислительный ре-синтез АТФ, но через систему специализированных внутриклеточных механизмов регулирует активность генетического аппарата клетки. Вызванное гиперфункцией снижение концентрации АТФ активирует синтез нуклеиновых кислот и белков и приводит к увеличению массы структур. При этом прежде всего увеличивается масса митохондрий, т. е. возрастает мощность системы, где происходит ре-синтез АТФ. В результате концентрация АТФ и креатинфосфата приближается к нормальному уровню, синтез нуклеиновых кислот и белков в увеличившейся массе клеток также приближается к нормальному уровню — устанавливается устойчивая долговременная компенсация. Механизм саморегуляции, посредством которого дефицит энергии устраняется за счет активации генетического аппарата клетки и образования митохондрий, представлен на схеме 1.

Схема 1. Внутриклеточное звено компенсации. Повреждение через высшие регуляторные механизмы вызывает гиперфункцию органа. Механизм саморегуляции в клетке можно представить следующим образом: гиперфункция клеток органа приводит к увеличению использования креатинфосфата и АТФ. Отношение концентраций продуктов распада креатинфосфата и АТФ к концентрации самих этих соединений (обозначенное как регулятор фосфорилирования— РФ) возрастает; возросшая величина РФ активирует дыхание и сопряженное с ним окислительное фосфорилирование митохондрий (пунктирный контур I). Возросший ресинтез АТФ прекращает дальнейшее снижение концентрации АТФ в клетке — срочная компенсация оказывается обеспеченной. В дальнейшем возросшая величина РФ, действуя опосредованно через фактор-регулятор (промежуточное звено), активирует генетический аппарат клетки, увеличивает скорость транскрипции РНК и тем самым вызывает рост клеточных структур. Развивается компенсаторная гипертрофия — основа устойчивой долговременной компенсации (пунктирный контур II).

Главный момент срочной и долговременной компенсации состоит в том, что тот же самый параметр РФ приводит в действие другой, более сложный, механизм регуляции опосредованно — через некоторое промежуточное звено, обозначенное на схеме как фактор-регулятор, который контролирует активность генетического аппарата клетки, определяет скорость синтеза нуклеиновых кислот и белков. Следовательно, при гиперфункции возросшая величина РФ через фактор-регулятор активирует синтез нуклеиновых кислот и белков, в результате происходит рост внутриклеточных структур, развивается компенсаторная гипертрофия или гиперплазия клеток. Снижение функции и величины РФ влечет за собой противоположный результат — атрофию от бездействия.

Эти факты свидетельствуют, что величина РФ определяет не только синтез АТФ, но и активность генетического аппарата клетки, т. е. образование клеточных структур.

Величина РФ оказывает влияние на генетический аппарат клетки не сама по себе, а опосредованно, через специализированные механизмы клеточной регуляции. В этом процессе важную роль играют в качестве метаболитов-посредников циклической АМФ алифатические поли-амины, ионы магния; действие этих метаболитов реализуется через систему регуляторных белков клеточного ядра.

Взаимосвязь функции и генетического аппарата клетки реализуется во всех звеньях компенсирующей функциональной системы, обеспечивает формирование системного структурного следа, который увеличивает мощность данной системы, и в результате происходит устранение или уменьшение вызванного повреждением функционального дефекта.

Помимо систем, специфически ответственных за ликвидацию функционального дефекта, при любом повреждении активируются адренергическая и гипофизарно-адреналовая системы, возникает генерализованный синдром стресса, который составляет неспецифический компонент любой адаптационной реакции, и компенсаторной реакции в частности.

Таким образом, системный структурный «след» - комплекс структурных изменений, развивающихся в системе, ответственной за адаптацию, - обладает несколькими чертами, которые имеют определяющее значение для понимания природы адаптации.

Формирование системного структурного «следа» обеспечивает увеличение физиологических возможностей доминирующей системы отнюдь не за счет глобального роста массы ее клеток, а за счет избирательного увеличения экспрессии определенных генов и роста именно тех клеточных структур, которые лимитируют функцию доминирующей системы. Так, при адаптации к физическим нагрузкам на выносливость в скелетных мышцах избирательно в 1, 5-2 раза возрастает число митохондрий, активность цитохромоксидазы и других ферментов дыхательной цепи, при адаптации к гипоксии происходит увеличение числа альвеол в легких и концентрации миоглобина в миокарде и гемоглобина в крови. Таким образом, избирательное увеличение экспрессии определенных генетических комплексов и селективный рост лимитирующих функцию структур - основа формирования системного структурного «следа». Также, при гипоксии организм отвечает бурным синтезом супероксидных радикалов, позволяющих проводить окислительные процессы в организме для обеспечения его энергией. Одновременно при адаптации к высотной гипоксии развивается частичная атрофия супраоптического ядра, ответственного за образование антидиуретического гормона, и клубочковой зоны надпочечников, где образуется альдостерон. В итоге облегчается выделение из организма воды и хлористого натрия, а как следствие — возрастает резистентность ко всем факторам, вызывающим гипертонию. При адаптации к повторным стрессорным ситуациям увеличение мощности стресс-лимитирующих систем, т. е. антиоксидантной системы, системы синтеза простагландинов, ГАМК-ергической, опийидергической систем и т. д., повышает резистентность организма к таким факторам, как ишемия, ионизирующая радиация, и даже к химическим факторам, вызывающим прямое повреждение клеточных структур. Явления такой положительной перекрестной резистентности весьма многообразны и составляют основу адаптационной профилактики многих болезней.