14.2. 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 микрокопии 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.

		П ОВРЕЖДЕНИЕ
Н арушение функции части элементов системы
Внутри- и внесистемные стимулы
Компенсаторная гиперфункция неповрежденных элементов
	Избыточный расход энергии
Дефицит энергии	Активация гликолиза			Увеличение Н – ионов
Активация структурных генов	С интез онкопротеинов			Э кспрессия С – онкогенов
Синтез структурных белков	Гиперплазия и рост ключевых структур клетки

Рис. 14.1. Схема механизма 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 внутриорганных 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 и стресс-лимитирующих систем 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.