Структурный след адаптации, кросс-адаптация

Следует иметь в виду, что состояние адаптированности биосистемы к тому или иному средовому фактору, или комплексу факторов сопровождается развитием феномена кросс-адаптации. Для этого состояния характерна активация одних и депрессия других регуляторных и гомеостатических систем. Морфо-функциональные изменения, которые возникли в результате адаптации, называются структурным следом адаптации.

При адаптации к гипоксии, например, происходят изменения в структуре легочной ткани, т.е. в той системе, которая первой реагирует на воздействие неблагоприятного фактора. Структурные изменения, которые произошли в системах транспорта и утилизации кислорода называются системным структурным следом адаптации  след именно в той системе, которая оказалась в фокусе воздействия того или иного фактора на организм. При действии на организм, например, ксенобиотиков (чужеродные вещества, к которым относятся большинство лекарственных препаратов) роль системы, специфически ответственной за их биотрансформацию (разрушение, удаление), играет система микросомального окисления, которая локализована в клетках печени и функционирует при участии цитохрома Р-450. На срочном этапе адаптации эта система перерабатывает лишь определенное количество ксенобиотика, однако, при длительном приеме препаратов увеличение числа и активности микросомальных ферментов приводит к повышению устойчивости к вводимому веществу. На этот вариант адаптации следует обратить внимание, потому что, в условиях клиники он диктует необходимость увеличения дозы лекарственного препарата, либо его замены.

Формирование системного структурного следа в легких (при адаптации к гипоксии), скелетных мышцах (при адаптации к физической нагрузке), печени (при действии ядов и токсинов) приведет к тому, что организм приобретет устойчивость или резистентность к конкретному повреждающему агенту. Такая резистентность называется специфической. Совершенно ясно, что только одна легочная ткань, или клетки печени не в состоянии обеспечить выживание организма и его активность в новых условиях. Доставка кислорода тканям при увеличении только жизненной емкости легких не изменится, если параллельно не произойдет увеличения минутного объема крови, увеличения числа открытых капилляров в легких, увеличения концентрации гемоглобина и числа эритроцитов. Таким образом, изменяется функционирование всего организма в целом, он приобретает резистентность к гипоксии за счет подключения новых звеньев к системе, ответственной за адаптацию и общая мощность этой системы становится намного выше. Представим себе, что адаптированный к гипоксии человек берется за интенсивную физическую работу. Совершенно очевидно, что такая работа на первом этапе окажется для него более легкой, чем для не адаптированного, потому что у адаптированного выше жизненная емкость легких, эффективнее работает миокард, эффективнее переносится кислород к работающим мышцам. Следовательно, адаптировавшись к гипоксии, он одновременно оказался более устойчивым к другому фактору. Такие перекрестные эффекты называются перекрестными или кросс-адаптациями. Далеко не всегда адаптированность к одному фактору увеличивает устойчивость к другому. Продолжим наш пример и посмотрим, каковы результаты работы человека устойчивого к гипоксии по сравнению с другим, умеющим выполнять такую работу: и по количеству выполненной работы и по ее качеству результат будет не в пользу первого, потому, что к выполнению длительной и, особенно, сложной работы тоже происходит адаптация. Эта адаптация заключается не только в повышении выносливости скелетных мышц, но и в формировании новых связей в коре головного мозга. Следовательно, кросс-адаптации могут быть и положительными и отрицательными, могут повышать общую резистентность организма к различным повреждающим факторам и снижать ее. Например, адаптация к гипоксии повышает устойчивость к теплу, потому, что в основе этой адаптации лежит увеличение легочной вентиляции, а устойчивость к холоду по той же причине снижается, потому, что при повышенной легочной вентиляции увеличивается потеря тепла. Итак, кросс-адаптацией называется изменение специфической резистентности организма к определенному фактору на фоне адаптации к другому. Таким образом, рассматривать общую резистентность организма можно только по отношению к определенному повреждающему фактору.

Изменение резистентности организма в процессе адаптации обусловлено тем, что организм приобретает жизнеспособность в конкретных условиях ценой повышения активности и эффективности одних систем и снижения активности других. Такое изменение активности происходит благодаря перераспределению энергетических ресурсов для обеспечения работы системы ответственной за адаптацию. Направление энергетических и пластических ресурсов к интенсивно работающей системе осуществляется путем перераспределения кровотока в пользу этой системы. Обеднение некоторых систем происходит потому, что работа главной, в конкретном случае, системы решает вопрос о выживании организма.

Одной из важных особенностей перестройки морфо-функциональных систем, лежащих в основе кросс-адаптации организма является перестройка мембранных структур клеток и изменение чувствительности рецепторов к регуляторным влияниям. Происходит увеличение числа и чувствительности рецепторов к биологически активным веществам, следовательно, повышение реактивности рецепторов в рамках сформировавшейся специфической системы, лимитирующей выживание организма. Итак, в основе кросс-адаптации лежит не только изменение резистентности организма к действующему фактору, но и повышение реактивности одних систем и снижение других.

Рассмотрим подробнее механизм возникновения структурных изменений в органах и системах органов, происходящие в процессе адаптации и гарантирующих надежную долговременную адаптацию. Вам, конечно, хорошо известно, что в основе увеличения числа клеток, размеров клеток и входящих в них органелл, синтеза новых ферментов лежит повышение скорости синтеза и количества нуклеиновых кислот. Уже давно установлено и постоянно подтверждается в новых экспериментах, что темп синтеза ДНК и РНК прямо пропорционален интенсивности функционирования структуры. Выяснилось, что ключевым звеном, активирующим синтез РНК, является снижение концентрации АТФ в интенсивно работающей клетке. В связи с этим важно вспомнить о том, что АТФ в клетке используется как на восстановление ионных градиентов и возбудимости клетки, так и на выполнение ею специфической функции: сокращение, трансэпительальный перенос, секрецию. Следовательно, чем интенсивнее функционирует клетка, тем выше расход АТФ. Оказалось, что гипертрофию клеток можно вызвать любыми воздействиями, которые снижают в ней концентрацию макроэргических фосфатных соединений. Чрезвычайно важно то, что ни повышение транспорта аминокислот, ни доставка глюкозы в клетку не приводят к активации генетического аппарата. Следовательно, доставка пластического материала является необходимым, но не достаточным условием повышения синтетических процессов в клетках. Только повышение интенсивности функции клетки является тем обязательным процессом, который открывает доступ к генетическому аппарату. Этот доступ достаточно глубок: увеличивается не только интенсивность синтеза информационной РНК и, следовательно, белка, но увеличивается количество доступных участков ДНК для транскрипции, т.е. количество активных генов на единицу массы клетки.

Энергетический баланс клетки и концентрация фосфорных макроэргических соединений  не единственный регулятор генетического аппарата клеток. Мощным индуктором процессов транскрипции является ц-АМФ, вторичный, внутриклеточный посредник большого числа гормонов и биологически активных соединений. Следовательно, активация нервной и гуморальной регуляции, стимуляция клетки тоже приводит к увеличению синтеза РНК и белка. Есть еще несколько метаболитов  регуляторов, которые являются кандидатами на роль активаторов транскрипции, не будем их перечислять, но отметим одну принципиальную деталь  все эти метаболиты являются строго внутриклеточными регуляторами, не покидают клетку и не выходят в кровь. Этот факт свидетельствует о том, что все структурные изменения происходят именно в клетках той системы, на которую ложится максимальная нагрузка в процессе адаптации к конкретному фактору.

Рассмотрим некоторые особенности системного структурного следа  тех морфологических изменений, которые позволяют системе функционировать на новом уровне и лежат в основе долговременной адаптации.

1. Формирование системного структурного следа обеспечивает увеличение физиологических возможностей доминирующей системы не за счет глобального роста массы ее клеток, а за счет роста именно тех клеточных структур, которые лимитируют функцию данной системы. Таким образом, повышается эффективность работы системы, обеспечивающей адаптацию. Например, в мышцах при адаптации к физическим нагрузкам на выносливость увеличивается число митохондрий, активность ферментов дыхательной цепи, повышается активность ферментов, ответственных за удаление ионов Ca ⁺⁺, повышается количество Н-цепей миозина, обладающих АТФ-азной активностью. В сердце и сосудах увеличивается число и чувствительность адренорецепторов, что увеличивает реактивность системы и способность реагировать на меньшую дозу катехоламинов. При адаптации к увеличивающимся дозам ядов происходит не просто гипертрофия печени, а возрастает активность ферментов, разрушающих яд.

2. Системный структурный след образуется при адаптации к самым различным факторам окружающей среды и конкретные морфологические изменения специфичны для каждого из повреждающих факторов. Так, например, при адаптации к физической нагрузке это и гипертрофия двигательных нейронов, и образование новых временных связей между этими нейронами, и умеренной гипертрофией миокарда, ростом АТФ-азной активности миозина, увеличением числа коронарных капилляров, гипертрофией скелетных мышц и увеличением в них числа митохондрий. Последняя особенность имеет принципиальное значение, потому, что увеличивает эффективность утилизации кислорода. При адаптации к длительному и интенсивному действию холода структурный след выражается в гипертрофии симпатических нейронов и ткани щитовидной железы, увеличении числа митохондрий в скелетных мышцах и бурой жировой ткани. В процессе высших адаптационных реакций организма  приобретение новых навыков, изменение поведения  структурный след представляет собой новые временные связи в коре головного мозга. Временные связи  это увеличение количества медиатора, повышение возбудимости нейронов за счет увеличения синтеза рецепторов, увеличение числа шипиков на дендритах, новые транспортные белки, переносящие медиатор от тела клетки к синапсу  эти изменения обусловлены синтезом белка. Временные связи это условные рефлексы, сложные системы условных рефлексов, это наша память, наши знания, умения, которые позволяют работать на новом профессиональном уровне. Следует отметить, что непосредственно после своего возникновения новые связи не прочны, легко исчезают, затормаживаются. Для их закрепления требуется, время и повторение. Таким образом, формируется адаптация к потоку информации.

3. Системный структурный след почти всегда содержит некоторые избыточные компоненты, которые влияют на резистентность организма не только к тому фактору, к которому шла адаптация, но и к другим. Если при этом резистентность к другому фактору возрастает  это положительная кросс-адаптация, а если снижается  отрицательная. Некоторые примеры перекрестных адаптаций мы уже привели, рассмотрим еще два: при адаптации к холоду увеличение мощности системы, ответственной за теплопродукцию может сочетаться с поражением печени, в результате снижается резистентность к химическим факторам. Адаптация к чрезмерным физическим нагрузкам может нарушить эффективность системы иммунитета и снизить резистентность к простудным инфекциям.

Итак, системный структурный след является морфологической основой изменения функции и полноценной адаптации. Изменение структуры невозможно без обращения к генетическому аппарату клеток и синтеза новых строительных и ферментативных белков. Вместе с тем, изменение структуры требует не только активации генетического аппарата клетки, но и доставки необходимого энергетического и строительного материала.

Попытаемся схематично представить основные этапы адаптации.

Воздействие повреждающего фактора, который может изменить уровень одного или нескольких параметров внутренней среды организма.

Срочная адаптацияфункционирование организма на пределе функциональных возможностей, обусловленная предельным напряжением системы, обеспечивающей адаптацию к данному фактору.

Активация генетического аппарата клеток системы, обеспечивающей адаптацию к данному фактору. Включение системы, открывающей доступ к энергетическим ресурсам организма.

Долговременная адаптация изменение структуры доминирующей системы структурный след адаптации
Системный структурный след (изменение в строении и функции системы, ответственной за адаптацию) и повышение специфической резистентности, устойчивости к данному, повреждающему фактору.	Структурный след в других системах организма, который изменяет неспецифическую резистентность организма, его устойчивость или неустойчивость к другим факторам кросс-адаптации

Цена специфической адаптацииизнос системы, ответственной за адаптацию, истощение энергетических и структурных резервов.

Удаление повреждающего фактора

Неспецифическая цена адаптации нарушение деятельности систем, непосредственно не связанных с адаптацией к данному фактору.

Реадаптация

Дизадаптация

В следующем разделе рассмотрим ряд положений о так называемой плате за адаптацию, которая является практически неотъемлемой часть любого адаптационного процесса.