Стресс Лекция 2. Физиология и фармакология стресса

Стресс сформировался у животных и человека как одно из важных и закономерных элементов механизма приспособления. Воздействие любого чрезвычайного фактора вызывает в организме человека два взаимосвязанных процесса:

• мобилизацию физиологических систем, обеспечивающих специфическое приспособление именно к данному фактору (голоду, холоду, физической нагрузке, недостатку воздуха, токсину)

• активацию стандартных, неспецифических реакций, развивающихся при воздействии любого необычного для организма стимула. Эти реакции и составляют сущность процесса, обозначаемого, как стресс-реакция.

Стресс-реакция является обязательным звеном механизма срочной адаптации организма к воздействию любого чрезвычайного фактора. Стресс предшествует развитию стадии устойчивого приспособления адаптационного процесса. Если развивается стадия повышенной сопротивляемости (резистентности) организма к чрезвычайному фактору, то восстанавливается равновесие организма со средой и стресс-реакция прекращается. Если повышенная сопротивляемость организма по каким либо причинам не формируется, то не восстанавливается ситуация гомеостаза, иногда наоборот увеличивается рассогласование между требованиями среды и возможностями организма, то состояние стресса сохраняется.

Давайте вспомним основные структуры головного мозга. Головной мозг можно условно разделить на две части — кору головного мозга и подкорковые образования. На рис. 1 изображена структура мозга и расположение отдельных его частей. Подкорковая часть включает в себя мозжечок (отвечает за координацию движений тела), продолговатый мозг (регулирует сердцебиение, дыхание и другие основные физиологические процессы), средний мозг, мост (регулирует цикл сна) и промежуточный мозг. У промежуточного мозга много функций, включая и регуляцию эмоций. Он состоит из таламуса и гипоталамуса. Таламус передает сенсорные импульсы из других частей нервной системы в кору мозга. Гипотала­мус, ключевая структура стрессовой реактивности, — главный активатор авто­номной нервной системы, которая контролирует такие основные физиологические процессы, как гормональный баланс, температуру тела, сужение и расширение кровяных сосудов.

Лимбическую систему называют «седалищем эмоций». Она отвечает за проявление таких эмоций, как страх, тревожность и радость в ответ на физические и психофизиологические раздражители.

Наконец, существует еще ретикулярная формация. Меж­ду корой и подкорковыми образованиями существуют нервные связи, по которым информация пере­дается в обоих направлениях. «Ретикуляр­ная формация подобна улице с двусторонним движением, по которой передаются сообщения от высших мозговых центров к внутренним органам и мышцам, а так­же стимулы, воспринятые на мышечном или органическом уровне, к коре голов­ного мозга».

Рассмотрим, какие изменения происходят в организме на различных стадиях стресс-реакции.

1 Стадия – общая реакция тревоги (alarm reaction)

Пусковыми факторами развития этой стадии являются:

• воздействия на организм чрезвычайного фактора, нарушающего гомеостаз (боль, холод, дефицит кислорода и другие физические стимулы)

• отклонение от нормального диапазона различных параметров гомеостаза, изменение физиологических показателей организма (pH, артериального давления, температуры тела)

В ответ на этот стимул усиливается поток афферентных сигналов (центростремительные сигналы от периферии к центру), которые изменяют деятельность нервных центров регуляции в коре и подкорке.

В нервных центрах формируется экстренная программа эфферентных сигналов (центробежных, от центра к периферии). Таким образом, активация корковых и подкорковых нервных центров приводит к активации двух систем: симпатической нервной системы и эндокринной системы.

Активация симпатической нервной системы приводит к усилению симпатергических эффектов. Активация эндокринной системы (в том числе гипоталамо-гипофизарно-надпочечниковой, щитовидной, поджелудочной) приводит к повышению содержания в крови и тканях кортикостероидов, катехоламинов, глюкагона, тиреоидных и других гормонов. Следствием этих двух параллельных процессов является гиперфункция многих органов, и именно таким образом поддерживаются параметры гомеостаза в нормальном диапазоне, но это состояние неустойчиво.

Физиологические изменения в организме, наблюдаемые на 1 этапе стресс - реакции:

1. учащение сердцебиения;

2. усиление сердечных сокращений;

3. расширение коронарных артерий;

4. сужение брюшных артерий;

5. расширение зрачков;

6. расширение бронхиальных трубок;

7. увеличение силы скелетных мышц;

8. выработка глюкозы в печени;

9. увеличение продуктивности мыслительной деятельности;

10. расширение артерий, проходящих в толще скелетных мышц;

11. ускорение метаболических процессов.

Эти физиологические изменения обуславливают быструю мобилизацию комплекса различных адаптивных механизмов, которые обеспечивают:

• уход организма от действия повреждающего фактора, выход из экстремальных условий существования

• формирование повышенной устойчивости к неблагоприятному фактору, стрессору

• необходимый уровень функционирования организма даже в условиях продолжающегося воздействия стрессора. Это достигается благодаря ативирующему действию катехоламинов, глюко- и минералокортикоидов, глюкагона, тироидных и ряда гипофизарных гармонов. Они обуславливают мобилизацию и ресинтез энергоёмких соединений, субстратов метаболизма, актиацию пластических процессов и механизмов защиты.

Ключевая роль в этих процессах принадлежит гипоталамо-гипофизарно-надпочечниковой системе. Известно, что при удалении или разрушении у животных гипоталамуса, гипофиза или надпочечников, или блокаде эффектов тех веществ, которые синтезирует эта система, организм животного или не может противостоять стрессору, или его способность к адаптации и противостоянию резко снижена.

Глюкокортикоиды вызывают значительное повышение энергетических запасов (возрастает уровень глюкозы и свободных жирных кислот). Все это происходит для того, чтобы подготовить организм для дальнейшей борьбы со стрессом или бегству от него. Однако чрезмерное выделение глюкокортикоидов приводит к нежела­тельным эффектам, т.е. наступает плата за адаптацию. Одним из наиболее важ­ных изменений является снижение лимфоцитов (вырабатываются вилочковой железой и лимфатическими узлами), которые крайне важны для нормальной деятельности иммунной системы, т.к. их основная функция - уничтожение ино­родных субстанций (например, бактерий). Вследствие этого, резко снижается эффективность иммунных механизмов, одновременно, на данном этапе возрас­тает риск развития инфаркта миокарда за счет спазма сосудов.

Одним из механизмов такого перераспределения веществ в организме является развитие в необходимых рабочих органах повышенного кровоснабжения, и одновременно, снижение кровоснабжения в неактивированных органах и тканях. Так, при значительной повторной физической нагрузке, обуславливающей развитие стресс-реакции, доля минутного объёма крови в функционирующих мышцах возрастает в 4-6 раз по сравнению с состоянием покоя. Одновременно с этим, в подкожной клетчатке, органах брюшной полости, почках объем кровообращения снижается в 5-6 раз. Значительно выраженная или затянувшаяся стрессовая реакция может способствовать развитию в этих органах дистрофических изменений, эрозий, язв и некроза. Такие изменения могут быть в органах желудочно-кишечного тракта, почках, сердце.

Вторая стадия стресса – повышение общей резистентности (сопротивляемости) организма к стрессорным воздействиям (stage of resistence).

По ходу этой стадии нормализуются функционирование органов и систем, интенсивность обмена веществ. Гиперфункционирующие «доминирующие» органы (обеспечивающие развитие повышенной резистентности) активно снабжаются кислородом, питательными веществами, в них увеличен кровоток, объём тканевых жидкостей. Одновременно с этим, повышается кровоснабжение тех органов, которые обеспечивают специфическое недолговременное приспособление организма к данному агенту.

Если причина, вызывающая стресс, продолжает действовать, интенсивность её сохраняется или нарастает, то механизмы общей защиты, приспособления и компенсации становятся недостаточными, развивается следующая стадия стресс-реакции.

Третья стадия стресса – истощение (stage of exhaustion) – происходит расстройство механизмов нервной и гуморальной регуляции, доминированием катаболических процессов в тканях и органах, нарушением их функционирования. В конечном итоге, снижается общая резистентность и приспособляемость организма, нарушается его жизнедеятельность.

Затяжное, повторное или нарастающее по силе действие чрезвычайного фактора приводит к расстройству механизмов регуляции органов и их систем, что выражается в следующем: неэффективный расход кислорода и питания в клетках, дисбаланс биологически-активных веществ и их эффектов, гиперфункция клеток, избыток ионов кальция в клетках, следовательно, повреждение клеточных мембран, структур.

Повышенный уровень катехоламинов, глюкокортикоидов, вазопрессина, соматотропного гармона вызывает избыточную активацию липазы, фосфолипазы, в результате повреждаются липидсодержащие компоненты мембраны клеток, расположенные в них ферменты, а вследствии этого, расстраиваются трансмембранные и внутриклеточные процессы.

Затяжная или интенсивная стресс-реакция сопровождается избыточным накоплением в клетках (особенно мышечных) ионов кальция и натрия, а это обуславливает нарушение формирования потенциалов покоя и потенциалов действия, с помощью которых осуществляется передача импульса (нервного или мышечного) от клетки к клетке.

Типы стресс-реакций: стресс-реакция может быть адаптивной или патогенной. Если активация функций органов и их систем у человека в условиях действия стрессорного агента предотвращает отклонение параметров гомеостаза за пределы нормального диапазона, а чрезвычайный фактор характеризуется умеренной силой и продолжительностью воздействия, то формируется состояние повышенной резистентности организма к нему. В подобных случаях стресс-реакция имеет адаптивное значение – она повышает приспособляемость организма как к определённому воздействовавшему на него агенту, так и к некоторым другим (перекрёстная, неспецифическая адаптация).

При действии на организм в этом адаптированном состоянии того же самого чрезвычайного фактора, как правило, не наблюдается расстройство жизнедеятельности. Более того, повторное воздействие стрессорного агента умеренной силы через определённые промежутки времени (необходимые для реализации восстановительных процессов) формируют устойчивую, длительно повышенную резистентность организма к этому и другим воздействиям.

Неспецифическое адаптирующее свойство повторного действия различных стрессорных факторов умеренной силы и продолжительности (гипоксии, физической нагрузки, охлаждения, перегревания и других) спользуют для искусственного повышения устойчивости организма к стрессорным факторам и предупреждения их повреждающего действия. С этой же целью в медицине проводят курсы «неспецифических лечебно-профилактических процедур»: обливание прохладной или горячей водой, душ, физические нагрузки, периодические воздействия гипоксией в барокамерах.

В процессе эволюции в организме человека появились механизмы, кото­рые препятствуют развитию стресс - реакции или снижают ее побочные отри­цательные воздействия на органы - мишени. Такие механизмы получили назва­ние стресс - лимитирующие системы или системы естественной профилактики стресса.

1. ГАМК - эргическая система. Гамма-аминомасляная кислота (ГАМК) продуцируется многими нейронами ЦНС, в том числе и тормозными. Под влиянием ферментов ГАМК превращается в мозге в ГОМК (гамма-оксимасляная кислота), которая способна тормозить деятельность многих структур мозга, в том числе и гипоталамуса. В результате не происходит запус­ка стресс - реакции.

2. Эндогенные опиаты (энкефалины, эндорфины, динорфины). Обра­зуются из бета-липотропина в гипофизе под влиянием стресса. Эти вещества вызывают эйфорию, снижают болевую чувствительность, повышают работо­способность, увеличивают возможность выполнения длительной мышечной ра­боты, снижают чувство тревоги. В целом, эти вещества снижают психогенные реакции человека на раздражители, уменьшая интенсивность эмоциональной реакции, запускающей стресс - реакцию.

3. Простогландины (преимущественно группы Б). Их продукция возрастает при стрессе, в результате чего снижается чувствительность ряда тканей к действию катехоламинов. Особенно это выражается в отношении чувствительности нейронов центральной нервной системы к норадреналину. Таким об­разом, простогландины снижают выраженность стресс - реакции.

4. Антиоксидантная система. Как отмечалось ранее, при действии глюкокортикоидов активируется перекисное окисление липидов, следствием чего является образование свободных радикалов, которые приводят к актива­ции многих биохимических реакций в клетках, что нарушает ее жизнедеятель­ность (плата за адаптацию). Однако, в организме есть эндогенные «тушители» этих свободно радикальных процессов, которые получили название антиоксиданты. К ним относят витамин Е, серусодержащие аминокислоты (цистин,цистеин), фермент супероксиддисмутаза.

5. Трофотропные механизмы. Активация парасимпатической нервной системы во время стресс - реакции представляет собой важнейший механизм зашиты от побочных эффектов глюкокортикоидов и других участников стресс - реакции.

Следует отметить, что помимо запуска этого защитного ме­ханизма естественным путем (неокортекс гипоталамус парасимпатические центры ствола мозга исакрального отде­ла спинного мозга), существует возможность искусственного повышения активности парасимпатической системы, что можно использовать в качестве профилактики борьбы со стрессом. Тонус парасимпатической нервной системы по­вышается при умеренной физической нагрузке, мышечной релаксации или медитации. Медитация представляет собой различные формы сосредоточения - повторение отдельных слов или фраз («мантра»), повторение физических действий, например, дыхательные движения с концентрацией внимания на них, зрительная концентрация, сосредоточение на ка­кой- то парадоксальной проблеме (например: как звучит хлопок одной ладони?). К повышению активности парасим­патического отдела ВНС приводит переход на диафрагмальное дыхание. Реберное и ключичное дыхание активизирует симпатическую нервную систему.

Принципы медикаментозной коррекции стресс-реакции

Фармакологическая коррекция стресс реакции базируется на двух главных принципах:

1. Оптимизация функций стресс-инициирующих систем (симпатоадреналовой, гипатоламо-гипофизарно-надпочечниковой). У различных людей исходный уровень активности указанных систем характер реагирования на стрессорные агенты различны. В связи с этим, возможно развитие неадекватных реакций: либо чрезмерных, либо недостаточных. В большой мере выраженность этих реакций зависит от эмоционального восприятия ситуации в целом.

С целью предупреждения неадекватных стрессорных реакций применяют транквилизаторы разных классов, которые способствуют устранению состояния психастении, раздражительности, напряженности, страха, они препятствуют развитию неадекватных по выраженности, длительности и характеру стресс-реакций. Для оптимизации состояния симпатоадреналовой и гипоталамо-гипофозарно-надпочечниковой системы, используют препараты, блокирующие их эффекты (адренолитики, адреноблокаторы, «антогонисты» корикостероидов), либо потенцирующие их (катехоламины, глюко- и минералокортикоиды)

2. Коррекция процессов, развивающихся в тканях и органах при стресс-реакции. Это достигается двумя путями:

активация центральных и периферических антистрессорных механизмов (например, с помощью препаратов ГАМК, ГОМК, антиоксидантов, простагландинов, аденозина или стимуляцией их образования в тканях)

блокированием механизмов повреждения клеток и неклеточных структур: нарушением их энергообеспечения, альтерацией мембран и ферментов, дисбалансом ионов и жидкости, изменением генетической программы клеток и механизмов её реализации, расстройством местных механизмов регуляции (например, путём применения энергоёмких субстратов, мембраностабилизаторов, антиоксидантов, буферных систем, нейромедиаторов, ферментов, цитокинов, генноинженерных технологий).

Применение фармакологических средств обеспечивает профилактику или коррекцию негативных сдвигов в функциональном состоянии, улучшает общее самочувствие и повышает работоспособность личного состава ПСФ, осуществляющего свою профессиональную деятельность в условиях чрезвычайных ситуаций.