Компенсаторно-адаптационные реакции
Определение. Компенсаторно-адаптационныее реакции — реакции, направленные на оптимальное функционирование организма в условиях изменения внешней или внутренней среды.
Адаптация (приспособление) к изменяющимся условиям существования происходит путем компенсации, то есть уравновешивания недостаточности функции изменившихся под действием неких факторов структур более активным или измененным функционированием других, неповрежденных структур. Если под действием какого-либо фактора внешней или внутренней среды происходит повреждение органа, то для возмещения образовавшегося дефекта и нормализации функции требуется усиленная работа сохранившихся его частей и даже других органов родственных ему в функциональном отношении.
Встречаемость. Проявления компенсаторно-адаптационных реакций обнаруживаются как при любых заболеваниях, так и в здоровом организме.
Например, редкий человек не имеет уплотнений (гиперкератоза) кожи на пальцах стоп (сухих мозолей), что является приспособительной реакцией в условиях ношения тесной обуви. Содержание эритроцитов в крови у курильщика оказывается выше, чем у некурящего: таким образом организм первого приспосабливается к тому, что его хозяин регулярно использует часть своего гемоглобина не по назначению, а для превращения его в карбоксигемоглобин при вдыхании с табачным дымом угарного газа.
Классификация.Приспособления к изменяющимся условиям внешней среды происходят на биоценотическом, популяционном, организменном, системном (имеется в виду система органов), органном, тканевом, клеточном, субклеточном, молекулярном уровнях. Патологическая анатомия изучает адаптацию на системном, органном, клеточном и субклеточном уровнях.
Различают адаптацию срочную и долговременную. В случае внезапно возникшей необходимости организм включает имеющиеся в его распоряжении резервы, резко повышающие функциональные возможности той или иной системы или всего организма.
Резервные возможности здорового организма чрезвычайно велики и изучены лишь в малой степени. Так, например, достоверно зафиксирован случай, когда в США преступник, убегавший от преследовавших его полицейских, перепрыгнул с крыши одного дома на крышу другого и убежал. Расстояние, преодоленное беглецом, оказалось больше, чем рекорд мира по прыжкам в длину на то время, хотя было известно, что этот человек никогда систематически не занимался спортом. В Калифорнии старушка во время пожара стащила со второго этажа сундук со своим девичьим приданным — этот сундук потом двое крепких мужчин не могли оторвать от земли!
Надежность и резервные возможности организма обусловлены 1) многократным дублированием одних и тех же функций различными системами (например, контроль за тонусом резистивных сосудов путем нервных импульсов и гуморальных факторов) и 2) наличием избыточного количества структурных элементов (например, подсчитано, что для того, чтобы не было печеночной недостаточности, достаточно всего 10% гепатоцитов).
Вместе с тем, понятно, что для систематического напряженного функционирования органа или системы органов никаких оперативных резервов не хватит: нужна долговременная адаптация в виде структурной перестройки, соответствующей новым условиям жизнедеятельности. Изменения, являющиеся проявлением долговременной адаптации, изучает патологическая анатомия, в то время как механизмы срочной адаптации — предмет изучения нормальной и патологической физиологии1.
К проявлениям долговременной адаптации относят:
— гиперплазию и гипертрофию — увеличение размеров клеток, ткани, органа,
— атрофию — уменьшение размеров клеток, ткани, органа,
— регенерацию нормальную и патологическую,
— инкапсуляцию — отграничение здоровых тканей от повреждающего фактора в случае невозможности его устранения.
Аплазия, агенезия (неразвитие органа или его компонентов) и гипоплазия (недоразвитие) носят дизэмбриогенетический характер и к компенсаторно-адаптационным процессам не относятся.
Условия возникновения. Непременным условием развития структурных компенсаторно-адаптационных изменений в организме является длительный или повторяющийся характер патологического воздействия. Например, длительное голодание приводит к структурной перестройке организма в виде атрофии его тканей. Повторяющиеся в течение длительного времени приступы кашля у больного хроническим бронхитом приводят к гипертрофии и гиперплазии гладких мыщц в стенках бронхов.
Воздействия, приводящие к адаптивным структурным изменениям в организме, это:
— стимулирующие факторы (гормоны, тканевые факторы роста в повышенных концентрациях, нервные импульсы), ускоряющие деление клеток и/или интенсифицирующие обменные процессы в тканях;
— недостаток стимулирующих факторов,
— повреждающие факторы, например, действие табачных смол на слизистую оболочку бронхов.
Механизмы возникновения.Регулярное действие на ткани указанных факторов ведет к их адаптивным изменениям, которые в своем развитии проходят 3 фазы: становления, закрепления и истощения.
Фаза становления (аварийная) характеризуется включением всех структурных резервов в ответ на какое-то патогенное воздействие. Было бы неверным полагать, что в эту фазу изменения носят чисто функциональный характер. Например, если в обычных условиях действует закон асинхронности функционирования структурных элементов органа, то в аварийных условиях в функционирование включаются все элементы, что требует временной перестройки кровоснабжения органа, изменения диаметра сосудов, кровенаполнения, открытия анастомозов и т.д., хотя, конечно, эти изменения стуктуры в эту фазу носят временный характер, и исчезают, если воздействие прекращается.
Если воздействие длится долго или регулярно повторяется, то наступает фаза закрепления адаптивных изменений. Возникает перестройка структуры и обмена веществ в органе (ткани), которая обеспечивает наиболее оптимальное выполнение функции в новых условиях. Эта фаза и есть собственно компенсация, во время которой организм (орган, ткань, клетка), несмотря на то, что он поставлен в неблагоприятные условия, функционирует так, как он должен в норме или близко к этому. Такое функционирование можно сравнить с широко улыбающейся артисткой цирка, выполняющей сложный акробатический элемент, хотя все догадываются, каких усилий ей это стоит.
Вместе с тем, любые механизмы имеют свой запас прочности и ресурс, который зависит от их конструкции, эксплуатационных характеристик материалов, из которых они сделаны, и интенсивности и длительности, а также режима их эксплуатации. Применительно к биологическому организму это означает, что длительность фазы закрепления любого адаптивного изменения зависит от конституциональных особенностей организма («пока толстый сохнет, худой сдохнет»), от адекватного поступления в него нутриентов и газов, необходимых для обмена веществ, от возраста человека и от длительности и интенсивности патологического воздействия на орган или ткань (если лампочка будет гореть в режиме перенакала, она быстрее перегорит), а также от степени патогенности фактора — чем он патогенней (например, чем более агрессивное химическое вещество будет действовать на ткань), тем короче будет фаза закрепления компенсаторно-адаптационной реакции.
В конце концов, происходит срыв адаптации, обозначаемый как декомпенсация или фаза истощения компенсаторно-адаптационной реакции. Организм уже исчерпал все своивозможности приспособления к необычным условиям, и функциональная недостаточность органа в этих условиях развивается довольно быстро.
Общеизвестно шутливое высказывание, что двигателем научно-технического прогресса является лень. Все придуманные человечеством приспособления являются прямо или косвенно энергосберегающими. Палку (представляющую собой в данном применении рычаг) и каменный топор первобытный человек взял в руки, чтобы разбить тот же плод, но с наименьшими усилиями. Водопровод древние римляне придумали, чтобы не таскать на себе воду из речки. Компьютер избавляет автора данной книги от многократного переписывания ее от руки при редактировании и т.д. Смысл любой адаптации в биологическом организме сводится к обеспечению оптимального функционирования при минимальном уровне энергетических и пищевых (в конечном счете — тоже энергетических) затрат. Если около 40% вырабатываемой в организме энергии рассеивается в виде тепла, около 30% энергии уходит только на обеспечение работы одного фермента — К+/Na+-АТФазы, то возможности для маневра оказываются явно ограниченными, и энергию приходится расходовать экономно. Поэтому все адаптационные изменения в организме сводятся к тому, чтобы:
1) сохранить целостность органа в условиях его повреждения,
2) если нет возможности устранить повреждающий фактор, то ограничить его повреждающее действие, отгородиться от него,
3) свести до минимума энергозатраты (и, соответственно, затраты питательных веществ) в условиях необычного функционирования.
Говоря о соотношении процессов компенсации и адаптации, следует понимать, что организм достигает адаптации подсистемы высшего уровня путем компенсаторных изменений в подсистемах низшего уровня. Например, адаптация организма к гипоксии в условиях высокогорья достигается компенсаторными изменениями красного костного мозга в виде увеличения его доли по сравнению с желтым костным мозгом и усиления в нем эритропоэза. Адаптация дистального отдела пищевода к забросу в него кислого желудочного содержимого достигается компенсаторной перестройкой ткани слизистой оболочки в этом отделе. Адаптация гепатоцита к необходимости систематически метаболизировать алкоголь проявляется в увеличении в нем объема гладкого эндоплазматического ретикулума, в котором происходит ферментация алкоголя.
Макроскопическая картина. Долговременная адаптация проявляется увеличением, уменьшением органов в объеме или, реже, заметной невооруженным глазом перестройкой составляющих их тканей.
Микроскопическая картина. Наблюдается увеличение, или уменьшение размеров и/или числа клеток в тканях, уменьшение объема клеток, нарушение нормального соотношения различных типов клеток в ткани или появление в ней нетипичных для нее клеток, изменение васкуляризации ткани.
Клинические проявления. Клинические проявления компенсаторно-адаптационных процессов — это всегда некие отклонения от нормального строения органов и тканей, поэтому чаще всего первоначально воспринимаются как патологические, то есть болезненные, в то время как они являются лишь проявлением адаптации организма к условиям болезни или каких-то внешних или внутренних воздействий. Мудрость врача заключается в том, чтобы правильно оценить смысл этих изменений и помочь организму бороться с их первопричиной. Попытаемся сформулировать это так: «Все, что патологическое — ненормальное, но не все, что ненормальное — патологическое». Например, увеличение селезенки, безусловно, не может быть признано нормальным, но в условиях хронической постгеморрагической анемии оно носит не болезненный, а адаптивный характер, поскольку связано с возникновением в ней очагов экстрамедуллярного кроветворения, компенсирующих повышенную потребность организма в эритроцитах. Наличие сухой мозоли на ноге не соответствует представлению о нормальном строении кожи в этой области, но срезание такой мозоли может привести к появлению на этом месте водяной мозоли или эрозии, поскольку увеличение толщины рогового слоя в этом месте до сих пор помогало коже противостоять травмирующему действию пижонских туфелек.
Адаптивную роль тех или иных наблюдаемых в организме изменений не всегда легко оценить, и если в отношении формирования рубца в стенке желудочка сердца на месте инфаркта миокарда понятно, что он компенсирует механическую неполноценность стенки желудочка в этом месте и препятствует ее разрыву, то как быть с адаптивным значением организации тромба, результатом которой является сужение просвета сосуда? А тут надо вспомнить, что компенсация осуществляется для адаптации подсистемы высшего уровня: для сосуда это плохо, а для сосудистой системы и для организма — это безусловное благо, поскольку в противном случае тромб может подвергнуться отрыву с развитием тромбоэмболии или инфицированию и гнойному расплавлению, что будет иметь для больного гораздо худшие последствия по сравнению с сужением одного из сосудов.
Таким образом, компенсаторно-адаптационные изменения являются своего рода отражением соответствующих длительных неблагоприятных воздействий на организм внешних или внутренних факторов. Обнаружить и оценить эти изменения — означает для врача понять определенные звенья патогенеза заболевания, а также помогают ему соблюдать основной принцип медицины «Noli nocere!» при принятии ответственных решений.
Гипертрофия. Гиперплазия
Определение. Гипертрофия1 — это компенсаторно-адаптационная реакция на какое-то воздействие, проявляющаяся увеличением органа за счет увеличения размеров составляющих его клеток. Гиперплазия2 — аналогичная реакция в виде увеличения органа за счет увеличения количества клеток.
В отличие от истинной гипертрофии ложная гипертрофия представляет собой увеличение органа за счет разрастания в нем жировой клетчатки.
Увеличение размеров органов за счет порока их развития (например, мегаколон или долихосигма) или за счет дистрофических изменений (например, большая сальная печень при амилоидозе) к гипертрофии не относится.
Встречаемость. Гипертрофию или гиперплазию можно обнаружить в организме практически любого человека, поскольку нашим органам, как и всем нам, то и дело приходится к чему-то приспосабливаться. Например, практически у всех пожилых людей наблюдается гипертрофия кардиомиоцитов как реакция на хроническую ишемию миокарда, связанную с сужением просвета венечных артерий атеросклеротическими бляшками, которое в большей или меньшей мере есть у людей в этом возрасте. В целом гиперплазия встречается гораздо чаще, чем гипертрофия. Гиперплазии чаще всего имеют дисгормональный характер и наблюдаются в эндометрии, молочных железах, предстательной железе.
Классификация. По механизму развития выделяют следующие виды гипертрофий (гиперплазий).
1. Рабочая гипертрофия (гиперплазия). При ней увеличение размеров органа возникает в результате того, что он длительное время выполняет большую, чем обычно, работу (испытывает избыточную механическую нагрузку). Примерами такой гипертрофии служат утолщение стенки мочевого пузыря за счет мышечной оболочки при нарушении оттока мочи из-за увеличения предстательной железы (рис.56.1) или утолщение костей первых пальцев стоп у балерин, танцующих на пуантах.
2. Гуморальная гипертрофия (гиперплазия). Она возникает при активной стимуляции ткани различными химическими факторами, способными активировать размножение клеток, например, гиперплазия коркового вещества надпочечников при избытке в крови адренокортикотропного гормона. Стимулами, подталкивающими клетки к размножению, как установлено в настоящее время, помимо гормонов могут быть многочисленные факторы пролиферации и колониестимулирующие факторы (т.е. вещества, осуществляющие паракринную стимуляцию клеток), а также антитела (например, гиперплазия щитовидной железы при базедовой болезни). Дисгормональная гиперплазия, которую выделяли раньше как отдельный вид гиперплазии, является наиболее частой и наиболее изученной формой гуморальной гиперплазии.
3. Возместительная гипертрофия (гиперплазия) органа или ткани возникает как результат безвозвратной потери органом части паренхимы, например, гиперплазия оставшихся почечных клубочков при потере организмом других клубочков за счет гиалиноза. Вариантом возместительной гипертрофии является викарная1 гипертрофия, развивающая в парных органах при потере или нефункционировании другого, например, увеличение одной почки при недоразвитии другой.
Гипертрофия (гиперплазия) может быть1) генерализованной, 2) системной или3) местной.
Генерализованная гипертрофия и гиперплазия возникает при избыточном выделении в кровь гормона роста соматотропиномой — гормонально активной опухолью передней доли гипофиза. При этом наблюдается генерализованное, но диспропорциональное увеличение костей скелета лица, конечностей (акромегалия), развивается увеличение языка, плохо помещающегося во рту (гиперглоссия), увеличение внутренних органов (спланхномегалия). Примерами системной гиперплазии являются гуморальная гиперплазия сальных желез кожи у молодых людей, связанная с половым созреванием, или системная гиперплазия гладкомышечных клеток в стенках артериол и мелких артерий при гипертонической болезни. Примером местной гиперплазии может служить увеличение высоты слизистой оболочки желудка при избыточной выработке в организме гастрина.
Гипертрофию (гиперплазию) также подразделяют на физиологическую, примером которой может быть гиперплазия молочных желез и миометрия в период беременности, и патологическую, хотя мы уже упоминали, что отнесение тех или иных изменений к норме или к патологии в ряде случаев бывает весьма условным.
Условия возникновения. Само название вида гипертрофии говорит об условиях ее возникновения. Разумеется, к ней приводит только длительное воздействие фактора. Разовьется ли в органе гипертрофия или гиперплазия, зависит от того, сохранили ли данные клетки способность к размножению во взрослом организме. Эволюционно сложилось так, что одна ткань приспосабливается к новым условиям за счет гипертрофии, другая — за счет гиперплазии, третья — за счет того и другого (табл.2).
Таблица 2
Характерные проявления гипертрофии и гиперплазии
в различных органах и тканях
| Гиперплазия и гипертрофия | Гиперплазия | Гипертрофия |
| Печень | Кости | Нейроны ЦНС |
| Почки | Эпидермис | Миокард |
| Эндокринные железы | Соединительная ткань | Скелетные мышцы |
| Сальные железы | Сосуды | |
| Гладкие мышцы | Костный мозг | |
| Жировая клетчатка | Лимфоидные органы | |
| Слизистые оболочки |
Механизмы возникновения.Под действием ряда нейрогенных и эндокринных влияний усиливается функционирование клеток, в которых нарастает в связи с этим количество веществ, оказывающих аутокринное и паракринное регуляторное действие. Из-за этого в клетках увеличивается количество и объем органелл, что сопровождается гипертрофией клетки. Кроме этого в клетках ряда тканей начинают в повышенных количествах вырабатываться факторы пролиферации клеток, что проявляется увеличением их числа — гиперплазией.
Более подробно следует остановиться на механизмах развития рабочей гипертрофии в тканях, выполняющих опорную и двигательную функцию, чтобы понять, каким образом усиленная механическая нагрузка на ткань влияет на увеличение ее в объеме. Если говорить о костной или волокнистой соединительной тканях, то между составляющими их клетками всегда есть некоторое механическое напряжение, обусловленное испытываемой нагрузкой. При этом возникает пьезоэлектрический эффект с преобразованием механической энергии в электрическую и возникновением на мембранах клеток определенного электрического потенциала. Повышение нагрузки на клетку сопровождается изменением этого потенциала (вспомните принцип действия пьезоэлектрической зажигалки), который, в свою очередь, будет активизировать синтетические процессы в клетке, в том числе усиливать синтез веществ, оказывающих аутокринное влияние на ткань, то есть, в данном случае, сокращать продолжительность G0-фазы и стимулировать более частое деление клеток. Это приведет к увеличению их числа, а по мере их созревания — и к увеличению объема костного (соединительнотканного) матрикса. Аналогичные механизмы реализуются и в скелетных мышцах и миокарде с той лишь разницей, что в них происходит гиперплазия органелл, главным образом, митохондрий, свободных полирибосом и миофибрилл, за счет чего увеличиваются размеры клеток, тогда как их количество остается прежним.
Следует отметить, что выделение тех или иных видов гипертрофии и гиперплазии достаточно условно, поскольку в любом случае все сводится к гуморальной (химической) стимуляции обмена в клетках и их пролиферации.
Макроскопическая картина. Органы увеличены в размерах, иногда сдавливают или оттесняют другие (рис.56.2, 56.3, 56.4а). В ряде случаев местная гиперплазия в слизистых оболочках приобретает опухолеподобный характер с формированием так называемых гиперпластических полипов. При хронических анемиях или хронической гипоксической гипоксии при длительном пребывании в условиях высокогорья за счет компенсаторного повышения синтеза канальцевым эпителием почек эритропоэтина развивается гиперплазия костного мозга, при этом желтый костный мозг диафизов трубчатых костей замещается кроветворным красным.
Микроскопическая картина.При гипертрофии наблюдается увеличение размеров клеток, их ядер (рис.56.5а). Среди кардиомиоцитов появляются двуядерные, увеличивается выше нормы количество двуядерных гепатоцитов. Эпителиоциты ряда органов становятся высокими, в них и образуемых ими железах наблюдаются признаки активной секреции. При электронной микроскопии в клетках выявляется увеличение размеров и количества тех или иных органелл.
При гиперплазии не только увеличивается количество клеток (рис.56.6), но и наблюдается некоторая перестройка ткани. Например, при гиперплазии эндометрия увеличивается количество желез, которые оказываются не только тесно расположенными, но и приобретают форму, не соответствующую фазе менструального цикла; при гиперплазии предстательной железы обычно начинает преобладать или железистый, или гладкомышечный компонент; гиперплазия желез часто сопровождается повышением секреторной активности их клеток, что зачастую проявляется кистовидным расширением просвета железистых трубочек за счет накопления в них секрета; при гиперплазии щитовидной железы, поскольку размножившимся клеткам однорядного эпителия уже трудно размещаться на базальной мембране, часть ядер вытесняется на другой уровень, и эпителий приобретает характер многорядного, образует псевдососочки, «подушечки».
Клиническое значение.Рабочая и возместительная гипертрофия, хотя и не являются нормой, как правило, полезны для организма, чего нельзя сказать о гуморальной гиперплазии. В ряде железистых тканей она рассматривается как факультативный предрак.
Например, у женщин с дисгормональной гиперплазией эндометрия рак эндометрия возникает в 20 раз чаще, чем в среднем в популяции.
Гиперплазия в эндокринных железах и их гиперфункция сопровождаются нарушением обмена веществ и дистрофическими изменениями во многих тканях.
Гипертрофия и гиперплазия — состояния обратимые. Если в силу естественного изменения условий существование организма или органа или лечебных мероприятий прекращается воздействие на него патогенного фактора, развиваются инволютивные изменения: ткани и клетки уменьшаются в объеме. То есть, если сравнить процесс наращивания мощности того или иного органа с мобилизацией людских и материальных резервов, осуществляемых в военный период, то инволютивные изменения являются демобилизацией: в мирное время, когда непосредственная угроза существования государства миновала, нет надобности тратить средства на содержание такой большой армии. Вместе с тем следует знать, что исчезновение гипертрофии и гиперплазии происходит медленнее, чем их развитие, что, вероятно, связано с некоторой инертностью генетического аппарата клетки, адаптировавшегося к работе в экстремальных условиях. Кроме того, иногда полного возвращения тканей к исходному состоянию не происходит, в чем легко убедиться, наблюдая бывших атлетов, прекративших регулярные занятия спортом и тренировки,
Атрофия
Определение.Атрофия — патологическое состояние, характеризующееся уменьшением органов и тканей в объеме.
Атрофию следует отличать от возрастной инволюции тканей у пожилых людей.
Встречаемость. Наиболее частым вариантом атрофии является атрофия скелетных мышц у пострадавших с переломами костей конечностей, связанная с длительным обездвиживанием и отсутствием нагрузки поврежденной конечности.
Классификация. По механизму развития различают следующие виды атрофии:
1. Атрофия от бездействия (гипофункциональная) — уменьшение органа или ткани, связанное с прекращение или недостаточностью их функции. Примером такой атрофии может быть атрофия кости в культе ампутированной конечности (рис.57.1, 56.2а) или атрофия скелетных мышц у космонавтов после длительного орбитального полета и нахождения в условиях невесомости. Это понятие чаще всего используется в отношении тканей, выполняющих опорную или двигательную функцию. Вместе с тем, такой механизм атрофии может наблюдаться и в других тканях, например, атрофия канальцевого аппарата нефрона при замещении почечного клубочка массами гиалина или амилоидом.
2. Атрофия от давления (сдавления). Возникает при длительном давлении на орган опухоли, камня, увеличенного в размерах другого органа и т.п. Ярким и, к сожалению, нередким примером атрофии от давления служит гидроцефалия (рис. 57.3а, 57.4, 57.5), при которой в связи с родовой травмой или иными причинами возникает нарушение оттока ликвора по сильвиеву водопроводу, приводящее к резкому расширению желудочков мозга и атрофии мозговой ткани. Другими примерами атрофии от давления могут служить атрофия почечной ткани при гидронефрозе, связанном с длительным нарушением оттока мочи по мочеточнику в результате его обструкции камнем (рис.57.6), или приводящая к слепоте атрофия зрительного нерва у больных глаукомой, характеризующейся стойким повышением внутриглазного давления.
История донесла до нас описание примеров атрофии от сдавления в виде специально создававшейся в силу бытовавших представлений о красоте атрофии мышц ног у древних китаянок, достигавшейся тугим бинтованием ног у девочек. Также известна деформация печени — так называемая корсетная печень — у дам, носивших тугие корсеты, что сопровождалось атрофией органа в месте регулярного давления корсета.
При работах по восстановлению Дымского монастыря под Тихвином были обнаружены мощи, принадлежавшие предположительно святому Антонию Дымскому. Судебно-медицинские эксперты Ленинградского областного бюро судебно-медицинской экспертизы, к которым обратились представители церкви, подтвердили принадлежность останков этому человеку, обнаружив, помимо других находок, следы от вериг (цепей с грузом, которые могли весить от 8 до 16 кг), которые Антоний носил с 16-летнего возраста до смерти: на передней поверхности обеих ключиц имелись уплощенные участки — результат атрофии от давления.
3. Атрофия от недостаточности кровоснабжения. Примером такой атрофии является уменьшение в размерах почки при значительном сужении ветвей почечной артерии атеросклеротическими бляшками или очаговая атрофия кожи у диабетиков, приобретающей вид тонкой пленки с просвечивающими через нее жировой клетчаткой и сосудами за счет нарушения кровотока по гиалинизированным мелким артериям и артериолам. При тяжелом атеросклеротическом поражении сосудов головного мозга развивается атрофия головного мозга, которая, однако, редко достигает такой выраженности, как на рис. 57.7.
4. Нейротическая атрофия обусловлена стойким нарушением иннервации ткани (рис.57.8). Любой из нас с сочувствием наблюдал это в отношении мышц нижних конечностей у парализованных инвалидов-колясочников.
5. Гуморальная атрофия, наиболее частым вариантом которой является гормональная атрофия. Отсутствие стимулирующего действия на ткани того или иного гормона ведет к атрофии тканевых структур. Так, например, недостаточная выработка щитовидной железой тироксина, стимулирующего размножение клеток и обмен веществ в них, сопровождается истончением эпидермиса, сухостью кожи и выпадением волос за счет атрофии сальных и потовых желез и волосяных фолликулов (рис.57.9, 56.10а). Длительный вынужденный прием с лечебной целью глюкокортикоидных препаратов ведет к атрофии надпочечников, прежде всего коркового вещества, за счет уменьшения продукции гипофизом адренокортикотропного гормона.
6. Атрофия, связанная с нарушениями процессов регенерации. Часто возникает при длительном воздействии физических или химических факторов.Примерами такой атрофии могут служить атрофия герминативного эпителия, костного мозга и других тканей при хронической лучевой болезни или атрофия слизистой оболочки носа у работников кафедры нормальной анатомии за счет регулярного воздействия на нее паров формалина. Другим вариантом может быть нарушение регенерации тех или иных тканей при недостатке в организме некоторых витаминов или микроэлементов, примером чему может быть атрофия тиреоцитов при йододефиците. Третий вариант — нарушение регенерации при некоторых аутоиммунных заболеваниях, например, при хроническом аутоиммунном гастрите типа А, при котором апоптоз и некроз клеток в слизистой оболочке под действием Т-киллеров превосходят по темпам регенерацию.
Условия возникновения. Атрофия ткани возникает при 1) отсутствии воздействия на нее стимулирующих факторов (нервных, гуморальных, механических), 2) недостаточном кровоснабжении ткани (в том числе при ее сдавлении) или 3) нарушении регенераторных возможностей ткани.
Необходимо подчеркнуть, что при нарушении кровоснабжения или воздействии физических и химических факторов эти воздействия должны иметь умеренный и постепенный характер — в противном случае, при их интенсивности, адаптация не успеет развиться, и результатом таких воздействий будет не атрофия, а некроз ткани, как, например, при острой лучевой болезни.
Механизмы возникновения.Атрофия от бездействия развивается по механизму обратному тому, который был описан в предыдущем параграфе в отношении рабочей гипертрофии: отсутствие механической нагрузки ведет к изменению электрических потенциалов на мембранах клеток, замедлению обмена веществ в клетке и изменению как синтеза аутокринных стимуляторов, так и рецепторов к ним, результатом чего является снижение числа и объема в клетке соответствующих органелл, а также замедление процесса деления клеток. В развитии атрофии от бездействия, несомненно, важную роль играет и снижение кровотока в нефункционирующих тканях. Метаболиты активно функционирующих тканей являются как вазодилятаторами, воздействующими на гладкомышечные клетки мелких артерий и артериол, так и факторами пролиферации сосудов. Снижение функциональной активности органа или ткани сопровождается снижением кровотока в них — таким образом организм обеспечивает рациональное расходование энергетических и пластических субстратов.
Недостаточное кровоснабжение органа — это его существование в условиях энергетического голода, при котором основной задачей клетки является энергетическое обеспечение K+/Na+-АТФазы и пластическое обеспечение синтеза минимально необходимых для собственной жизнедеятельности веществ, а не выработка каких-либо веществ «на экспорт» и не активное функционирование в интересах органа или организма. В этих условиях страдает регенерация органелл в клетках, а также выработка аутокринных стимуляторов пролиферации и рецепторов к эндокринным факторам, что ведет к снижению митотической активности в ткани.
Атрофия при нарушении процессов регенерации связана с тем, что патогенный фактор, непосредственно воздействуя на клетки, нарушает в них обмен веществ, что отражается и на их пролиферативной активности.
Атрофия — процесс отнюдь не пассивный, и его неверно было бы представлять только как результат снижения процессов анаболизма и клеточной пролиферации. Исследованиями последних лет показано, что, помимо сказанного, уменьшение числа клеток, которое способно снижаться довольно быстро, связано также в определенной степени и с активацией процессов апоптоза в этих клетках — роль стимуляторов апоптоза доказана для гипоксии, многочисленных химических и физических факторов в допороговых (неспособных вызвать некроз) дозах.
Полагаем, что читатели уже сами убедились в том, что классификация атрофии по механизмам несколько условна, так как зачастую эти механизмы сочетаются друг с другом.
Макроскопическая картина. При атрофии чаще всего весь орган или его часть уменьшены в размерах. Атрофия от сдавления проявляется обычно деформацией органа за счет западения его поверхности в зоне атрофии.
Микроскопическая картина. В тканях, в которых в постэмбриональном периоде пролиферация клеток не происходит, например, в кардиомиоцитах или миоцитах, клетки уменьшаются в размерах за счет уменьшения объема цитоплазмы, при этом объем ядра сохраняется, за счет чего при первоначальном изучении микропрепарата нередко возникает ложное впечатление гиперплазии, поскольку ядра в поле зрения расположены гуще.
В тканях с сохраненной потенцией клеток к размножению их количество уменьшается. В ряде случаев снижение их количества в пределах органа может быть неравномерным. Так, например, дисгормональная атрофия коркового вещества надпочечников происходит преимущественно за счет пучковой зоны: если в норме толщина клубочковой, пучковой и сетчатой зон соотносятся как 1:2:1, то при атрофии – как 1:1:1.
Следует иметь в виду, что поскольку любая атрофия сопровождается снижением интенсивности обменных процессов в клетке, то при ней всегда наблюдается дистрофия «со знаком минус», например, снижение содержания гликогена в атрофичной скелетной мышце.
При ультраструктурном исследовании атрофичной ткани всегда обнаруживается уменьшение количества тех или иных органелл, например, уменьшение в тиреоците при гипотиреозе объема, занимаемого органеллами, обеспечивающими синтез и экзоцитоз тироксина — шероховатым эндоплазматическим ретикулумом, комплексом Гольджи и секреторными гранулами.
В подвергшихся атрофии органах его ткань нередко замещается жировой клетчаткой или рыхлой соединительной тканью (рис.57.11а).
Клиническое значение.Атрофия органа или ткани всегда сопровождается снижением их функции (рис.57.12а), в силу чего некоторые авторы высказывают сомнения в отношении правомерности отнесения атрофии к компенсаторно-приспособительным процессам: дескать, в чем же тут приспособление, если функция органа страдает, а, с другой стороны, это, мол, процесс пассивный: у органа в соответствующих условиях просто нет иного выхода, кроме как уменьшиться в размерах, никакой другой реакции быть не может. Более того, даже в некоторых солидных изданиях можно прочитать утверждение о том, что «атрофия не может рассматриваться в качестве приспособительной реакции, так как эта реакция не направлена на сохранение жизнеспособности и гомеостаза».
Доказать неправомерность такого утверждения можно на следующем примере. Лысина представляет собой результат атрофии волосяных фолликулов, связанной со снижением кровотока в коже головы. Представим на минутку, что эпителий волосяных фолликулов в этих условиях оказался бы неспособным адаптироваться к существованию в стесненных условиях, а по-прежнему тратил бы энергию и питательные вещества на митотическое деление и синтез кератина. В этих условиях несоответствия объема поставляемых в ткань кислорода и питательных веществ потребностям тканей неизменно развился бы некроз! Здесь можно провести аналогию с человеком, который на последние деньги покупает понравившиеся ему, скажем, дорогие духи, а дальше осознает, что ему совершенно не на что купить хоть какие-нибудь продукты питания. Такую нерациональность поведения еще могут себе позволить некие неразумные молодожены, не научившиеся еще планировать семейный бюджет, но никак не мудрая природа. Потеря волос на голове уменьшает сексапильность, но таким образом предотвращается появление кожных язв, инфицирование которых в условиях невозможности заживления в итоге привело бы к смертельным осложнениям. С позиций ткани жизнь в стесненных условиях лучше, чем некроз. С позиций организма, во-первых, лучше уменьшение органа и снижение его функции, чем его полная потеря в результате некроза, опасного для жизни всего организма, а во-вторых, мы знаем, что атрофию он может компенсировать возместительной гипертрофией или гиперплазией не подвергшихся патологическому воздействию тканей, а для этого необходимо перераспределение объема кровотока и пластических материалов в их пользу, что и осуществляется на практике.
Можно сказать, что атрофия наряду с гипертрофией (гиперплазией) является неотъемлемой составляющей процесса структурного обеспечения колебаний функциональной активности ткани.
Атрофия — процесс обратимый при условии нормализации условий существования ткани. Лечебная физкультура и физиотерапевтические мероприятия после снятия гипса приводят к восстановлению объема атрофировавшихся от бездействия мышц конечности. Исключение воздействия паров формалина на слизистую оболочку носа ведет к восстановлению ее структуры. Постепенная отмена глюкокортикоидов приводит к восстановлению объема и функционирования коркового вещества надпочечников. К сожалению, возможность устранения неблагоприятных влияний на ткань представляется нечасто.
Изменения нейронов, утративших способность к размножению, оказываются необратимыми. При выполнении нейрохирургами у больных с длительно существующей гидроцефалией операций, обеспечивающих восстановление оттока ликвора из желудочков головного мозга, объем желудочков довольно быстро приближается к нормальному. Происходит это, увы, за счет разрастания глиальных, а не нервных клеток, при этом функция утраченных нейронов частично может быть компенсирована за счет гиперплазии ультраструктур и измененного функционирования сохранившихся нейронов.
Истощение
Определение. Истощение — это патологическое состояние организма, характеризующееся уменьшением массы тела ниже физиологической нормы. В качестве синонима истощения употребляют термин общая гипотрофия. Тяжелое, выраженное истощение называют кахексией1.
Применявшийся для обозначения этого состояния у жителей и защитников блокадного Ленинграда термин «дистрофия» использовался явно по политическим соображениям, чтобы как-то сгладить в официальных докладах и сводках картину голодомора.
Встречаемость.Газетные публикации и телевизионные ток-шоу периодически обсуждают проблему избыточного веса населения, и это действительно так: доля тучных людей среди населения развитых стран возрастает. Вместе с тем, по данным ВОЗ, в мире в конце XX века были подвержены голоданию не менее 400 млн. детей и почти 500 млн. взрослых. В России, по данным 1997г., около 25% населения регулярно недоедало, потребление мяса не превышало и половины от соответствующих показателей США, Германии и Франции. Потребление рыбы в России за период с 1987 по 1998 гг. снизилось на 2/3, мяса, птицы и сахара — на 50%, колбасы, маргарина и масла — на 1/3.
Помимо алиментарного истощения другие его формы часты у онкологических, инфекционных, ожоговых и некоторых других категорий больных.
Классификация.Различают следующие варианты истощения.
1) Гипоанаболическое:
— алиментарное истощение при недостаточном поступлении в организм пищевых веществ;
— истощение при недостаточности функции гипофиза и/или щитовидной железы,
— церебральное истощение при недостаточности функции гипоталамуса;
2) Гиперкатаболическое:
— истощение, связанное с большими энерготратами при выполнении тяжелой физической работы,
— раковое (опухолевое) при наличии в организме больного злокачественной опухоли,
— истощение при хронических инфекционных заболеваниях;
— раневое истощение.
3) Истощение, связанное с длительной потерей организмом белка (при ликворных свищах, при обширных ожоговых ранах и др.).
Условия возникновения. Независимо от типа истощения условие его развития всегда одно — несоответствие темпов расходования организмом пластических материалов и их получения (синтеза).
Механизмы возникновения. Гипоанаболическое истощение связано либо с нарушением поступления питательных веществ в организм, либо с замедленным синтезом белков и жиров при достаточном поступлении с пищей компонентов для их сборки.
Алиментарное истощение может быть обусловлено:
1) недостаточностью рациона,
2) неспособностью организма воспринимать пищу (например, ранение челюстей, опухоль языка, паралитическое нарушение глотания, затрудненное прохождение пищи по пищеводу, желудку из-за опухолевого или рубцового сужения, психогенный отказ от пищи);
3) мальдигестией — неспособностью к адекватному перевариванию поглощенной пищи (хронический атрофический гастрит типа А, хронический панкреатит с выраженной недостаточностью внешнесекреторной функции, врожденная ферментная недостаточность, резекция желудка, гипомоторика 12-перстной кишки и связанное с ней нарушенное поступление в кишечник панкреатического сока и желчи),
4) мальабсорбцией — нарушенной способностью всасывать из химуса питательные вещества (резекция тонкой кишки, хронический энтерит с атрофией кишечных ворсин, врожденная недостаточность ферментных систем, ускоренный пассаж по кишечнику при тяжелых формах постгастрорезекционного синдрома),
5) потерей химуса по тонкокишечному свищу.
Гипофизарное и церебральное истощение связаны с нарушением синтеза аденогипофизом соматотропного и тиреотропного гормонов. Поскольку в норме как соматотропин, так и тироксин являются факторами, стимулирующими в тканях синтез белка и размножение клеток, их недостаточность сопровождается системной атрофией тканей и замедлением процессов анаболизма. Такие состояния встречаются при травмах мозга с повреждением гипоталамуса, при некрозе или опухолевом поражении гипофиза. Истощение также может развиваться при выраженной первичной недостаточности щитовидной железы, например, после ее резекции.
Гиперкатаболическое истощение связано с более активным по сравнению с нормой расходованием белков и жиров. При систематической тяжелой физической нагрузке энергетические траты почти втрое превышают таковые у человека в покое. Если нет поступления соответствующих объемов питательных веществ, собственные белки и жиры расходуются, а новые синтезируются недостаточно быстро для восполнения интенсивных потерь, что ведет к атрофии тканей и общему истощению.
При злокачественных опухолях в кровь поступает массивное количество чужеродных антигенов. Поглощение их клетками макрофагально-фагоцитарной системы сопровождается выработкой больших количеств биологически активных веществ, в том числе фактора некроза опухолей/кахектина и интерлейкина-1. Оба эти вещества помимо подавления аппетита резко активизируют распад белков и жиров, а также блокируют синтез новых жиров. Кроме того, злокачественная опухоль — быстро растущая ткань, потребность которой в питательных веществах значительно превосходит потребности нормальной ткани.
Аналогичный механизм реализуется и при хронических инфекционных заболеваниях (например, малярии) и так называемом раневом истощении, сопровождающемся длительно текущим воспалением в зоне ран, формированием хронических абсцессов, остеомиелита и т.п. Здесь в качестве активирующих макрофаги факторов выступают микробы, их токсины и продукты нестерильного разрушения тканей.
Длительная потеря белка — еще один из факторов истощения. Например, в сутки сосудистыми сплетениями желудочков головного мозга вырабатывается около 800 мл ликвора. Нетрудно представить, какими потерями белка сопровождается посттравматический наружный свищ, который иногда не удается закрыть хирургическим путем, что приводит пострадавшего к смерти от истощения.
Важно понимать, что истощение — это не просто общая атрофия тканей. Атрофичные главные железы желудка перестают вырабатывать пепсиноген, атрофичные экзокриноциты поджелудочной железы недостаточно синтезируют трипсиноген, амилазу и липазу, гепатоциты не синтезируют желчные кислоты. Атрофия ворсин слизистой оболочки тонкой кишки резко уменьшает площадь всасывания питательных веществ. Прекращение продукции слизи кишечным эпителием приводит к нарушению защиты от агрессивных факторов, локализующихся в просвете кишки, и развитию энтероколита и диарее, еще больше усугубляющей истощение. Атрофия гладких мышц желудка и кишечника способствует нарушению их моторики и тонуса. Подвергающиеся атрофии эндокриноциты гипофиза и щитовидной железы не вырабатывают в нужном количестве анаболических гормонов. В условиях белкового голода все клетки прекращают или резко снижают выработку аутокринных и паракринных факторов пролиферации — как результат темпы апоптоза начинают преобладать над скоростью возобновления клеток, при этом не исключено не только относительное, но и абсолютное ускорение апоптоза: в условиях энергетического дефицита организм освобождается от «лишних едоков». Таким образом, формируется масса порочных кругов, и при тяжелом истощении многие из перечисленных механизмов сочетаются.
Необходимо также иметь в виду, что истощение — это не только нехватка белков, жиров и углеводов, но и недостаток в организме минеральных веществ, микроэлементов и витаминов, что также сказывается на обмене веществ и на структурных изменениях.
Истощение — явление принципиально обратимое за исключением церебрального и гипофизарного. Также не удается спасти больных с синдромом абсолютно короткой кишки.
Макроскопическая картина.При голодании в первую очередь утилизируются такие патологические источники белка как экссудаты, на чем и основывается, в первую очередь, оздоравливающее действие лечебного голодания. В дальнейшем сначала преимущественно утилизируются жиры, а затем белки.
У истощенного человека формируются заостренные черты лица, западают глаза за счет атрофии жировой клетчатки и становящихся более рельефными костных структур (рис.58.1, 58.2а). Живот впалый, молочные железы у женщин обвисшие. Волосы на голове редкие и ломкие, легко выдергиваются, пушковые волосы на коже иногда полностью отсутствуют, что связано с атрофией волосяных фолликулов. Атрофия сальных и потовых желез обусловливает сухость кожи, которая становится дряблой, утрачивает эластичность. Подкожная жировая основа, если сохраняется, приобретает охряный цвет за счет снижения содержания липидов и относительного повышения концентрации липохромов в адипоцитах. Сальник и брыжейка кишки при тяжелом истощении имеют вид прозрачной пленки с сетью сосудов. В сердце субэпикардиальный жир или сохраняется в незначительных количествах по ходу венечных сосудов, или отсутствует.
Слизистые и серозные оболочки выглядят тусклыми за счет недостаточной продукции слизи и серозной жидкости. Органы уменьшаются в размерах неравномерно. В первую очередь, атрофия касается половых желез, печени и даже сердца, масса которого иногда может быть уменьшена вполовину, но практически никогда не снижается масса почек, надпочечников и головного мозга.
В качестве классического проявления истощения в учебниках традиционно описывают бурую атрофию печени, миокарда и скелетных мышц за счет накопления в их клетках липофусцина (рис.58.3а). Нарушается синтез окислительно-восстановительных ферментов в цепи цитохромов, и метаболизм клеток переключается на более «экономный» липофусциновый путь. Практика, однако, показывает, что атрофия этих органов не всегда бывает бурой, во всяком случае, у лиц молодого возраста (рис.58.4).
Оптимальным методом оценки трофологического статуса как живого человека, так и умершего, является измерение диаметра плеча в средней его трети на «нерабочей» руке и измерение толщины кожно-жировой складки над трицепсом этой руки с последующим вычислением показателей энергетической и белковой недостаточности питания.
Микроскопическая картина. Общим для всех тканей при гистологическом исследовании является феномен более плотного расположения ядер клеток в ткани, за счет чего первоначально даже может создаться впечатление гипертрофии. Это связано с тем, что источником углеводов и аминокислот могут быть основное вещество и волокна соединительной ткани, цитоплазма клеток, но не нуклеиновые кислоты кариоплазмы. Это объяснимо, поскольку объем ДНК в клетке не может быть меньше стандартного, иначе она прекращает свое существование. Более того, если атрофии подвергаются ранее гипертрофированные клетки, например, кардиомиоциты, увеличенный диаметр их ядер, несмотря на уменьшение объема цитоплазмы сохраняется. В таких случаях говорят об атрофии после гипертрофии.
Как уже было сказано, в первую очередь наблюдается атрофия половых желез и эндометрия (рис.58.5). Это — безусловное приспособление, так как, с одной стороны, выработка ежедневно 200 млн. сперматозоидов — это целое производство, в случае остановки которого можно существенно сэкономить на аминокислотах и энергетических субстратах, с другой стороны, возможное вынашивание плода женщиной в условиях истощения и гормонального дисбаланса неизменно закончится выкидышем, а обкрадывание организма матери растущим плодом в отношении питательных веществ для нее также закончится смертью. С популяционной точки зрения это — механизм регуляции численности особей в условиях ограниченной кормовой базы.
В клетках железистых органов резко снижен объем цитоплазмы (рис.58.6а), что особенно выражено в поджелудочной железе, экзокриноциты которой состоят при истощении чуть ли не из одних ядер. В печени отмечается истончение печеночных балок (рис.58.4) и нередко жировая дистрофия гепатоцитов.
Экскреция липидов с желчью ограничена, так как ее продукция при истощении падает. В то же время в печень приходит значительное количество жирных кислот из жировой ткани. Выделение липидов в кровь в форме липопротеидов очень низкой плотности возможно только при интенсивной продукции апопротеинов липопротеидов, чего при истощении нет.
В слизистых оболочках дыхательных путей отсутствуют бокаловидные клетки. Высота слизистых оболочек снижена. В слизистой оболочке толстой кишки выражена лимфоидная инфильтрация. Мышечная оболочка кишечной трубки также истончена; на этом фоне особенно отчетливо выделяются ганглиозные клетки мейснеровского и ауэрбахова сплетений, атрофия которых на светооптическом уровне не определяется.
В миокарде отмечается уменьшение диаметра кардиомиоцитов (диаметр кардиомиоцитов, в норме колеблющийся в пределах 15–20 мкм, может снижаться до 7 мкм) (рис.58.7а). В скелетных мышцах на месте атрофичных миоцитов могут наблюдаться разрастания жировой клетчатки.
Особенно тяжело поражается иммунная система, что связано как с недостатком пластических материалов, так и в соответствующем случае с голодным стрессом. В вилочковой железе исчезает разделение на корковое и мозговое вещество, резко снижается ее объем — она замещается жировой клетчаткой. В белой пульпе селезенки лимфатические фолликулы исчезают, остаются лишь небольшие периартериолярные муфты из лимфоцитов. В лимфатических узлах лимфоидные фолликулы мелкие, без светлых центров. В костном мозге объем кроветворной ткани снижается, адипоциты занимают все больший объем. Макрофаги костного мозга, как и некоторых других органов, могут содержать гемосидерин, поскольку ввиду недостатка в организме витамина В12 срок жизни сформировавшихся эритроцитов укорочен.
В ткани головного и спинного мозга даже у молодых людей появляются так называемые гематоксилиновые шары, которые рассматриваются как продукты разрушения миелина.
Клиническое значение. Истощение, как это ни парадоксально на первый взгляд, тоже компенсаторно-приспособительная реакция, при этом возможности такого приспособления достаточно велики. В случае намеренного голодания любой здоровый до того человек при достаточном количестве воды спокойно может обходиться без пищи не менее 40 дней без каких-либо последствий для организма. Более того, наступает активация ментальных функций, подъем настроения, «просветление духа» верующих во время поста, что с общебиологической точки зрения оправданно: голодная мышка должна быть активнее и лучше соображать, где добыть корм.
Другое дело — патологическое голодание, которое сопровождается голодным стрессом, и при котором приспособительные возможности организма резко сужаются.
Гиперкатаболическое, церебральное, гипофизарное истощение или истощение, связанное с потерей белка — это также перераспределение питательных веществ, когда организм жертвует состоянием одних тканей в пользу других в интересах сохранения жизни — «не до жиру — быть бы живу».
Истощение со снижением массы тела на 30% и более по сравнению с нормой считается тяжелым и угрожающим жизни. Смерть всегда развивается по сердечному типу и связана не с нарастающей сердечной недостаточностью с присущими ей клиническими и морфологическими признаками, а с нарушениями сердечного ритма в виде фибрилляции желудочков с последующей остановкой сердечной деятельности. Поддержание по возможности оптимального трофологического статуса тяжелого больного — важная, но достаточно сложная задача, к решению которой в крупных лечебных учреждениях привлекаются специалисты-трофологи.