Механизмы долговременной адаптации

Долговременная адаптация к гипоксии реализуются на всех уровнях жизнедеятельности: от организма в целом до клеточного метаболизма.

Реализуется процесс адаптации к длительной гипоксии (также как и к эксиренной) при участии систем внешнего дыхания, сердечно-сосудистой, крови и биологического окисления. Но основной среди них становится значительная активация образования митохондрий и процессов окисления в них!

Процесс долговременной адаптации к гипоксии имеет несколько важных особенностей. К наиболее значимым среди них относят:

•Процессы приспособления к повторной и/или длительной гипоксии формируются длительно в результате многократной и/или продолжительной активации срочной адаптации к гипоксии.

•Переход от несовершенной и неустойчивой экстренной адаптации к гипоксии к устойчивой и долговременной адаптации имеет существенное биологическое (жизненно важное) значение: это создаёт условия для оптимальной жизнедеятельности организма в новых, часто экстремальных условиях существования.

•Основой перехода организма к состоянию долговременной адаптированности к гипоксии является активация синтеза нуклеиновых кислот и белков в усиленно работающих тканях и органах. К ним относятся прежде всего те, которые обеспечивают транспорт кислорода и субстратов обмена веществ, а также ткани, интенсивно функционирующие в условиях гипоксии.

• В отличие от экстренной адаптации к гипоксии, при которой ведущее значение имеет активация механизмов транспорта O₂ и субстратов обмена веществ к тканям, основным звеном долговременного приспособления к гипоксии является значительное повышение эффективности процессов биологического окисления в митохондриях.

•Системы доставки кислорода и продуктов обмена веществ к тканям (внешнего дыхания и кровообращения), при устойчивой адаптации к гипоксии также приобретают новые качества: повышенные мощность, экономичность и надёжность функционирования.

Системы и главные процессы реализации механизма долговременной адаптации к гипоксии представлены на рис. 16–9.

Ы ВЁРСТКА Вставить файл «ПФ Рис 16 09 Механизмы долговременной адаптации организма к гипоксии»

Рис. 16–9. Механизмы долговременной адаптации организма к гипоксии.

Основные механизмы долговременной адаптации организма к гипоксии:

•Системы биологического окисления. Они обеспечивают оптимальное энергетическое обеспечение гиперфункционирующих структур и уровень пластических процессов в них в условиях гипоксии. Это достигается благодаря увеличению:

– числа митохондрий и количества крист в них,

– числа молекул ферментов тканевого дыхания в каждой митохондрии, а также активности ферментов, особенно — цитохромоксидазы,

– эффективности процессов биологического окисления и сопряжения его с фосфорилированием,

– эффективности механизмов анаэробного ресинтеза АТФ в клетках.

•Система внешнего дыхания. Она обеспечивает уровень газообмена, достаточный для оптимального течения обмена веществ и пластических процессов в тканях. Это достигается благодаря:

– гипертрофии лёгких и увеличению в связи с этим: площади альвеол, числа капилляров в межальвеолярных перегородках, уровня кровотока в этих капиллярах;

– увеличению диффузионной способности аэро‑гематического барьера лёгких.

– повышению эффективности соотношения вентиляции альвеол и перфузии их кровью (вентиляционно‑перфузионного соотношения).

– гипертрофии и возрастанию мощности дыхательной мускулатуры.

– возрастанию жизненной ёмкости лёгких (ЖЁЛ).

•Сердце. При долговременной адаптации к гипоксии увеличивается сила, а также скорость процессов сокращения и расслабления миокарда. В результате происходит возрастание объёма и скорости выбрасываемой в сосудистое русло крови — ударного и сердечного (минутного) выбросов. Эти эффекты становятся возможными благодаря:

– умеренной сбалансированной гипертрофии всех структурных элементов сердца: миокарда, сосудистого русла, нервных волокон;

– увеличению числа функционирующих капилляров в миокарде;

– уменьшению расстояния между стенкой капилляра и сарколеммой кардиомиоцита;

– увеличению числа митохондрий в кардиомиоцитах и эффективности реакций биологического окисления. В связи с этим сердце расходует на 30–35% меньше кислорода и субстратов обмена веществ, чем в неадаптированном к гипоксии состоянии;

– повышению эффективности трансмембранных процессов (транспорта ионов, субстратов и продуктов метаболизма, кислорода и др.).

– возрастанию мощности и скорости взаимодействия актина и миозина в миофибриллах кардиомиоцитов.

– повышению эффективности адрен‑ и холинергических систем регуляции сердца.

•Сосудистая система. В адаптированном организме сосудистая система способна обеспечивать такой уровень перфузии тканей кровью, который необходим для осуществления их функции даже в условиях гипоксии. В основе этого лежат следующие механизмы:

– увеличение количества функционирующих капилляров в тканях и органах.

– снижение миогенного тонуса артериол и уменьшение реактивных свойств стенок резистивных сосудов к вазоконстрикторам: катехоламинам, АДГ, лейкотриенам, отдельным Пг и другим. Это создаёт условия для развития устойчивой артериальной гиперемии в функционирующих органах и тканях.

•Система крови. При устойчивой адаптации организма к гипоксии существенно возрастают кислородная ёмкость крови, скорость диссоциации HbO₂, сродство дезоксигемоглобина к кислороду в капиллярах лёгких.

Увеличение кислородной ёмкости крови является результатом стимуляции эритропоэза и развития эритроцитоза. Активация эритропоэза, в свою очередь, вызвана увеличением в условиях ишемии и гипоксии образования в почках эритропоэтина.

•Метаболизм. Обмен веществ в тканях при достижении состояния устойчивой адаптированности к гипоксии имеет несколько важных особенностей. К числу наиболее важных относят следующие:

– экономное использование кислорода и субстратов обмена веществ в реакциях биологического окисления и пластических процессах.

– высокая эффективность реакций анаэробного ресинтеза АТФ.

– доминирование анаболических процессов в тканях по сравнению с катаболическими.

– высокая мощность и мобильность механизмов трансмембранного переноса ионов. В значительной мере это является следствием повышения эффективности работы мембранных АТФаз. Это обеспечивает регуляцию трансмембранного распределения ионов, миогенного тонуса артериол, водно‑солевого обмена и других важных процессов.

•Системы регуляции. Регуляторные системы адаптированного к гипоксии организма обеспечивают достаточную эффективность, экономичность и надёжность управления его жизнедеятельностью. Это достигается благодаря включению механизмов нервной и гуморальной регуляции функций.

Нервная регуляция.

Значительные изменения как в высших отделах мозга, так и в вегетативной нервной системе адаптированного к гипоксии организма характеризуются:

– повышенной резистентностью нейронов к гипоксии и дефициту АТФ, а также некоторым другим факторам (например, токсинам, недостатку субстратов метаболизма);

– гипертрофией нейронов и увеличением числа нервных окончаний в тканях и органах;

– у величенной чувствительностью рецепторных структур к нейромедиаторам. Последнее, как правило, сочетается с уменьшением синтеза и высвобождения нейромедиаторов.

Указанные, а также и другие изменения в нервной системе способствуют:

– реализации мобильных регулирующих нейро-гуморальных влияний на органы и ткани;

– быстрой выработке и сохранению новых условных рефлексов;

– переходу приобретённых навыков из кратковременных в долговременные;

– повышенной устойчивости нервной системы к патогенным воздействиям.

Гуморальная регуляция.

Перестройка в условиях гипоксии функционирования эндокринной системы обусловливает:

– меньшую степень стимуляции мозгового вещества надпочечников, гипоталамо‑гипофизарно‑надпочечниковой и других эндокринных систем. Это ограничивает активацию механизмов стресс‑реакции и её возможные патогенные эффекты;

– повышение чувствительности рецепторов клеток к гормонам, что способствует уменьшению объёма их синтеза в железах внутренней секреции.

В целом, изменения в системах регуляции потенцируют как системные, так и органные приспособительные реакции организма, жизнедеятельность которого осуществляется в условиях гипоксии.