Реализация механизмов реактивности на различных структурно-функциональных подуровнях организма

«Реактивность», как и понятия «болезнь», «здоровье», относится к организму, как к целому. Тем не менее, конкретные механизмы реактивности могут реализоваться в большей степени на каком-либо из уровней организации живых систем. Различают реактивность на молекулярном, субклеточном, клеточном, тканевом уровнях, органную реактивность, реактивность функциональных систем организма, организменные и популяционные формы реактивности.

Молекулярный уровень реактивности. Для этого уровня наибольшее значение имеют комплементарные взаимодействия, основанные на однозначном структурном соответствии распознающих молекул. Например, рецепторная субъединица аденилатциклазы специфически узнает белковый гормон и комплементарно с ним взаимодействует по принципу «ключ — замок». Вследствие данного взаимодействия активируется каталитическая субъединица этого фермента. Комплементарность наблюдается во взаимодействиях ферментов и их субстратов, антигенов и антител, биологически активных веществ, цис-регуляторных элементов хроматина и лигандов, изменяющих экспрессию генов и другом.

Субклеточный уровень реактивности характеризуется структурными и функциональными изменениями внутриклеточных ферментных систем, органелл, фрагментов мембран и прочими. Например, при гипоксии в клетке отмечается гипертрофия митохондрий и увеличение их количества, возрастает активность анаэробного окисления глюкозы, повышается сродство к кислороду дыхательных ферментов и другое.

Клеточный уровень реактивности. В основном он определяется генетически детерминированным набором клеточных рецепторно-дискриминаторных систем, т. е. генетически обусловленной способностью клетки с помощью различных мембранных рецепторов дифференцированно воспринимать и реагировать на большое многообразие внешних раздражителей. Данные механизмы обеспечивают, прежде всего, их специфическую сторону реактивности. Например, тиреотропный гормон, взаимодействуя с мембранными рецепторами клеток щитовидной железы, стимулирует ими синтез тиреоидных гормонов; фибробласты, гладкомышечные клетки и макрофаги путем эндоцитоза реагируют на липопротеиды низкой и очень низкой плотности (реакция опосредована рецептором аполипротеина В, входящего в состав данных частиц). Кроме того, клетки способны и к неспецифическим механизмам реактивности. Многим клеткам (от дрозофилы до человека) в ответ на повреждение свойственен синтез нетканеспецифических и невидоспецифических белков, «белков теплового шока». Предполагается, что они повышают неспецифическую резистентность клеток к повреждению. К неспецифическим реакциям клетки можно так же отнести фагоцитоз, микровезикуляцию цитоплазмы, образование филоподий и другое.

Реактивность на молекулярном, субклеточном и клеточном уровнях различна для клеток и молекул, взятых:

• • от индивидов различного возраста. Например, фетальный гемоглобин и гемоглобин, А неодинаково связывают кислород; клетки организма новорожденных более устойчивы к гипоксии, чем клетки взрослых;
• • от различных тканей одного и того же индивида. Например, тканевой и кровяной тромбопластин различаются по составу и механизму образования; митохондрии скелетных мышц в качестве энергетического субстрата в основном используют одноуглеродные фрагменты, получаемые из глюкозы, а митохондрии кардиоцитов — фрагменты из жирных кислот.

Тканевой уровень реактивности. По мере дифференцировки в клетках часть унаследованных свойств (генетических программ) репрессируются, остаются лишь те, которые необходимы для выполнения определенных функций группой клеток. Поэтому они отвечают на раздражитель реакциями, свойственными данной ткани. Примером тканевой реактивности может служить местный ответ тканей на повреждение в виде воспалительного процесса, формирования отека, образования новых микрососудов и других явлений.

Органный уровень реактивности. Он проявляется по мере формирования органов из различных тканей, т. е. с развитием органогенеза и характеризуется, например, реакцией гладкомышечных органов при аллергии.

Важной составляющей единицей тканевого и органного субстрата реактивности является структурно-функциональный элемент органа (ткани). Он, несмотря на различные названия (нефрон почек, печеночные дольки в печени, двигательная единица в мышце и т. д.) имеет общие черты строения. По А. М. Чернуху (1982) структурно-функциональный элемент органа (ткани) — это структурно-функциональный комплекс, представляющий собой интегральное целое, состоящий из клеток паренхимы (выполняющих специфические функции), соединительно-тканных элементов (выполняющих опорную, трофическую и защитную функцию для клеток органной паренхимы), нервных волокон с рецепторами, лимфатических микрососудов и микроциркуляторного русла.

Согласно А. М. Чернуха, микроциркуляторное сосудистое русло является главной структурной единицей данного образования, так как его основное назначение — доставка клеткам кислорода, питательных веществ и удаление продуктов метаболизма. Отсюда реактивность на уровне функционального элемента. Она в первую очередь определяется состоянием кровотока в нем, т. е. уровнем микроциркуляции, адекватности ее регуляции метаболическим потребностям органа (ткани), проницаемостью гистогематического барьера и т. д. Такие патологические процессы, как воспаление, аллергия, артериальная и венозная гиперемия, ишемия, стаз, тромбоз развиваются именно в структурно-функциональном элементе. Именно он является первичной ареной защитно-приспособительных реакций.

Каждый орган (ткань) состоит из большого количества функциональных элементов, причем, как мы отмечали, в здоровом организме они не все работают, этим определяется надежность системы, даже если гибнет определенная ее часть и не может регенерировать. Вместо погибших включаются, до этого времени не функционировавшие, структурно-функциональные элементы и нередко в целом деятельность органа не нарушается. Дублированием деятельности множеством структурно-функциональных единиц можно объяснить, например, наличие отрицательных функциональных почечных проб у больных с нефросклерозом.

Реактивность функциональных систем организма (системный уровень реактивности) это качественно новая интеграция механизмов реактивности, она создается для решения определенных задач организма. Основу этой реактивности представляет хорошо известная концепция П. И. Анохина о функциональных системах организма.

Функциональная система — это временное объединение разных уровней организации (молекулярного, субклеточного, клеточного, тканевого, органного, системного) и механизмов их регуляции для достижения конкретного, полезного для организма в целом, результата.

В основе деятельности каждой системы лежат комплементарные взаимодействия между различными уровнями организации организма. Однако к аутокринному, паракринному и панокринному типам обмена сигнальной информацией, характерным для местного пользования, присоединяются дистантные механизмы — эндокринный, нейроэндокринный, нейромедиаторный (рис. 5.1).

Рис. 5.7. Различные виды химических взаимодействий между клетками.

По современным данным, интеграционную деятельность механизмов реактивности организма как целого осуществляют нервная, эндокринная и иммунная системы. Данные системы влияния на все выше рассмотренные уровни реактивности и их деятельность тесно связаны между собой. Показано, что иммунная система посредством цитокинов и специфических аутоантител может целенаправленно изменять деятельность нервной и эндокринной систем. В свою очередь, клетки иммунной системы, их функции, регулируются гормонами и нейромедиаторами. Установлена сруктурно-функциональная схожесть ряда гормонов с цитокинами, интерферонами и/или антителами. Лимфоцитам свойственны эндокринные функции, например, они способны выделять некоторые гипофизарные гормоны и их иммунологические копии; в коре больших полушарий есть клетки, синтезирующие нейропептидные гормоны (соматостатин) и даже инсулин.

Таким образом, в настоящее время сформулировалось представление о том, что у человека и животных имеется коммуникативно-регуляторный интегративный аппарат (КРИА). Деятельность составляющих его систем (нервной, эндокринной и иммунной) тесно взаимосвязана и направлена на поддержание в организме информационного равновесия, причем при необходимости они комбинируют и модулируют сигнальные воздействия друг друга.

Функционирование КРИА осуществляется двумя путями — проводниковым (электрическая передача сигнала) и гуморальным (транспорт биорегуляторов через биологические жидкости организма).

В той или иной форме нарушения нейроиммуноэндокринных взаимоотношений наблюдаются при любой форме патологии, поэтому изучение этих изменений является одним из перспективных направлений современной патофизиологии (Крыжановский Г. Н., 2009, 2014; Акмаев И. Г., 2014).