Физиологические механизмы стресса
стадии тревоги, резистентности, истощения
синтоксическая и кататоксическая реакция
эрготрофные и трофотрофные механизмы
стресс-реализующие и стресс-лимитирующие системы
Центральное место в реализации стресс-реакции принадлежит нейроэндокринной системе потому, что эта система благодаря разнообразию гормонов и многочисленности их эффектов способна: 1) мобилизовать энергетические ресурсы (вместе с нервной) 2) перераспределить их в зоны, работающие с максимальной нагрузкой в данной ситуации (вместе с системой кровообращения) и 3) способствовать изменению функциональной мощности и структуры системы органов, работающих с нагрузкой (совершенно самостоятельно, потому, что способна воздействовать на активность уже имеющихся ферментных систем и имеет доступ к генетическому аппарату, следовательно, способствует синтезу новых ферментов и изменению структуры тканей).
Секреция гормонов нейронами гипофизотропной зоны гипоталамуса в портальную систему гипофиза регулируется по принципу обратной связи содержанием в крови гормонов периферических эндокринных желез (рис.1). Общий принцип такой регуляции заключается в том, что при повышении содержания в плазме гормонов периферических эндокринных желез уменьшается выброс соответствующего рилизинг-гормона в кровеносные сосуды медиальной области гипоталамуса. Обратная связь в этой системе может быть опосредована также самими гормонами гипоталамуса и аденогипофиза (штриховые стрелки). Регуляция по принципу обратной связи, в которой участвует медиальный гипоталамус, гипофиз и эндокринные железы, действует даже в отсутствие влияний со стороны ЦНС. Роль ЦНС заключается в приспособлении этой регуляции к внутренним и внешним потребностям организма. Примером влияния ЦНС на эндокринную систему служат циркадные ритмы высвобождения АКТГ, регуляция выброса гормонов яичника и ходе менструального цикла.
Рис.1 Связь между нервными и эндокринными механизмами в гипоталамо-гипофизарной системе
В тесном взаимодействии нервных и эндокринных структур гипоталамуса можно убедиться на примере связи нейронов гипофизотропной зоны. На нейрон, секретирующий какой-либо рилизинг-гормон, могут оказывать влияние афферентные нейроны лимбической системы (миндалины и гиппокампа, преоптической области и передней части гипоталамуса). Аксоны этого нейрона отдают коллатерали к самым разным отделам головного мозга (рис. 2 справа). Такие нейроны обладают свойствами саморегуляции по принципу возвратного торможения (рис.2 слева). Во всех двигательных отростках подобных нейронов медиатором, очевидно, служит рилизинг-гормон. Таким образом, эти клетки гипофизарной зоны являются, с одной стороны, конечными интегрирующими нейронами, а с другой - эндокринными клетками продуцирующими гормоны.
Рис.2 Нейрон гипофизарной зоны гипоталамуса, образующий рилизинг-гормон (РГ). Такие нейроны служат главным элементом нейроэндокринного сопряжения в гипоталамусе. АГ – аденогипофиз.
В развитии стресса принято выделять несколько стадий в соответствии с уровнем резистентности организма. Неспецифическая резистентность организма, т.е. способность его сопротивляться любым повреждающим факторам, понятие весьма не конкретное, поскольку его невозможно оценить, как, например специфическую резистентность к определенному фактору, и в определенной степени условное. Однако поскольку литература пока не предлагает нам ничего другого, будем пользоваться этим традиционным, введенным еще Г. Селье термином, понимая под ним способность организма выжить, жить и активно функционировать.
Рис.3
На стрелкой обозначено начало действия стрессора, цифрами - стадии стресса, а толстой линией изменение резистентности организма:
Первичный шок - во время шока в организме развивается состояние, угрожающее жизни в ответ на тяжелое для данного организма повреждающее воздействие. Большинство исследователей не относит эту стадию к стрессу, с этим нужно согласиться, т.к. никакой реакции в это время пока нет.
Стадия тревоги - характеризуется активной мобилизацией энергетических и структурных резервов организма. В это время резистентность организма быстро возрастает.
Стадия резистентности - устанавливается повышенная сопротивляемость к стрессору, которая носит неспецифический характер: может повыситься резистентность и по отношению к некоторым другим факторам (положительная кросс-адаптация).
Стадия истощения наступает в том случае, если стресс слишком сильный или длительный. В этом случае защитно-приспособительные механизмы организма истощаются, резистентность снижается как к данному стрессору, так и к другим видам стрессорных воздействий. Эту стадию иногда называют вторичным шоком.
Необходимо отметить, что наиболее изучена в настоящее время оказалась стадия тревоги, стадия резистентности изучена значительно хуже, многие исследователи даже не относят ее к стрессу. С этим утверждением трудно согласиться, потому что известно, что в случае прекращения воздействия повреждающего фактора наступает реадаптация и резистентность организма возвращается к норме. Следовательно, повышенная резистентность держится в течение всего времени воздействия стрессора, и стадию резистентности мы рассматриваем как стадию стресса. Наступление стадии истощения - не единственный исход стресса. В том случае, если стрессирующее воздействие умеренно по силе или длительности, например, является одним из факторов внешней среды (холод, низкое давление), или образа жизни - умеренные физические нагрузки, стадия резистентности может длиться неограниченное время - организм адаптирован к новому фактору и вполне жизнеспособен в новых условиях. На этом фоне возможно действие дополнительного стрессора и дальнейшее повышение резистентности организма.
Состояние, которое называется первичный шок, мы уже однажды обозначили - это такая ситуация, когда исчерпаны все готовые, генетически детерминированные программы. Можно считать, что самая низкая точка на графике, минимальная резистентность организма к любому воздействию, соответствует ситуации, когда задействована вся многоконтурная и иерархически соподчиненная система регуляции той функции, которая оказалась ответственной за поддержание определенного параметра внутренней среды. Например, за поддержание температуры при воздействии тепла или холода, за поддержание осмотической концентрации при дефиците воды, за напряжение кислорода и углекислого газа при гипоксии или физической работе. Несостоятельность регуляторных систем приводит к тому, что поток афферентных импульсов от рецепторов поступает в головной мозг и достигает структуры, которая является высшим центром регуляции вегетативных функций - гипоталамусу.
В тех примерах, которые мы привели, информация к гипоталамусу поступает от интерорецепторов, по восходящим путям, главным из которых считается массивный мезенцефало-гипоталамический тракт. Кроме того, связь гипоталамуса со спинным, продолговатым и средним мозгом осуществляется через ретикулярную формацию и переднее серое вещество среднего мозга. Однако анатомическое положение гипоталамуса таково, что эта зона получает информацию не только по восходящим путям. Имеются прямые двусторонние связи гипоталамуса с таламусом, гипоталамус связан афферентными путями с новой корой, с гиппокампом (старая кора), с миндалиной и другими образованиями лимбической системы мозга. Таким образом, по прямым и непрямым нервным связям гипоталамус получает информацию «сверху» от всех отделов головного мозга и «снизу» от интеро- и экстерорецепторов (см. рис. 1-2).
Гипоталамус получает информацию не только нервным путем. Среди нейронов этой структуры выделены нейроны, которые возбуждаются при изменении осмотической концентрации внутренней среды, при изменении уровней глюкозы, аминокислот, при изменении температуры внутренней среды, снижении или повышении концентраций гормонов, уровень которых регулируется гипоталамическими либеринами и статинами. Эта информация к гипоталамусу поступает гуморальным путем.
Эфферентные пути от гипоталамуса тоже многочисленны и разнообразны: связи с новой корой, лимбической системой, таламусом, продолговатым и спинным мозгом. Чрезвычайно важно, что влияние гипоталамуса на функции организма происходит не только нервным путем - «быстро и точно, но кратковременно», - но и гуморальным - «медленнее, но к большому числу структур и долговременно». Именно в гипоталамусе происходит трансформация нервного импульса и специфический эндокринный процесс, который начинается секрецией либеринов.
Рассматривая эфферентные нервные и гуморальные влияние гипоталамуса на организм, следует вспомнить о том, что в гипоталамусе принято условно выделять две реактивные зоны, которые вызывают комплекс антагонистических реакций. Эти зоны получили название эрготропных и трофотропных. При раздражении эрготропных зон, которые преимущественно связаны с задними областями гипоталамуса, наблюдаются все признаки активации симпатической нервной системы - расширение зрачков, повышение давления, учащение и углубление дыхания, повышение двигательной и поисковой активности, реакции ярости. Раздражение трофотропных зон, которые преимущественно связаны с передними отделами, вызывает снижение АД, вазодилатацию, усиление перистальтики кишечника, дремотное состояние, адинамию.
Многочисленными исследованиями, начиная с Г. Селье, установлено, что в реализации стресса ведущая роль принадлежит гипоталамусу. Итогом возбуждения структур гипоталамуса является 1) возбуждение симпатических центров, которое передается симпатическим нейронам спинного мозга и надпочечнику через чревный узел, запуская выброс катехоламинов и 2) происходит трансформация нервного импульса в специфический эндокринный процесс, который начинается секрецией кортиколиберина. Этот момент, правда весьма условно, можно считать началом первой стадии собственно стресса - реакцией тревоги. Понятно, что эта стадия начинается только в том случае, если организм остался жив. Стадия тревоги характеризуется активной мобилизацией энергетических и структурных резервов организма. В это время резистентность организма быстро возрастает. Мобилизация энергетических ресурсов организма обусловлена совместным взаимодополняющим и взаимопотенциирующим действием симпато-адреналовой и гипоталамо-гипофизарно-надпочечниковой систем.
Рассмотрим эффекты возбуждения симпато-адреналовой системы и выделения адреналина и норадреналина мозговым веществом надпочечников и для удобства сведем их в таблицу. (Повторите симпатические эффекты на стр. 125, 181-183 и регуляцию симпатического синапса на стр.121, 1 том учебника под ред. Ткаченко)
Таблица 1
| Системы | Эффекты |
| нервная система | повышение возбудимости нейронов ЦНС, ускорении ответных реакций стимуляция выделения кортиколиберина |
| сердечно-сосудистая и дыхательная | расширение коронарных сосудов увеличение силы и частоты сердечных сокращений сужение периферических сосудов и повышение системного АД расширение бронхов и усиление вентиляции легких перераспределение кровотока - сужение сосудов кожи, почек |
| метаболизм | активация гликогенолиза в печени ® гипергликемия активация липолиза®повышение концентрации свободных жирных кислот повышение интенсивности тканевого дыхания и температуры тела повышение утилизации глюкозы скелетными мышцами, активация гликогенолиза в мышцах и повышение работоспособности скелетной мускулатуры активация секреции глюкагона подавление секреции инсулина |
Таким образом, интенсивный выброс катехоламинов надпочечниками и норадреналина симпатическими нервными окончаниями приводит организм в состояние общей повышенной активности, что повышает резистентность организма в начальную фазу стресса. Остановимся подробнее на эффектах катехоламинов в центральной нервной системе. Повышение концентрации норадреналина и дофамина в структурах головного мозга отмечается в первые секунды в ответ на действие стрессора. Мы знаем, что катехоламины способны увеличивать продолжительность потенциала действия нейронов за счет накопления внутриклеточного кальция, активировать метаболизм клеток и повышать интенсивность гликолиза. Следовая деполяризация приводит к тому, что нейроны, воспринимающие получаемую информацию, перерабатывающие ее, и формирующие ответную реакцию остаются возбужденными длительное время, поэтому увеличивается эффективность синаптической передачи импульса.
Мобилизация адреналином энергетических запасов и увеличение использования жирных кислот и ацетоуксусной кислоты как источников энергии в сердечной мышце и коре почек, использование жирных кислот скелетными мышцами направлены на обеспечение энергией и кровоснабжением интенсивно работающих систем - доминирующей функциональной системы.
Реакции различных органов на норадреналин и адреналин, также как на ацетилхолин и другие медиаторы, осуществляются благодаря взаимодействию катехоламинов с рецепторами в составе клеточных мембран. На основании чисто фармакологических критериев были выделены a- и b-адренорецепторы. В физиологических условиях реакция какого-либо органа на адреналин и норадреналин, поступающие с кровью, либо выделяющиеся при возбуждении симпатических нервов, зависит от преобладания a- либо b-адренергического эффекта, что наглядно проявляется в условиях стресса. Норадреналин в большей степени чем адреналин активирует a-адренорецепторы, в то время как эффект адреналина зависит от его концентрации в крови. Это наглядно видно на следующем примере. Так, в гладкой мускулатуре сосудов скелетных мышц содержится оба типа рецепторов. Возбуждение a-рецепторов приводит к сужению сосудов, а возбуждение b-рецепторов к их расширению. В физиологических условиях при достаточно низком уровне адреналина в крови он оказывает расширяющее действие на мышечные артерии, поскольку преобладает эффект b-рецепторов. При высоком уровне адреналина в крови, что характерно для стресса, мышечные сосуды суживаются в результате преобладания a-адренергического действия. Следовательно, физиологические эффекты стресса опосредуются указанными рецепторами, топография распределения которых в органах представлена на рис.4. Такое разнообразие видов рецепторов объясняет высокую специфичность действия катехоламинов на определенные органы. Так, например, сужение сосудов в брюшной полости опосредовано a-рецепторами, тогда как метаболические эффекты и расширение сосудов, снабжающих мышцы, - b-рецепторами. Угнетение секреции инсулина происходит с участием a-рецепторов, а липолитическое действие и влияние на сердечную мышцу – с участием b-рецепторов. Действие катехоламинов, опосредуемое b-рецепторами, связано с активацией аденилатциклазы и образованием ц-АМФ – второго внутриклеточного посредника, а a-рецепторами преимущественно активацией фосфолипазы С. Существование различных типов рецепторов имеет важное значение для клиники, так как многие вещества, блокирующие эти рецепторы, используются для лечения сердечно-сосудистых заболеваний, артериальной гипертензии, нарушений кровоснабжения органов.
Суммируем основные эффекты катехоламинов:
| a-адренорецепторы, преимущественно активируются норадреналином | b-адренорецепторы, преимущественно активируются адреналином |
| a1 сужение сосудов расслабление гладкой мускулатуры желудочно-кишечного тракта сокращение матки | b1 увеличение возбудимости, проводимости и сократимости сердечной мышцы липолиз в жировой ткани гликогенолиз расслабление гладкой мускулатуры желудочно-кишечного тракта стимуляция секреции ренина клетками ЮГА почек |
| a2 агрегация тромбоцитов подавление освобождения норадреналина синаптическими окончаниями | b2 расширение бронхов расслабление сосудов расслабление матки |
Считается, что в надпочечнике содержится около 70% адреналина и только 30% норадреналина, хотя у различных лиц возможно преобладание выделения того или иного катехоламина, что сказывается на характере поведенческой реакции человека и свойствах его психики. Так, лица с преобладанием адреналина относятся к категории кроликов, и лица с преобладанием норадреналина – львов.
Наряду с активацией САС на стадии тревоги в организме всегда отмечается быстрое нарастание концентрации кортизола-основного глюкокортикоидау человека, который синтезируется в пучковой зоне надпочечника при участии цитохрома Р-450. В наружной клубочковой зоне надпочечников синтезируется такой важный минералокортикоид как альдостерон. Возбуждение эрготропных зон гипоталамуса приводит к усилению секреции кортикотропин-рилизинг фактора (КРФ, кортиколиберин), который выделяется в кровь через особые аксо-вазальные синапсы и стимулирует базофильные кортикотрофы гипофиза. Секреция КРФ поддерживается и высоким уровнем адреналина в крови.
Рис.4 Влияние адреналина – гормона мозгового вещества надпочечников - на различные органы.
В ответ на действие КРФ в гипофизе секретируется адренокортикотропный гормон (АКТГ) и выделяется в кровь. Известно, что основным эффектом АКТГ является стимуляция синтеза и секреции глюкокортикоидов в пучковой зоне коры надпочечников, однако этот гормон обладает и собственными эффектами. АКТГ обладает липотропным действием, выражающемся в активации липазы жировой ткани и повышении выхода свободных жирных кислот из жировых депо в кровь. Этот эффект гормона невелик и непродолжителен, однако наступает быстро.
Собственные эффекты кортизола чрезвычайно разнообразны и осуществляются несколькими путями: это влияние на тимико-лимфоидную ткань, метаболизм, ЦНС и сердечно-сосудистую систему. Кортизол вызывает лизис тимико-лимфоидной ткани и быстрый выброс в кровь антител из разрушающихся лимфоидных клеток. Этот эффект обеспечивает срочную защиту от проникающих бактерий и чужеродных белков, однако образование иммунных антител тормозится. Эффекты кортизола в ЦНС и сердечно- сосудистой системе в большой степени являются косвенными - кортизол повышает возбудимость нейронов, гладких и сердечной мышцы, потому что способствует накоплению ионов кальция в клетках. Следовательно, эти структуры становятся более возбудимыми и легче отвечают на воздействие, например адреналина. Такие эффекты глюкокортикоидов называются пермиссивными. Кортизол, обладая незначительным минералокортикоидным эффектом, вызывает задержку натрия и повышение объема циркулирующей крови. Остановимся подробнее на метаболических эффектах кортизола.
Таблица 2