Сегодня: 26.02.2017   RSS
Твой мудрый Лекарь народная медицина
 



Фотогалерея HQ Все фото...

Душица обыкновенная
 
клевер
 
Зверобой продырявленный

Контакты

e-mail: u-lekar@ya.ru
www.u-lekar.ru
добавить на Яндекс

// Главная arrow Записная книжка Лекаря arrow Стресс - Устойчивость - Приспособление

Стресс - Устойчивость - Приспособление

За всю очень долгую историю жизни на Земле — а это примерно три миллиарда лет — общее число видов животных и растений превысило миллиард. Более 400 миллионов из них населяют нашу планету в настоящее время. Сущность эволюции — процесса, породившего такое фантастическое разнообразие ныне живущих и вымерших видов,— в прочной и многосторонней связи организмов с окружающей их средой. И теория происхождения видов Ч. Дарвина блестяще доказала действие такой связи.

Все без исключения организмы — от одноклеточной примитивной амебы до сложного многоклеточного млекопитающего — испытывают на себе влияние широкого спектра факторов среды обитания. Но мало того, что каждый организм в своих многогранных связях с внешней средой постоянно подвергается воздействию разнообразных по качеству и интенсивности раздражителей, он в то же время сам в процессе своего развития оказывает определенное влияние на окружающую среду. Существование такой «обратной связи» создает состояние динамического равновесия в природе, а это, в свою очередь, и есть определяющее условие и гарантия активного функционирования организма.

Однако такая идиллия во взаимоотношениях «организм — окружающая среда» сохраняется до тех пор, пока агенты внешней среды — температура, влажность, атмосферное давление, радиация (в широком спектре — от ионизирующей до видимого света), условия питания (пища для животных и содержание минеральных солей в почве для растений) и т. д. — действуют в пределах нормы. Если же время и мощность действия названных и многих других воздействий среды выходят за пределы естественных, как говорят, фоновых доз, то это уже существенно изменяет процессы, идущие в организмах. Появляются глубокие, необратимые изменения в работе клетки, повреждаются ее главные составные части — ядро, хлоропласты, митохондрии,— постепенно изменяется характер координации между органами, что в конце концов может привести организм к гибели.

Представим себе, что в каком-то районе Земли изменились климатические условия (такое может случиться в результате промышленной деятельности человека). Допустим, что влажный, прохладный климат сменился засушливым. Сами по себе создавшиес условия еще не могут быть непосредственной причиной гибели растительного и животного мира данного района, но в то же время, действуя долго, они могут сработать в роли своеобразного селекционера — выделить из организмов те, что обладают наибольшей устойчивостью, приспособляемостью к изменившимся условиям среды.

С давних пор многими исследователями, работающими в данной области, было отмечено два важных момента. Во-первых, длительное действие факторов внешней среды, если оно не приводит организм к гибели, способствует появлению у него определенных признаков устойчивости, иммунитета к этим неблагоприятным явлениям. Во-вторых, и это очень важно, приобретенный иммунитет является, как говорят биологи, неспецифическим! Другими словами, если организм подвергся, например, действию повышенных доз ионизирующего излучения, то он становится устойчивым к радиации вообще, а не только к данному его виду.

Без понимания механизма взаимоотношений «организм — внешняя среда» нельзя создать фундаментальную теорию единства организма и среды. Необходимость же в такой теории определяется многими практическими задачами, остростоящими сегодня перед человечеством. Наиболее актуальны из них, по крайней мере, две — охрана окружающей среды и обеспечение населения нашей планеты продуктами питания. Есть здесь и еще один аспект — космический: недавно человек начал осваивать совершенно неизведанную область и столкнулся с новыми, до сих пор неизвестными по своей природе и действию на живое факторами космического пространства и среди них — с невесомостью — отсутствием привычной для земных организмов силы тяжести.

Ганс СельеЧто сегодня можно положить в основу этой теории? Во-первых, медико-биологическую концепцию стресса, выдвинутую и разработанную известным канадским физиологом Гансом Селье на уровне целого организма. Во-вторых, сформулированную выдающимся советским физиологом Дмитрием Николаевичем Насоновым цитофизиологическую концепцию неспецифической реакции клеток на внешнее воздействие— паранекроз. И наконец, ряд гипотез и теоретических обобщений о том, как действует механизм устойчивости и адаптации на уровне биологических мембран.

Вот, образно говоря, «три кита», на которые можно опереться в обосновании теории приспособления организма к влияниям окружающей среды. Рассмотрим это подробнее.

В начале тридцатых годов ХХ века молодой, тогда еще неизвестный врач, Г. Селье, экспериментируя с традиционными лабораторными животными, морскими свинками, заметил одну, часто повторяющуюся особенность. У подопытных животных, которые подвергались воздействию различных факторов, и характер и этапы заболевания выражались в однотипных реакциях: увеличивался вес и объем надпочечников, активизировались гормоны, вырабатываемые в корковой части этих органов, а лимфатические узлы уменьшались, их активность постепенно подавлялась.

Результаты этих экспериментов были опубликованы Г. Селье в 1936 году в журнале «Nature» в короткой статье «Синдром, вызванный различными повреждающими агентами». Эту дату можно считать днем рождения учения о стрессе, становление и развитие которого за прошедшие 40 лет вызвало к жизни исследования, имевшие далеко идущие последствия как в экспериментальной и клинической медицине, так и в теоретических работах биологов, изучающих механизмы адаптации организма.

Примерно в это же время, в 1934 году, советский ученый Д. Н. Насонов впервые показал своими исследованиями, что содержимое живой клетки — протоплазма — поразительно однотипно реагирует на любые изменения окружающей среды. Ученый действовал на клетку самыми разнообразными раздражителями—органическими красителями, температурой, механическими и другими раздражениями — и наблюдал, какие изменения претерпевает при этом клетка. Эти изменения выражались главным образом в следующем: увеличивалась вязкость протоплазмы, уменьшалась ее дисперсность, возрастала концентрация водородных ионов (рН).

Этот комплекс изменений, последовательно происходящих в протоплазме в ответ на раздражение, и был назван Насоновым паранекрозом.

Концепция паранекроза — этого универсального биологического явления — была обобщена в монографии «Местная реакция протоплазмы и распространяющиеся возбуждения» (1940 год). В ней убедительно показано, что ведущая роль в реакции клеток на внешние воздействия принадлежат белкам протоплазмы, их химической активности и физическим свойствам. Развивая и экспериментально обогащая идею о главенствующей роли белков, ученик и сподвижник Д. Н. Насонова профессор В. Я. Александров в 1965 году выдвинул так называемую денатурационную теорию повреждения. Вот ее суть. В неблагоприятных условиях, вызванных различными воздействиями, ослабевает прочность и упругость белковых макромолекул, в которых изменяется порядок крепления их субъединиц — аминокислот.

Истинность и значимость любой научной концепции доказывается не только ее широким признанием, но и тем, что основные положения данной концепции становятся необходимым инструментом дальнейших экспериментальных исследований и теоретических обобщений в определенной области науки.

В полной мере это относится к работам Г. Селье и Д. Н. Насонова. Заслуга Г. Селье прежде всего в том, что там, где многие исследователи видели лишь частные отклонения от нормы, он увидел общую закономерность — систему стресса. Идеи и творческое наследие Д. Н. Насонова, интенсивно развиваемые его учениками, уже принесли и продолжают приносить неоценимую пользу для создания фундамента общей теории механизма возбуждения и повреждения клетки на основе современных достижений физиологии, биохимии и биофизики.

Однако что здесь «начало»? Где пусковой механизм тех изменений, которые развиваются в организме под действием внешних факторов? Приобретает ли организм устойчивость в процессе своего прямого столкновения с неблагоприятными факторами среды или же развитие устойчивости — следствие последовательных изменений, происходящих в клетке? Что причина и что следствие?

Поиски ответа на вопрос неизбежно приводят нас к точке, где пересекаются основы двух уже упомянутых теорий — теории стресса, объясняющей явление биологической неспецифичности на уровне целого организма, и теории паранекроза, объясняющего эти явления на клеточном уровне. И тем не менее окончательный ответ на вопрос, по-видимому, лежит глубже — на субклеточном и молекулярном уровнях и может быть получен благодаря расшифровке регуляторных механизмов клетки.

Действительно, клетка — это тот первый уровень организации живого, который способен воспринимать сигналы из окружающей среды. Современные физические и химические методы исследования, которыми располагает биолог-экспериментатор, дали возможность тщательно исследовать важнейшие «детали» протоплазмы, их тонкую структуру, химический состав и «рабочие» качества. Сегодня мы знаем о содержимом клетки почти все. Центральное место в ней, как по местоположению, так и выполняемой роли, занимает ядро, где сконцентрировано высокомолекулярное соединение — дезоксирибонуклеиновая кислота — ДНК — материальный субстрат наследственной информации. Следующими по значению в клетке выступают структуры, ответственные за ее энергетику,— митохондрии и хлоропласты,— своего рода энергетические станции, где идет синтез и разложение аденозинтрифосфорной кислоты — АТФ — универсального источника энергии.

Исследованию состояния и работы этих «энергетических станций» посвящены многие работы, выполненные за последнее десятилетие. Были проведены такие работы и нами в Институте биофизики АН СССР, в лаборатории покойного академика Г. М. Франка, под руководством профессора С. В. Тагеевой. Вот основные ее результаты.

Меняя условия внешней среды, в которой находились клетки животных и растений,— действуя на них высокими и низкими температурами, составом минерального питания, ионизирующей радиацией, различными режимами водоснабжения,— мы наблюдали, как в ответ на эти вариации среды изменяется состояние митохондрий и хлоропластов клетки, как отражается это на их «рабочих» качествах и структуре.

И оказалось, что независимо от того, какой фактор среды доминирует, в клеточных органеллах появляются четко выраженные, происходящие поэтапно стереотипные изменения: вся органелла набухает, уменьшается количество мембран, увеличивается объем гомогенного вещества-наполнителя (матрикса) и в результате снижается интенсивность идущих в органелле процессов.

На следующем этапе опытов мы провели сравнительный анализ между активностью синтеза АТФ и распадом этого соединения в клетках, поставленных в неблагоприятные условия. Результаты оказались более чем убедительными: клетка как автоматическая саморегулирующаяся система стремится в этих условиях сохранить равновесие между скоростью образования и интенсивностью распада АТФ, этого высокоэнергетического соединения.

Однако, по-видимому, такое удается клетке до тех пор, пока сила внешнего воздействия не переходит физиологических границ, в которых может жить клетка, а происходящие в ней изменения являются еще обратимыми. Если же доза такого воздействия становится повреждающей, равновесие нарушается: процессы распада АТФ начинают преобладать над процессами синтеза. Если такое состояние сохраняется долго, начинается деградация самих митохондрий и полное подавление их функций — клетка лишается главного своего источника энергии.

Итак, составные части любой клетки — ее органеллы — отвечают на воздействие внешних факторов комплексом неспеци фических (однотипных) морфологических и функциональных изменений. Этот вывод можно сделать на основании многочисленных экспериментов.

Ну, а если заглянуть еще глубже? Ведь составная часть всех без исключения клеточных структур — элементарная биологическая мембрана. Какова ее роль?

Прежде чем перейти к обсуждению степени участия биологических мембран в процессе выработки клеткой устойчивости к действию неблагоприятных условий, необходимо хотя бы коротко сказать о принципе организации этих универсальных элементов живой материи.

Концепцию элементарной биологической мембраны можно считать ровесницей века. Именно в этот период немецкий физиолог Пфеффер, а вслед за ним и англичанин Овертон сформулировали понятие о плазматической мембране, окружающей всю клетку и создающей в ней барьер проницаемости для различных веществ. Однако мысль о существовании клеточной мембраны еще долго оставалась на уровне гипотезы, хотя многочисленные эксперименты и подтверждали, что существует некая материальная субстанция, осуществляющая обменные процессы между клеткой и окружающей средой.

Лишь в 1935 году два исследователя — итальянец Дж. Даниэлли и англичанин Т. Даусон — предложили принципиальную модель строения биологической мембраны. На основании теоретических вычислений они пришли к выводу, что для выполнения той роли в клетке, которую ей приписывают, элементарная мембрана должна представлять собой чередующиеся слои белковых и липидных (то есть жировых) молекул. Увидеть же их и окончательно убедиться в существовании этих образований удалось лишь с появлением электронного микроскопа и методов приготовления ультратонких срезов (а до того в экспериментальной биологии был даже такой период, когда некоторые видные специалисты в области клеточной физиологии высказывали сомнение в реальности мембран). Американец Робертсон в 1961 году и вслед за ним швед Шестранд в 1963 году показали, что основу элементарной мембраны составляет трехслойная структура толщиной в 110 ангстрем. Средний слой, видимый под электронным микроскопом как «пустой», представляет собой цепи жирных кислот липидов, он окружен с обеих сторон темными слоями, состоящими из белковых молекул.

Сегодня с уверенностью можно сказать, что во всех без исключения процессах, протекающих в живой клетке, прямо или косвенно участвует мембрана. Это уже настолько очевидно, что сведения о ее строении и рабочих характеристиках перекочевали из академических монографий на страницы учебников.

Что же может делать мембрана? Прежде всего она защищает клетку от вредных воздействий внешней среды. Во-вторых, клеточная мембрана — это основа избирательной проницаемости клетки: она пропускает через себя одни вещества и задерживает другие. В-третьих, биомембрана наряду с генетическим аппаратом принимает участие в регуляции синтеза белков клетки.

Однако наиболее важными в клетке являются так называемые сопрягающие мембраны, составляющие основу митохондрий и хлоропластов, ответственных за выработку в клетке энергии.

По химическому составу мембраны — сложные полимерные образования. Достаточно сказать: в нуклеиновые кислоты входят 24 мономера, а содержимое липидных компонентов насчитывает около 50 единиц. Липиды составляют от 30 до 75 процентов мембраны — это зависит от назначения и активности последней.

В принципе к липидам относятся все вещества с гидрофобными, то есть водоотталкивающими свойствами. Однако есть и гидрофильные — водорастворимые — липиды, основу которых составляют полярные жирные кислоты. (Эти важные компоненты биологической мембраны состоят из водонепроницаемой углеводородной цепи, длина которой зависит от количества углеводородов (СН2) и водорастворимой карбоксильной группы СОО. Поэтому они и называются полярными или полурастворимыми. Жирные кислоты могут быть насыщенными и ненасыщенными в зависимости от числа двойных связей между звеньями углеводородной цепи.)

Вторым основным компонентом биологической мембраны являются белки — весьма многочисленные и разнообразные по составу и свойствам .вещества. Достаточно сказать, что почти все ферменты, составляющие основу мембран, участвующих в выработке энергии в клетке,— это белки. Плазменные мембраны содержат большое количество так называемых сократимых белков, обладающих способностью расщеплять богатые энергией связи в молекуле АТФ (или, как говорят специалисты, обладающих АТФ-азной активностью).

Что же происходит на уровне мембран? Экспериментальные исследования тех изменений, которые происходят в мембранах клеточных органелл под действием неблагоприятных факторов, начались сравнительно недавно, в конце 50-х годов, но очень интенсивно и велись широким фронтом. Сначала внимание специалистов привлекли липиды и особенно группа полярных жирных кислот. Американские исследователи Ричардсон и Лион с сотрудниками, изучая клеточные органеллы, ответственные за выработку энергии в клетке у теплолюбивых и холодостойких видов животных и растений, обнаружили, что мембраны митохондрий в клетках организмов, приспособленных к жизни при пониженных температурах, содержат значительно больше ненасыщенных жирных кислот, чем мембраны митохондрий теплолюбивых организмов. И эта особенность дает организму преимущество, позволяя ему нормально расти и развиваться в менее благоприятных условиях: высокое содержание ненасыщенных жирных кислот позволяет митохондрии изменять свой объем (набухать и сокращаться) в более широком диапазоне, а такие периодические изменения объема совершенно необходимы клеточным структурам для выполнения их рабочих функций — от частоты и размера этих изменений зависит активность биохимических и энергетических процессов, идущих в клетке.

Но мембрана, состоящая из белков и жиров, представляет собой неразрывно связанное целое не только в структурном (архитектурном) отношении, это и функционально единый комплекс. Поэтому, естественно, исследователи не могли не проявить интереса и к белковому ингредиенту мембраны.

Мы уже говорили о работах профессора В. Я. Александрова, изучавшего роль мембранных белков в механизме устойчивости и адаптации, В результате многолетних исследований он пришел к выводу, что структура (строение) белковой молекулы имеет решающее значение для прочности и упругости мембран. Более того, американский исследователь Пекер обнаружил, что те изменения .объема органелл — набухание и сокращение,— о которых мы упоминали выше, в сильной степени зависят также и от присутствия в мембране белков, обладающих АТФ-азной активностью. Эти белки, как было выяснено, имеют много общего с сократительными белками мышечных волокон. В серии работ, выполненных нами, было показано решающее значение этих белков в устойчивости растений к неблагоприятным условиям среды.

Таким образом, если липидный компонент мембраны определяет в основном эластичность, гибкость мембраны, то белковый состав, а именно АТФ-азные белки, придают мембране прочность, упругость.

Итак, от того, какими свойствами обладают мембраны основных клеточных органелл, будут зависеть структурная и функциональная целостность клетки, ее высокие «рабочие качества» в условиях, когда на нее действуют неблагоприятные факторы.

Как показывает многолетний опыт, накопленный экспериментальной биологией и медициной, «главные события» происходят именно в клетке. Но клетка, хотя и основная, но ничтожно малая элементарная ячейка. Возможности высокоорганизованного многоклеточного организма, несомненно, гораздо выше, однако сложный каскад защитной реакции в конечном счете реализуется именно на клеточном уровне.

Пока организм находится в нормальных, «комфортных» условиях, он расходует свои ресурсы (материальные и энергетические) расчетливо и экономно. При первых же признаках появления внешнего или внутреннего «врага» включается сигнал «тревоги», и организм мобилизует регуляторные механизмы, которые по различным каналам — электрическим, химическим — спускают этот сигнал до клеточного уровня. Клетка в ответ на это немедленно активизирует синтез необходимого защитного материала (ненасыщенных жирных кислот и АТФ-азных белков) и выработку дополнительной энергии.

Эти перестройки ритма клеточного метаболизма и есть основные условия успешной борьбы организма с неблагоприятными факторами среды.

Таким образом, как видно из сказанного, существует органичная взаимосвязь между биологическим смыслом явления стресса, появлением признаков устойчивости на разных уровнях организации живого и сложным механизмом общей адаптации организма.

См. также: Стрессовые состояния



Рейтинг: / 0
неактуальноактуально 



Bookmark and Share

Мудрый совет

Полезные свойства лука
Лук оказывает бактерицидное, фитонцидное, антисклеротическое действие, способствует усвоению витамина С. Лук содержит йод и комплекс витаминов. Рекомендуется при бронхиальной астме, простудных заболеваниях, тромбофлебите, атеросклерозе, запоре. Не употреблять при обострении язвы желудка, двенадцатиперстной кишки, воспалении печени.

Свежие комментарии


Народный опрос

При плохом самочувствии Вы...
 

Облако тегов


Наша статистика