Реакции адаптации — обратимое изменение размера, количества, фенотипа, метаболической активности и функций клеток в ответ на изменения окружающей среды. Реакции адаптации могут иметь несколько форм.

Гипертрофия возникает за счет увеличения клеток в размерах, что приводит к увеличению размеров органа. Новообразованные клетки в гипертрофированном органе отсутствуют. Увеличение размеров органа происходит только за счет увеличения в размерах каждой клетки, но не за счет их количества.

Клетки, способные к делению, могут реагировать на стресс двумя путями: гипертрофией, т.е. увеличением клетки в размерах за счет синтеза большего количества ее структурных компонентов, и гиперплазией, т.е. делением клеток.

Клетки, неспособные к делению или с ограниченной способностью делиться (например, волокна кардиомиоцитов), увеличивают массу ткани только за счет гипертрофии. Нередко процессы гипертрофии и гиперплазии сосуществуют и совместно приводят к увеличению размера органа.

Гипертрофия может быть физиологической или патологической в результате увеличения функциональной нагрузки, стимуляции гормонами или факторами роста. Клетки поперечнополосатых скелетных мышц и сердечной мышцы имеют ограниченную способность к делению и отвечают на повышенные метаболические требования развитием гипертрофии.

Самая характерная причина гипертрофии мышц — это повышенная рабочая нагрузка. Например, скелетные мышцы бодибилдеров — результат увеличения размеров мышечных волокон в ответ на повышенную нагрузку. Стимулом, запускающим гипертрофию сердца, обычно является гемодинамическая перегрузка, возникающая в результате гипертензии или клапанной недостаточности. В обоих видах ткани мышечные клетки синтезируют больше белков, и количество миофиламентов растет.

Это, в свою очередь, увеличивает силу, которую может генерировать каждый отдельный миоцит. Таким образом, увеличиваются сила и работоспособность всей мышцы в целом.

Мощный физиологический рост матки во время беременности — яркий пример гормоноиндуцированного увеличения размера органа, который в большей степени является результатом гипертрофии мышечных волокон, чем гиперплазии. Увеличение клетки стимулируется эстрогенными гормонами, действующими на эстрогеновые рецепторы гладких мышц и в итоге приводящими к усиленному синтезу белков и увеличению размера клетки.

Традиционный взгляд на сердечную и скелетные мышцы: у взрослых эти ткани неспособны к пролиферации, таким образом, увеличение их массы является следствием гипертрофии. Однако сейчас собраны доказательства, что помимо гипертрофии мышечные клетки способны к делению, а также возможно повторное заселение клеток из клеток-предшественников.

Механизмы развития гипертрофии

Гипертрофия — результат повышенной продукции белков клетки. Понимание процессов гипертрофии в значительной степени основано на исследованиях сердечной мышцы. Гипертрофия может быть индуцирована совместным действием сенсоров к механическому воздействию (которые запускаются повышенной рабочей нагрузкой), факторами роста (включая трансформирующий фактор роста b, инсулиноподобный фактор роста 1, фактор роста фибробластов) и вазоактивными факторами (а-адренергическими агонистами, эндотелином-1 и ангиотензином II). Несомненно, механические сенсоры сами по себе индуцируют продукцию факторов роста и агонистов.

Эти стимулы совместно усиливают в мышечной ткани синтез белков, которые отвечают за гипертрофию. К мышечной гипертрофии приводят два основных биохимических пути: путь PI3K/AKT, считающийся наиболее важным при физиологической гипертрофии, например индуцированной физическими упражнениями, и путь передачи сигнала по обратной связи через рецепторы, сцепленные с G-белком (индуцированные факторами роста и вазоактивными агентами и считающиеся более важными при патологической гипертрофии). Гипертрофия также может сопровождаться сменой форм сократительных белков — взрослых на эмбриональные или неонатальные.

Например, при мышечной гипертрофии a-форма тяжелой цепи миозина замещается b-формой тяжелой цепи миозина, которая характеризуется более медленным и энергоемким сокращением. К тому же некоторые гены, экспрессирующиеся только во время раннего развития, реэкспрессируются в гипертрофированных клетках, а продукты этих генов участвуют в ответе клетки на стресс. Например, ген предсердного натрийуретического фактора экспрессируется и в предсердиях, и в желудочках сердца эмбриона, но после рождения исчезает. Тем не менее гипертрофия сердца сопровождается реиндукцией экспрессии гена предсердного натрийуретического фактора.

Предсердный натрийуретический фактор — это пептидный гормон, который вызывает выделение соли почками, уменьшает объем крови и снижает кровяное давление, т.е. снижает гемодинамическую нагрузку.

Какими бы ни были причина или механизм развития гипертрофии сердца, наступает момент, когда увеличенная в размерах сердечная мышца не может больше выполнять повышенные нагрузки. На этой стадии в миокардиальных волокнах происходят декомпенсационные изменения, самое важное из которых — потеря сократительных миофибрилл в результате лизиса. В крайних случаях кардиомиоцит погибает в результате апоптоза или некроза. В результате таких изменений развивается сердечная недостаточность, являющаяся следствием череды событий с момента адаптации в ответ на стресс до развития значимого повреждения клеток при продолжительном воздействии стресса.

Несмотря на то что гипертрофию рассматривают как увеличение размера клетки или ткани, иногда на субклеточном уровне гипертрофии могут подвергаться селективно отдельные органеллы. Например, у пациентов, принимавших барбитураты, обнаруживают гипертрофию гладкого эндоплазматического ретикулума (ЭПР) гепатоцитов, которая является адаптационной реакцией, обеспечивающей усиленный синтез ферментов (смешанно-функциональных оксидаз цитохрома Р450), необходимых для метаболизации лекарственных средств.

Со временем в результате адаптационной реакции эти лекарственные средства у пациентов становятся менее эффективны. Адаптация к одному лекарственному средству может увеличить способность гепатоцитов метаболизировать и другие препараты. Например, алкоголь вызывает гипертрофию гладкого ЭПР и может привести к снижению концентрации барбитуратов, принятых с ним одновременно. Опосредованную Р450 трансформацию часто понимают как процесс детоксикации.

Но многие ее компоненты, вовлеченные в процесс, могут оказывать более сильное повреждающее действие, чем лекарственные средства. Кроме того, продуктом распада этой окислительной реакции является активная форма кислорода, которая сама по себе может повредить клетку. Нормальная генетическая вариация (полиморфизм) влияет на активность Р450, и таким образом определяется чувствительность разных пациентов к лекарственным средствам.

- Рекомендуем ознакомиться со следующей статьей "Что такое гиперплазия? Гиперплазия как механизм адаптации"

1. Определение патологии. Что такое патология как наука?
2. Характеристики заболевания: этиология, патогенез, морфология, клиника
3. Варианты ответа клетки на повреждение и стресс
4. Что такое гипертрофия? Гипертрофия как механизм адаптации
5. Что такое гиперплазия? Гиперплазия как механизм адаптации
6. Что такое атрофия? Атрофия как механизм адаптации
7. Что такое метаплазия? Метаплазия как механизм адаптации
8. Виды повреждения клетки: обратимое, необратимое, смерть
9. Причины повреждения клетки и ее смерти
10. Цитологические и морфологические изменения клетки при повреждении