Стресс и общий адаптационный синдром у животных
Одним из достижений современной медицины является раскрытие важной роли эндокринных желез, в частности системы гипофиз — корковое вещество надпочечных желез, в адаптации организма к действию патогенных факторов. Широкую известность приобрела теория канадского ученого Ганса Селье о стрессе.
Термином «стресс» (от англ. stress — напряжение) обозначают неспецифическую реакцию организма, возникающую под влиянием любых сильных воздействий (стрессоров) и сопровождающуюся перестройкой защитных систем организма. Селье обратил внимание на то, что, несмотря на разнообразие стрессоров (травма, инфекция, переохлаждение, интоксикация, наркоз, мышечная нагрузка, сильные эмоции и т. д.), все они приводят к однотипным изменениям в вилочковой, надпочечных железах, в лимфатических узлах, составе крови и обмене веществ. В опытах на крысах он наблюдал типичную триаду, которая включает гипертрофию коркового вещества надпочечных желез, инволюцию вилочково-лимфатического аппарата и геморрагические язвы на слизистой оболочке желудка и двенадцатиперстной кишки.
Стресс проявляется в виде общего адаптационного синдрома,который состоит из трех последовательных стадий: реакции тревоги, стадии резистентности и стадии истощения. Реакция тревоги означает немедленную мобилизацию защитных сил организма. Она состоит из фазы шока и противошока. В фазе шока наблюдаются гипотония мышц и артериальная гипотензия, гипотермия, гипогликемия, сгущение крови, эозинопения, повышение проницаемости капиллярных сосудов. Инволюция лимфоидной ткани, отрицательный азотистый баланс, язвенные поражения желудка свидетельствуют о преобладании процессов катаболизма. Фаза противошока характеризуется изменениями в обратном направлении (повышение артериального давления, мышечного тонуса, содержания глюкозы в крови), ведущими к развитию следующей стадии — стадии резистентности. Основное патогенетическое звено фазы противошока — это стойкое усиление секреции кортикотропина и кортикостероидов. В стадии резистентностигипертрофируется корковое вещество надпочечных желез и секретируется большое количество гормонов, активизируются анаболические процессы, усиливается гликонеогенез.
Защитные реакции организма, обусловливающие возможность жизни при стрессе, Селье назвал синтоксическими. При длительном действии повреждающего агента адаптация нарушается. Истощение функциональных резервов и атрофия коркового вещества надпочечных желез, снижение артериального давления, распад белковых веществ характеризуют переход стадии резистентности в стадию истощения(дистресс). Исход стресса зависит от соотношения силы и длительности действия стрессора и потенциальных возможностей защитных сил организма.
Биологическое значение адаптационного синдрома заключается не только в том, что во второй, наиболее длительной его стадии повышается резистентность организма по отношению к фактору, вызвавшему состояние стресса, но и в том, что при не очень сильном и длительном стрессе может создаваться или повышаться неспецифическая резистентность» организма к различным другим факторам. Она проявляется в повышенной выживаемости после воздействия летальных агентов или же в уменьшении воспаления, предупреждении гиперэргических реакций, поражении сердца, почек и других органов, возникающих под влиянием патогенных факторов. Например, кровопусканием (стрессор) можно ослабить воспаление, вызванное внутрикожным введением формалина. Мышечное напряжение или травма защищает животное от некроза в миокарде, вызываемого внутривенной инъекцией протеолитических ферментов. Кортикотропин и кортикостероиды играют в формировании неспецифической резистентности ведущую роль, поэтому их называют адаптивными гормонами (рис. 24.8). Систематическое воздействие на организм слабых и умеренных раздражителей (например, холодный душ, физические упражнения) поддерживает готовность эндокринной системы к адаптивным реакциям.
Недостаточность адаптации или ее отклонения в противоположную сторону являются, по Селье, причиной развития болезней адаптации. Экспериментальное подтверждение этого положения состоит в возникновении гипертензии, нефросклероза, гиалиноза органов, усилении воспалительных реакций после введения больших доз дезоксикортикостерона, который обладает провоспалительными свойствами. Введение животным гликокортикоидов (противовоспалительные гормоны) тормозит воспаление, но в то же время подавляет иммунные реакции, вызывает язвенное поражение желудка и двенадцатиперстной кишки, создает условия для возникновения некроза миокарда. Недостаточность секреции гликокортикоидов способствует гиперэргическому течению иммунных процессов, снижает устойчивость к болезнетворным воздействиям. К болезням адаптации Селье относит ревматизм, бронхиальную астму, некоторые болезни почек, сердца и сосудов, ряд кожных и других заболеваний. В их возникновении большое значение придается кондициональным (обусловливающим) факторам. Этими факторами могут быть переохлаждение, перегревание, физическое переутомление, отягощенная наследственность, избыточное потребление поваренной соли. Совместное введение кортикостероидов и натрия хлорида создает фон, на котором различные раздражители вызывают некротические изменения в сердечной мышце.
Теория Г. Селье возникла на основе изучения эндокринных механизмов приспособительных реакций организма. Между тем еще раньше трудами У. Кеннона, Л. А. Орбели и их учеников было создано учение об адаптационно-трофической роли симпатической части вегетативной нервной системы в защитно-компенсаторных реакциях. Некоторые проявления стресса (появление язв) наблюдаются у гипофизэктомированных животных. Следовательно, невозможно сводить все разнообразие этих проявлений к одной только гормональной перестройке. Стресс является сложной нервно-гуморальной реакцией, в развитии которой принимают участие нервная система и эндокринные железы. Вместе с тем следует подчеркнуть, что теория Г. Селье оказала и продолжает оказывать большое влияние на развитие медицины. Она дала теоретическое обоснование кортикостероидной терапии. На основе этой теории разработан новый подход к проблеме старения, получила объяснение неспецифическая терапия (кровопускание, аутогемотерапия, иглоукалывание). Основные положения этой теории успешно разрабатываются и в настоящее время.
Источник
Эндокринные железы активно участвуют в ответной реакции организма на адекватные и неадекватные (болезнетворные) раздражители. Особо важное значение в этой реакции имеет гипота-ламо-гипофизарно-надпочечниковая система. Изучению роли гормонов в адаптации организма к действию вредоносных факторов посвятил свои исследования известный ученый Ганс Селье (Н. Selye). В 1936г. он впервые изложил свою концепцию о стрессе.
Под понятием «стресс» (от англ, stress — напряжение) подразумевают неспецифическую реакцию организма, развивающуюся под воздействием самых разных причинных факторов. К ним могут быть отнесены инфекции, хирургические травмы, ожоги, эмоциональное возбуждение (у беговой лошади), переутомление, боль, страх, интоксикация лекарствами или токсинами из окружающей среды, холод, транспортировка, перегруппировка животных и многие другие. Все экзогенные и эндогенные факторы, создающие повышенные требования к организму, получили название стрессоров. Несмотря на их разнообразие, организм отвечает стереотипной формой биохимических, функциональных и структурных изменений, адаптацией к новым ситуациям. Наряду со стереотипной ответной реакцией раздражитель вызывает и специфический ответ, характерный для конкретного патогена (рис. 33).
Рис. 33. Схема специфического и неспецифического (стрессорного) воздействия вредоносного агента на организм (по Селье, 1976)
Таким образом, этиологические факторы, действуя на организм, вызывают неспецифические, общие для разного вида агентов реакции и специфические, свойственные каждому из них.
Стресс, как было установлено, сопровождается характерной триадой:
увеличением массы коры надпочечников;
Ø инволюцией тимуса, селезенки, лимфатических узлов, других лимфоидных структур;
Ø возникновением в желудке и двенадцатиперстной кишке эрозий и язв.
Эти три типа изменений представляют собой объективные показатели стресса. Они стали основой для его изучения.
Стресс проявляется развитием общего адаптационного синдрома с последовательно развивающимися тремя стадиями: реакцией тревоги, стадией устойчивости (адаптации) и стадией истощения.
Первая стадия (реакция тревоги — alarm reaction) возникает в начале действия стрессора на организм. Реакция тревоги слагается из фазы шока и противошока. Фаза шока характерна быстрой мобилизацией и обильным выбросом в кровь кортикостероидов. Глюкокортикостероиды стимулируют гликонеогенез, который обеспечивает организм источником готовой к использованию энергии. Избыток гормонов вызывает катаболические изменения с потерей массы тела, инволюцию тимуса, других лимфоидных органов, лимфопению, эозинопению, нейтрофильный лейкоцитоз, угнетение иммунных и воспалительных реакций, эрозии и кровоточащие язвы в желудочно-кишечном тракте.
Если животное выживает после контакта со стресс-фактором, то начинается вторая фаза — фаза противошока. Под влиянием кортикотропина стимулируется функция коры надпочечников, усиливаются выработка и выведение в кровь глюкокортикоидов, повышается содержание сахара, мобилизуются защитные силы, повышается артериальное давление, восстанавливается общий тонус организма.
Вторая стадия — стадия устойчивости. Устанавливается повышенная сопротивляемость к повреждающему фактору, которая носит общий, неспецифический характер при любых воздействиях на организм. Активизируется гипоталамо-гипофизарно-надпочечниковая система. Увеличивается масса коры надпочечников, нарастает секреция кортикостероидов, в основном глюкокортикоидов, таких, как кортизол или кортикостерон. Они вызывают усиленный глюконеогенез, обеспечивая тем самым легкодоступный источник энергии для реакций адаптации соответственно требованиям, предъявляемым стрессорами. Глюкокортикоиды подавляют иммунные реакции и воспаление, помогая организму сосуществовать с вредными факторами.
Второй путь, опосредующий стрессорную реакцию, обеспечивают катехоламины, высвобождаемые из мозговой ткани надпочечников. Хромаффинные клетки синтезируют главным образом адреналин, стимулирующий общие механизмы в процессах адаптации. Адреналин создает легкоусвояемые источники энергии путем образования глюкозы из гликогена и свободных жирных кислот из триглицеридов жировой ткани. Он усиливает сердечную деятельность, повышает артериальное давление, стимулирует активность центральной нервной системы. Адреналин повышает свертываемость крови, чем предотвращает ее потерю при нарушениях целостности кровеносных сосудов.
В случае, если действие стрессора прекратилось, происходит нормализация функций, организм восстанавливает свою жизнедеятельность. Если же стрессор продолжает действовать, наступает третья стадия адаптационного синдрома.
Третья стадия — стадия истощения. Функциональные возможности организма, его нервной и эндокринной систем небеспредельны. Длительное действие стрессора приводит к атрофии коркового вещества надпочечников, ограничению синтеза кортикостероидов, катехоламинов, соматотропного и других стрессорных гормонов.
Анализируя значимость стрессорной реакции для организма животных, следует обратить внимание на тот факт, что частью общего адаптационного синдрома наряду с активацией защитных механизмов является угнетение многих функций, не связанных непосредственно с обеспечением адаптации к неблагоприятным факторам. Тимолимфатическая инволюция способствует снижению резистентности и иммунобиологической реактивности. Вак-цинопрофилактика не сопровождается полноценным иммунитетом, если животные были привиты в состоянии стресса. Часть из них после контрольного заражения вирулентным возбудителем погибает. У животных, подвергшихся стрессу, снижаются прирост массы, воспроизводительная способность и продуктивность, особенно молочная. Стресс у предубойных животных ухудшает качественные показатели мясной продукции.
Стресс в условиях современного ведения животноводства (скученность, ранний отъем молодняка, перегруппировки, транспортировка, инфекционные и инвазионные болезни, токсигены окружающей среды, повышение радиационного фона и др.) становится патогенетической основой нарушения жизнедеятельности организма.
Предупреждение длительного воздействия стресса на сельскохозяйственных животных возможно только при соблюдении санитарно-гигиенических норм содержания, кормления и ухода.
Источник
Каждый день мы сталкиваемся с воздействиями, которые выходят за рамки нашей адаптивной нормы. Как только мозг понимает, что с нами происходит «что-то не то», в организме запускается общий адаптационный синдром. Мы еще не разобрались, что именно вывело нас из равновесия, а наше сердце уже гонит кровь в мышцы, приготовившиеся драться или бежать, а мочевой пузырь и кишечник торопятся «сбросить балласт». За этим стоит слаженная работа нервов и гормонов, а управляет всем гипоталамус. Реакция всегда одинакова независимо от того, собираемся ли мы спасаться бегством от подозрительных личностей в темном переулке или готовимся выступить на совещании. О том, что происходит за кулисами стресса, рассказывает нейрофизиолог Анна Усенко.
Общий адаптационный синдром
Организм отвечает на любое воздействие таким образом, чтобы одновременно обеспечить достижение двух целей. Первая — сохранение собственной целостности и гомеостаза. Вторая — приспособление к тому воздействию, которое в данный момент оказывает на него среда (для человека это в первую очередь соответствие требованиям социальной среды).
Воздействие (раздражитель, стимул) — факторы окружающей среды, природной или социальной, либо факторы внутренней среды организма: боль, спазмы внутренних органов, изменение температуры или концентрации веществ в крови и др. На них реагируют рецепторы сенсорных систем, которые кодируют параметры этих факторов или раздражителей в виде нервных процессов (системы нервных кодов).
Ответная реакция организма формируется на основе оценки значимости (интерпретации) раздражителя, информация о котором поступает в мозг по сенсорным путям. Некоторые раздражители могут оцениваться как стрессоры, и в этом случае происходит запуск адаптивной реакции, один из компонентов которой называют стрессом. Любое воздействие, которое в данный момент выходит за пределы адаптивной нормы организма, то есть оценивается как угроза собственной стабильности и целостности, — стрессор.
Оценка
Оценка значимости раздражителя — это процессы психического уровня. Их обеспечивают две группы структур головного мозга: подкорковые центры лимбической системы — в первую очередь гипоталамус и миндалина — и кора больших полушарий конечного мозга. В интерпретации раздражителя выделяют два компонента: аффективный (эмоциональный) и когнитивный (рациональный).
Аффективный компонент формируется быстрее, поскольку обеспечивается гипоталамусом и тесно связанной с ним миндалиной, к которым сенсорная информация поступает по более коротким путям. Гипоталамус — отдел промежуточного мозга, в котором находится большое количество мелких групп нейронов (ядер), выполняющих разнообразные функции. В частности, в гипоталамусе сосредоточены центры эмоций. Именно активация центров эмоций, в первую очередь центра отрицательных эмоций, связана с оценкой воздействия как стрессора.
Эмоции, эволюционно появившиеся у животных с высоким уровнем организации нервной системы, а именно у птиц и млекопитающих, имеют важное приспособительное значение: это механизм, позволяющий мгновенно оценить раздражитель в контексте «полезно — вредно», «хорошо — плохо» и запустить врожденные ответные реакции. Этот механизм особенно важен в ситуации реальной угрозы организму, требующей быстрого принятия решения.
Механизмы аффективной оценки врожденные, поэтому выраженность эмоционального компонента во многом обусловлена индивидуальными особенностями структуры связей между центрами лимбической системы. Более того, эта оценка несодержательная (она не разбирается в том, что именно «полезно» или «вредно»), а потому субъективная, не всегда отражающая реальную ситуацию. При этом аффективный компонент играет ведущую роль в оценке раздражителя, так как именно выраженные эмоции, как правило отрицательные, служат индикатором выхода за пределы адаптивной нормы.
Когнитивный компонент интерпретации раздражителя обеспечивают структуры ассоциативной коры — это префронтальная кора и гиппокамп, которые анализируют сигналы более тонко и дифференцированно. На основе сенсорной информации с привлечением систем памяти (предыдущего опыта) корковые центры интерпретируют стрессор содержательно («В чем состоит вред или польза?», «В чем причина?», «Какими могут быть последствия?»), чтобы сформировать адекватный поведенческий ответ. При этом механизмы когнитивной интерпретации по скорости срабатывания немного отстают от оценки аффективной, так как сигналы в корковые центры поступают по более длинным путям.
Реакция
Ответная реакция на стрессор — системный психофизиологический феномен: в ее реализацию вовлечены все физиологические системы организма, которые функционируют скоординированно для достижения общей цели. Функциональное объединение систем органов и подчинение их согласованной работы решению общих задач осуществляют высшие центры нервной системы. Это выработанный в ходе эволюции врожденный механизм адаптивного ответа на стрессор, в структуре которого присутствуют два обязательных взаимосвязанных компонента: специфический и неспецифический.
Специфический компонент — целенаправленное поведение, в структуре которого можно выделить процессы психического уровня (постановка цели, принятие решения и выбор программы поведения) и нейрофизиологического уровня (построение двигательной программы). Цель адаптивного поведения — устранение воздействия стрессора (совладание со стрессором), а также компенсация или купирование последствий этого воздействия.
Специфичность поведенческого ответа заключается в том, что конкретная программа поведения зависит от ряда факторов, в частности от баланса двух составляющих оценки стрессора (аффективной и когнитивной), а также от индивидуального опыта. У высокоорганизованных животных и человека благодаря способности к обучению на базе врожденных механизмов поведения происходит усложнение, совершенствование и расширение адаптивного поведенческого репертуара.
Неспецифический компонент ответной реакции на стрессор — общий адаптационный синдром (ОАС), он же стресс. Это генерализованная (системная) неспецифическая реакция организма на стрессор, имеющая приспособительное значение — создание и поддержание такого функционального состояния организма, на фоне которого поведенческая реакция будет максимально эффективной. Цель стресса (ОАС) — обеспечить ресурсами поведенческий ответ на стрессор, то есть мобилизовать и перераспределить ресурсы организма. Эти процессы обеспечиваются механизмами нейрофизиологического уровня.
Почему стресс — это «генерализованная» реакция?
В ответ на действие стрессора происходит перестройка работы всех систем органов. Те системы органов, которые будут участвовать в обеспечении поведенческого ответа на стрессор (скелетные мышцы, сердечно-сосудистая и другие системы), мобилизуются, а значит, им необходимы дополнительные ресурсы — энергия и строительный материал. Те системы органов, которые не будут участвовать в обеспечении поведенческого ответа на стрессор (пищеварительная и другие системы), переходят в состояние пониженной активности. За счет изменения кровотока в органах и тканях происходит перераспределение крови, а значит, и транспортируемых ею веществ: в мобилизованных органах и тканях сосуды расширяются, кровоток усиливается, в остальных — наоборот.
Почему стресс — это адаптивный (приспособительный) механизм?
Функциональные перестройки в организме происходят в соответствии с готовящейся поведенческой реакцией на стрессор. Таким образом обеспечивается адаптация организма к характеру текущего поведения (борьба или бегство) и, соответственно, к требованиям внешней среды (социальной и природной).
Почему стресс — это неспецифическая реакция организма?
Независимо от природы стрессора — реальная угроза жизни или просто взбучка от начальства — перераспределение ресурсов и перераспределение активности внутренних органов (биохимические реакции, физиологические и физико-химические процессы) происходит одинаково. Это универсальные врожденные механизмы, реализующиеся по одному и тому же принципу. Стрессоры разнообразны, они вызывают специфические адаптивные поведенческие реакции. Но эти разнообразные поведенческие реакции сопровождаются одинаковой по сути, неспецифической биологической реакцией стресса — общим адаптационным синдромом.
Нейрогуморальная регуляция функций
Регуляцию работы и согласованное функционирование внутренних органов, сосудов и желез обеспечивает специализированный отдел нервной системы — вегетативная нервная система (ВНС). Ее называют автономной, потому что она функционирует независимо от сознания, в частности автоматически подстраивая внутренние процессы под текущее поведение. Два отдела вегетативной нервной системы — симпатический и парасимпатический — работают координированно, обеспечивая поддержание гомеостаза и устойчивое функционирование организма в самых разных ситуациях.
Парасимпатический отдел обеспечивает восстановление и стабилизацию показателей гомеостаза, сохранение ресурсов и их накопление. Как правило, он активируется в состоянии покоя и обладает так называемой трофотропной (питательной) функцией: клетки организма функционируют на оптимальном, сбалансированном уровне, обновляют свои структуры, растут, делятся и так далее.
Симпатический отдел обеспечивает мобилизацию организма, перераспределение и расходование его ресурсов, перестройку работы внутренних органов в ситуации, требующей активного взаимодействия с окружающей средой. Он обладает так называемой эрготропной функцией: клетки мобилизованных органов активно расходуют энергию.
В итоге текущее функциональное состояние организма определяется балансом (соотношением) активности симпатического и парасимпатического отделов ВНС. Характерная черта вегетативной нервной системы — постоянная активность ее структур.
Однако нервные процессы сопровождаются огромными затратами энергии. Есть более дешевый для организма способ поддержания работы внутренних органов в заданном режиме — гормоны, которые выбрасываются железами эндокринной системы в кровь и распространяются по всему организму. Эффекты гормонов длительные: они воздействуют на клетки до тех пор, пока циркулируют в организме. С помощью гормонов осуществляется гуморальная регуляция функций, которая поддерживает эффекты нервной регуляции. При этом секреция гормонов находится под контролем вегетативной нервной системы, а гормоны, в свою очередь, влияют на активность разных структур нервной системы.
Таким образом, в организме существуют две взаимосвязанные регуляторные системы — нервная и эндокринная, которые обеспечивают единый нейрогуморальный механизм регуляции функций. Ведущую роль в процессах нейрогуморальной регуляции играет нервная система, осуществляющая восприятие факторов внешней и внутренней среды организма, их оценку, принятие решения и запуск системных ответных реакций.
Запуск и реализация реакции на стрессор
Итак, запуск и реализацию ответной реакции на стрессор обеспечивают три группы механизмов: интерпретация воздействия как стрессора, целенаправленное адаптивное поведение и общий адаптационный синдром — собственно стресс.
Как достигается гармония (соответствие) между внутренними перестройками (ОАС) и адаптивными поведенческими реакциями? Такое возможно благодаря тому, что эти процессы запускаются из одного центра — гипоталамуса. Помимо центров эмоций, в гипоталамусе расположены центры вегетативной нервной системы, центры контроля функций эндокринной системы, а также центры базовых потребностей человека и животных (потребности в безопасности, в утолении голода, жажды и другие), которые обеспечивают запуск соответствующих врожденных форм поведения.
Именно гипоталамус первым реагирует на любые стрессоры и запускает координированные врожденные механизмы: целенаправленное поведение, а также соответствующие ему нейрогуморальные (вегетативные и эндокринные) механизмы стрессреализующей системы.
Дополнительные материалы
Г. Селье. Стресс жизни, 1956
McKlveen, Jessica M.; Myers, Brent; Herman, James P. The Medial Prefrontal Cortex: Coordinator of Autonomic, Neuroendocrine, and Behavioral Responses to Stress / Journal of Neuroendocrinology, 2017
Ulrich-Lai, Yvonne M.; Herman, James P. Neural Regulation of Endocrine and Autonomic Stress Responses / Nature Reviews Neuroscience, 2017
David S. Goldstein, Irwin J. Kopin. Evolution of concepts of stress / The International Journal on the Biology of Stress, 2017
Laurie Kelly McCorry. Physiology of the Autonomic Nervous System / Am J Pharm Educ, 2007
Stephens, Mary Ann C.; Wand, Gary. Stress and the HPA Axis / Alcohol Research: Current Reviews, 2012
Источник