Интенсивность исследований, направленных на изучение процессов адаптации и структурной реорганизации организма в результате экстремального действия факторов внешней среды, подтверждает актуальность данного вопроса. Действие низких температур занимает одну из ключевых позиций среди экстремальных факторов окружающей среды, действующих на организм человека [1–3].
В ответ холодовой стресс организм человека отвечает рядом сложных скоординированных биофизиологических процессов и реакций, в результате которых поддерживается относительное температурное постоянство внутренней среды [4]. Данные реакции чаще всего носят кратковременный характер, в связи с этим длительное действие низких температур вызывает срыв компенсаторных механизмов и приводит к отрицательным последствиям для организма, крайней степенью выраженности которых является смерть [5].
Цель исследования – обобщить, проанализировать и систематизировать опубликованную в открытых источниках информацию по структурно-морфологической регенерации эндокринной системы (желез внутренней секреции) организма человека в результате действия низких температур (холодового стресса).
Эндокринная система совместно с центральной нервной системой формируют комплекс, позволяющий организму адаптироваться к изменяющимся условиям окружающей среды. Важно отметить, что именно железы внутренней секреции играют важную роль в формировании защитно-приспособительных реакций [6].
Действие холодового стресса как агрессивного фактора внешней среды на неподготовленные и нетренированные биологические системы приводит к активации работы гипоталамо-гипофизарно-надпочечниковой системы и сопровождается синтезом и выбросом большого количества тироксина и инсулина. У адаптированных биологических систем действие холода приводит к активации катаболизма (усилению процессов анаэробного гликолиза, активации распада белков, жиров, углеводов, замедлению процессов синтеза белковых структур) [7].
Особое место в адаптационных процессах принадлежит гипофизарно-надпочечниковой системе. Это связано с реактивностью данной системы на воздействие факторов внешней и внутренней среды [8, 9].
При гистологическом исследовании на раннем (начальном, первом) этапе переохлаждения определяются признаки вазодилатации сосудов микроциркуляторного русла гипоталамуса, гипофиза, надпочечников, щитовидной железы, поджелудочной железы, их выраженное полнокровие, признаки венозной гиперемии. Длительное воздействие холодового фактора вызывает активацию гипоксических реакций, что приводит к повышению проницаемости сосудистой стенки, плазморрагии и диапедезу форменных элементов крови. На заключительном (третьем) этапе происходит переход от реактивного спазма сосудов в их паралитическое расширение с дальнейшим формированием стаза и развитием кровоизлияний. Воздействие холода приводит к структурно-морфологическим изменениям в эпифизе: отмечается полиморфизм клеток, в цитоплазме определяются разрежение паренхиматозных элементов, уменьшение количества рибосом, эндоплазматического ретикулума, вакуолей, со стороны ядра на ранних определяются нечеткость контуров ядер, признаки полиморфизма с последующим развитием кариопикноза и карирексиса. Иногда определяются полиморфные клетки с бледной цитоплазмой, мелкими полиморфными ядрами и отсутствием гранул. Данные изменения могут свидетельствовать о замедлении синтетических процессов в железе и как следствие – о снижении функциональной активности железы, а на более поздних стадиях – и о полном прекращении синтеза гормонов [10, 11].
Летальная холодовая травма приводит к явным изменениям в аденогипофизе: определяются признаки полнокровия сосудов микроциркуляторного русла, увеличение количества и размеров хромофильных аденоцитов, ядра клеток крупные, ярко окрашены, с хорошо выраженными ядрышками, края некоторых ядер нечеткие, фестончатые. Цитоплазма ядер бледная с признаками дегрануляции, содержит единичные гранулы. Хромофобные аденоциты окрашены менее интенсивно, цитоплазма выглядит нечеткой и расплывчатой. Ядра клеток светлые, границы ядер нечеткие, ядрышки практически не определяются. Обнаруженные изменения говорят о повышенной секреторной активности железы [12]. Некоторые исследователи, кроме вышеописанных изменений, дополнительно определяли повышенную вакуолизацию аденоцитов [13].
Результаты иммуногистохимических исследований материала, полученного от умерших в результате гипотермии, показывают повышение концентрации адренокортикотропина в клетках передней доли гипофиза и спинномозговой жидкости [14], тиреотропного гормона в спинномозговой жидкости и плазме крови [15]. Наиболее часто вакуоли встречаются в клетках передней доли гипофиза, в большей степени – в клетках, синтезирующих адренокортикотропин, в меньшей степени – в клетках, синтезирующих фолликулосинтезирующий и лютеинизирующий гормоны, практически отсутствуют в клетках, синтезирующих тиротропин [16]. Кроме этого, результаты некоторых исследований косвенно подтверждают, что при воздействии холода на организм происходят активация коры надпочечников и увеличение синтеза и выделения кортикостероидов [17].
Выраженная гиперемия коркового и мозгового вещества надпочечников с последующим сдавлением клеток коркового вещества в результате дилатации и повышенного кровенаполнения при холодовой смерти были освещены еще В.П. Десятовым [18]. При изучении коренных жителей суровых климатических зон высокогорья Тянь-Шаня были обнаружены изменения уровня гормонов гипофизарно-тиреоидной, гипофизарно-надпочечниковой систем, а также изменения уровня половых гормонов, что говорит об истощении или незрелости адаптационных компенсаторно-приспособительных реакций, развившихся в результате действия хронической гипотермии и гипоксии [19].
В результате проведения длительных исследований было доказано, что эндокринной системе, а именно гипоталамо-гипофизарно-адренокортикальной системе в совокупности с инсулярным аппаратом поджелудочной железы, принадлежит ведущая роль в адаптации к неблагоприятным факторам окружающей среды и к холодовому воздействию в том числе. [20, 21].
Гипотермия приводит к изменениям органелл в клетках надпочечников, указывающим на усиление синтез белка и процессов окисления, повышение синтеза катехоламинов при кратковременном воздействии, а также на срыв компенсаторно-приспособительных механизмов при хронической гипотермии [22, 23].
Стресс, вызываемый действием холода на организм человека и животных, особенно в сочетании с физической нагрузкой, приводит к активации гормональной активности надпочечников с последующим развитием гормональной недостаточности, что снижает устойчивость к стрессорным воздействиям [24].
Такое утверждение не соответствует данным Ю.С. Степаняна [19], который обнаружил, что в случаях смерти организма от охлаждения отмечается гипертрофия коркового слоя надпочечников по сравнению с контрольной группой. После проведения специфических окрасок обнаружено почти полное исчезновение гликогена, это говорит о повышенной запредельной работе коркового слоя надпочечников [11].
Ядра всех задействованных клеток гипертрофированы, полиморфны (в контрольной группе ядра меньших размеров). По периферии коркового вещества обнаруживаются клетки с неровными ядрами. Такие ядра с неровные краями можно считать доказательством более тесного и в то же время функционально активного контакта между ядром клетки и ее цитоплазмой. Периферические эндокриноциты коркового слоя имеют интенсивную окраску, включений в цитоплазме не обнаруживается, при этом при окраске прокрашиванию подвергался только ядерный аппарат клетки, что свидетельствует о дегрануляции эндокриноцитов мозгового вещества надпочечников и выделении большого количества гормонально-активных веществ. При этом расширение капилляров наиболее характерно для пучкового и сетчатого слоя (в контрольной группе дилатация сосудов микроциркуляции не обнаружена). В основной совокупности случаев охлаждения обнаруживаются острые нарушения циркуляции крови в капиллярах по типу гиперемии в виде мелких или более редко – довольно крупных периваскулярных кровоизлияний [25].
Описанные морфофункциональные изменения взаимосвязаны с основными биохимическими процессами, развивающимися в надпочечниках, и являются их морфологическим проявлением.
При гипотермии происходит истощение коры надпочечников из-за активного участия гормонов этой зоны в регуляции приспособительных реакций организма после воздействия холода, но данные морфологические признаки не являются достоверными и четко ориентированными исключительно на холодовое повреждение. Аналогичные морфологические признаки можно обнаружить при различных заболеваниях, особенно при сердечно-сосудистых заболеваниях, при длительном стрессе, особенно при декомпенсации в фазу истощения [26, 27]. Достоверно доказана связь между эмоциональным стрессом и обострением сердечно-сосудистых заболеваний. Также не остается сомнений, что сердечные заболевания являются предрасполагающим фактором для развития гипотермических повреждений. Значит, патоморфологические признаки, развивающиеся в надпочечниках при гипотермии, еще недостаточно изучены и нуждаются в дальнейшем анализе.
Железы внутренней секреции служат важными регуляторами адаптации живых организмов к воздействию холода, в том числе щитовидная железа, являясь эндокринным регулятором обмена веществ [28]. В подтверждение этому можно привести следующие морфологические и функциональные изменения, возникающие в железе после воздействия на организм глубокой гипотермии:
1) гиперемия перифолликулярных капилляров;
2) атрофия фолликулов;
3) пролиферация эпителия и гиперфункция щитовидной железы;
4) резкий рост активности йодидпероксидазы;
5) гиперсекреция тиреоглобулина;
6) резорбция и вакуолизация коллоида;
7) окраска коллоида по Маллори дает синий цвет с голубым оттенком;
8) слущивание фолликулярного эпителия;
9) в строме железы обнаруживаются очаги дистрофических изменений и отек [29, 30, 31].
В доступной нам научной и практической литературе имеется небольшое число работ, посвященных изучению патологических процессов, возникающих в поджелудочной железе при общем охлаждении организма. Обнаруженные нами данные по данному вопросу носят фрагментарный характер. Поджелудочная железа как орган смешанной секреции, регулирующий жировой и углеводный обмен, несомненно, участвует в адаптации животных и человека к воздействию холода.
Некоторые исследователи указывают на понижение секреторной активности и как следствие этого – на отсутствие аутолиза в железе при холодовой смерти. Позже К.М. Югов дополнил это заключение спазмированными выводными протоками и накоплением секрета в железах [32].
Зарубежные авторы обнаруживали в поджелудочной железе умерших от воздействия низкой температуры кровоизлияния, образование светооптических пустот или вакуолей в цитоплазме ацинарных клеток, некрозы и воспаление поджелудочной железы [33].
Были выделены три вероятных пути развития переохлаждения и панкреатита:
1) основное заболевание – тяжелый панкреатит, что влечет за собой отсутствие возможности двигаться и, как следствие, охлаждение организма;
2) алкогольная интоксикация может быть причиной как гипотермии, так и острого панкреатита;
3) гипотермия вызывает микроциркуляторные нарушения, что может привести к панкреонекрозу ишемической этиологии.
Достаточно полное описание гипотермических повреждений в поджелудочной железе приводит Ю.С. Степанян [4, 5, 6]. Из всех исследователей, занимавшихся проблемой холода, он один высказал мнение о фазах течения повреждающего действия гипотермии, сформулировав их следующим образом.
Первая фаза, или фаза гиперсекреции ацинарного эпителия, при этом наблюдаются либо дилатация протоков и, соответственно, беспрепятственный отток секрета, либо спазм протоков и застоем секрета. В это же время развивается и отек железы.
Вторая фаза, или фаза микроциркуляторных нарушений, которая, в свою очередь, проявляется полнокровием сосудов, стазом, признаками диссеменированного внутрисосудистого свертывания крови и периваскулярными кровоизлияниями.
Учитывая все вышесказанное, принимая во внимание работы всех авторов, мы не можем выстроить четкую цепочку патоморфологических изменений в поджелудочной железе, не можем достоверно напрямую связать холодовую травму и развитие острого панкреатита, не можем уверенно сказать, какова роль возникающих изменений в поджелудочной железе в общем процессе холодовой смерти организма.
Гипотермия имеет большое значение как повреждающий фактор окружающей среды, действующий на все органы и ткани, оказывающий воздействие даже на ультраструктуры клетки, которые тоже участвуют в адаптации организма к холоду. Управляемую гипотермию можно также рассматривать как лечебное воздействие при различных хирургических вмешательствах; нельзя забывать о важности низких температур в трансплантологии.
Современные исследователи, занимающиеся изучением повреждающего действия низких температур, все больше внимания начинают уделять патоморфологическим изменениям в генетическом материале [34, 35, 36]. Очевидно, что влияние низких температур на организм человека вызывает многогранные ответные приспособительные реакции [37, 38, 39].
Одной из важнейших задач современной медицины должно стать сопоставление условий получения холодовой травмы, симптоматических проявлений, макроскопической и микроскопической картины внутренних органов с морфофункциональным состоянием некоторых желез внутренней секреции, только после такого комплексного подхода можно понять всю суть холодовой травмы [40].
После проведенного глубокого и многогранного анализа отечественной и зарубежной литературы становится понятно, что гипотермию организма человека и животных нужно изучать совершенно на новом качественном уровне. Для более полного понимания последовательности развития адаптационно-приспособительных реакций в организме необходимо уйти от поисков достоверных признаков воздействия гипотермии на организм и направить все усилия исследователей на изучение реакции органелл клетки при воздействии холода, особенно уделить пристальное внимание перестройке генетического материала после холодовой травмы. По всей видимости, такое детальное изучение лучше начать именно с желез внутренней секреции, потому что эндокринная система – это очень чуткое и очень лабильное образование, которое реагирует на малейшее воздействие окружающей среды и является самым первым звеном в формировании адаптации.