Действие на клетку патогенных факторов сопровождается активацией (или включением) различных реакций и процессов, направленных на устранение либо уменьшение степени повреждения и его последствий, а также обеспечивающих устойчивость клеток к повреждению. Совокупность этих реакций обеспечивает приспособление (адаптацию) клетки к изменившимся условиям её жизнедеятельности.
Комплекс адаптивных реакций клеток условно подразделяют на внутриклеточные и межклеточные (рис. 5–21 ).
21 Механизмы адаптации клетки при ее повреждении»
Рис .5–21 .Механизмы адаптации клетки при её повреждении .
Внутриклеточные адаптивные механизмы
К внутриклеточным адаптивным механизмам относят следующие реакции и процессы.
Ы Вёрстка Таблица
Компенсация нарушений энергообеспечения
Механизмы компенсации нарушений энергетического обеспечения клетки приведены на рис. 5–22 .
Ы ВЁРСТКА вставить файл «ПФ Рис 05 22 Механизмы компенсации нарушений энергетического обеспечения клетки»
Рис .5–22 .Механизмы компенсации нарушений энергетического обеспечения клетки при её повреждении .
При повреждении клетки, как правило, в большей или меньшей мере повреждаются митохондрии и снижается ресинтез АТФ в процессе тканевого дыхания. Эти изменения служат сигналом для включения компенсационных механизмов: – увеличения продукции АТФ в системе гликолиза; – повышения активности ферментов, принимающих участие в процессах окисления и фосфорилирования (при слабой или умеренной степени повреждения клеток); – активации ферментов транспорта энергии АТФ (адениннуклеотидтрансферазы, КФК); – повышения эффективности ферментов утилизации энергии АТФ (АТФаз); – ограничения функциональной активности клетки; – снижения интенсивности пластических процессов в клетке.
Защита мембран и ферментов
Защиту мембран и ферментов клеток осуществляют указанные на рис. 5–23 механизмы.
Ы ВЁРСТКА вставить файл «ПФ Рис 05 23 Механизмы защиты мембран и ферментов клетки»
Рис .5–23 .Механизмы защиты мембран и ферментов клетки при её повреждении .
АОЗ - факторы антиоксидантной защиты.
Ферменты антиоксидантной защиты (СОД, инактивирующая радикалы O 2 – ; каталаза и глутатионпероксидазы, расщепляющие соответственно Н 2 О 2 и липиды) уменьшают патогенные эффекты свободнорадикальных и перекисных реакций; активация буферных систем клетки ведёт к уменьшению внутриклеточного ацидоза (следствие ацидоза - избыточная гидролитическая активность лизосомальных ферментов); повышение активности ферментов микросом (особенно ферментов эндоплазматической сети) усиливает физико‑химическую трансформацию патогенных агентов путём их окисления, восстановления, деметилирования и т.д.; дерепрессия генов имеет следствием активацию синтеза компонентов мембран (белков, липидов, углеводов) взамен повреждённых или утраченных.
Устранение/уменьшение степени дисбаланса ионов и жидкости
Механизмы уменьшения выраженности или устранения дисбаланса ионов и воды в клетке приведены на рис. 5–24 .
Ы ВЁРСТКА ЭГ Рисунок 5–24 слишком широк, надо бы перекомпоновать текст. Запросил Сергея Ивановича.
Ы ВЁРСТКА вставить файл «ПФ Рис 05 24 Механизмы уменьшения степени дисбаланса ионов»
Рис .5–24 .Механизмы уменьшения степени (устранения) дисбаланса ионов и воды в клетке при её повреждении .
Существенное снижение степени расстройств обмена жидкости и ионов обеспечивают: – активация процессов энергетического обеспечения ионных насосов; – повышение активности ферментов, принимающих участие в транспорте ионов; – изменение интенсивности и характера метаболизма (например, усиление гликолиза сопровождается высвобождением K + , содержание которого в повреждённых клетках уменьшено в связи с повышением проницаемости их мембран); – нормализация внутриклеточных буферных систем (например, активация карбонатного, фосфатного, белкового буферов способствует восстановлению оптимального соотношения в цитозоле и трансмембранного распределения ионов K + , Na + , Ca 2+ и других, в частности, путём уменьшения в клетке [Н + ]). Доказано, что уменьшение степени дисбаланса ионов, в свою очередь, может сопровождаться нормализацией содержания и циркуляции внутриклеточной жидкости, объёма клеток и их органелл.
Действие на клетку патогенных факторов закономерно сопровождается активацией (или включением) реакций, направленных на устранение либо уменьшение степени повреждения и его последствий. Комплекс этих реакций обеспечивает приспособление (адаптацию) клетки к изменившимся условиям ее жизнедеятельности. К числу основных адаптивных механизмов относят реакции компенсации, восстановления, замещения утраченных или поврежденных структур и нарушений функций, защиты клеток от действия патогенных агентов, а также регуляторное снижение их функциональной активности. Весь комплекс адаптивных реакций условно можно разделить на две группы: внутриклеточные и межклеточные.
Внутриклеточные адаптивные механизмы при повреждении.
К их числу можно отнести следующие.
1. Компенсация нарушений энергетического обеспечения клеток:
1) интенсификация ресинтеза АТФ в процессе гликолиза, а также тканевого дыхания в неповрежденных митохондриях;
2) активация механизмов транспорта энергии АТФ;
3) активация механизмов утилизации энергии АТФ.
2. Защита мембран и ферментов клетки:
1) повышение активности факторов системы антиоксидантной защиты;
2) активация буферных систем;
3) повышение активности ферментов детоксикации микросом;
4) активация механизмов репарации компонентов мембран и ферментов.
3. Уменьшение степени или устранение дисбаланса ионов и жидкости в клетках:
1) снижение степени нарушения энергообеспечения;
2) снижение степени повреждения мембран и ферментов;
3) активация буферных систем.
4. Устранение нарушений генетической программы клеток:
1) устранение разрывов в нитях ДНК;
2) ликвидация (блокада) измененных участков ДНК;
3) синтез нормального фрагмента ДНК вместо поврежденного или утраченного.
5. Компенсация расстройств механизмов регуляции внутриклеточных процессов:
1) изменение числа «функционирующих» рецепторов клетки;
2) изменение сродства рецепторов клетки к регулирующим факторам;
3) изменение активности аденилат- и(или) гуанилатциклазной систем, других «посреднических» систем;
4) изменение активности и(или) содержания внутриклеточных регуляторов метаболизма (ферментов, катионов и др.).
6. Снижение функциональной активности клеток.
7. Регенерация.
8. Гипертрофия.
9. Гиперплазия.
Компенсация нарушений энергетического обеспечения клеток.
При повреждении клетки, как правило, в большей или меньшей мере страдают митохондрии и снижается ресинтез АТФ в процессе тканевого дыхания. Это служит сигналом для увеличения «продукции» АТФ в системе гликолиза. При слабой или умеренной степени повреждения активация ресинтеза АТФ может быть достигнута за счет повышения активности ферментов, принимающих участие в процессах окисления и фосфорилирования.
Определенный вклад в компенсацию нарушений энергообеспечения внутриклеточных процессов при повреждении вносит активация ферментов транспорта и утилизации энергии АТФ (адениннуклеотидтрансферазы, креатинфосфокиназы, АТФазы), а также ограничение функциональной активации клетки. Последнее способствует существенному уменьшению расхода энергии АТФ.
Защита мембран и ферментов клеток.
Одним из значимых механизмов повреждения мембранного аппарата и энзимов клетки является интенсификация свободно-Радикальных и перекисных реакций. Интенсивность этих реакций ограничивается главным образом ферментами антиоксидантной защиты - супероксиддисмутазой (инактивирующей радикалы кислорода), каталазой и глютатионпероксидазами, расщепляющими соответственно перекись водорода и липидов.
Другим механизмом защиты мембран и энзимов от повреждающего действия, в частности ферментов лизосом, может быть активация буферных систем клетки. Это обусловливает уменьшение степени внутриклеточного ацидоза и, как следствие, избыточной гидролитической активности лизосомальных энзимов.
Важную роль в защите мембран и ферментов клеток от повреждения играют ферменты микросом (прежде всего эндоплазматической сети), обеспечивающие физико-химическую трансформацию патогенных агентов путем их окисления, восстановления, деметилирования и т. д. Альтерация клеток может сопровождаться дерепрессией генов и, как следствие, активацией процессов синтеза и репарации компонентов мембран (белков, липидов, углеводов) взамен поврежденных или утраченных.
Уменьшение степени или устранение дисбаланса ионов и жидкости в клетках. При повреждении клеток устранение дисбаланса ионов и жидкости может быть достигнуто путем активации механизмов энергетического обеспечения ионных «насосов», а также защиты мембран и ферментов, принимающих участие в транспорте ионов. Определенную роль в снижении степени ионного дисбаланса играет изменение интенсивности характера метаболизма, а также действие внутриклеточных буферных систем. Так, усиление гликолиза, сочетающегося с распадом гликогена, сопровождается высвобождением из его молекул ионов калия, содержание которого в поврежденных клетках понижено в связи с повышением проницаемости их мембран. Активация внутриклеточных буферных систем (карбонатной, фосфатной, белковой) может способствовать восстановлению оптимального соотношения в гиалоплазме и трансмембранного распределения ионов калия, натрия, кальция и др., в частности путем уменьшения содержания в клетке ионов водорода. Снижение степени дисбаланса ионов в свою очередь может сопровождаться нормализацией содержания и циркуляции внутриклеточной жидкости, объема клеток и их органелл, а также электрофизиологических параметров.
Устранение нарушений в генетической программе клеток. Изменения структуры ДНК, ведущие к повреждению клеток, могут быть обнаружены и устранены с участием ферментов репаративного синтеза ДНК. Эти ферменты обеспечивают обнаружение и удаление измененного участка ДНК (они получили название эн-донуклеаз или рестриктаз), синтез нормального фрагмента нуклеиновой кислоты взамен удаленного (с помощью ДНК-полимераз) и встраивание вновь синтезированного фрагмента на место удаленного (с участием лигаз). Помимо этих сложных ферментных систем репарации ДНК в клетке имеются энзимы, устраняющие «мелкомасштабные» биохимические изменения в геноме. К их числу относятся демителазы, удаляющие метальные группы; лигазы, устраняющие разрывы в цепях ДНК, возникающие под действием ионизирующего излечения или свободных радикалов, и др.
Компенсация расстройств механизмов регуляции внутриклеточных процессов.
К числу реакций, эффективно компенсирущих нарушения механизмов восприятия клеткой регулирующих влияний, относится изменение числа рецепторов гормонов, неиромедиаторов и других физиологически активных веществ на поверхности клетки и ее органелл, а также чувствительности (сродства) рецепторов к этим веществам. Количество рецепторов может меняться, в частности, благодаря тому, что молекулы их способны погружаться в мембрану или цитоплазму клетки и подниматься на ее поверхность. От числа и чувствительности рецепторов, воспринимающих регулирующие стимулы, в значительной мере зависят характер и выраженность ответа на них.
Избыток или недостаток гормонов и неиромедиаторов, а также существенные колебания их активности могут быть «сдемпфиованы» на уровне так называемых вторых посредников реализации нервного стимула, в частности циклических нуклеотидов и фосфоинозитольной системы. Известно, например, что соотношение цАМФ и цГМФ изменяется не только в результате действия внутриклеточных регуляторных стимулов, но и внутриклеточных факторов, в частности фосфодиэстераз и ионов кальция. Нарушение реализации регулирующих влияний на клетку может в определенной мере компенсироваться и на уровне внутриклеточных метаболических процессов, поскольку многие из них протекают на основе регуляции интенсивности обмена веществ количеством продукта ферментной реакции (принцип положительной или отрицательной обратной связи).
Снижение функциональной активности клеток.
Важное значение среди адаптивных механизмов поврежденных клеток имеет управляемое, регулируемое снижение их функциональной активности. Это обусловливает уменьшение расхода энергии АТФ, субстратов метаболизма и кислорода, необходимых для осуществления функции и обеспечения пластических процессов. В результате этого степень и масштаб повреждения клеток при действии патогенного фактора существенно снижаются, а после прекращения его действия отмечается более интенсивное и полное восстановление клеточных структур и их функции. К числу главных механизмов, обусловливающих временное понижение функции клеток, можно отнести уменьшение эффективных центров, снижение числа или чувствительности рецепторов на поверхности клетки, внутриклеточное регуляторное подавление метаболических реакций, репрессию активности отдельных генов.
Адаптация клеток в условиях повреждения происходит не только на метаболическом и функциональном уровнях. Длительное повторное или значительное повреждение обусловливает существенные структурные перестройки в клетке, имеющие адаптивное значение. Они достигаются за счет процессов регенерации, гипертрофии, гиперплазии.
Регенерация (от лат. regeneratio - возрождение, восстановление). Означает возмещение клеток и (или) отдельных структурных элементов взамен погибших, поврежденных или закончивших свой жизненный цикл. Регенерация структур сопровождается восстановлением их функций. Выделяют так называемую клеточную и внутриклеточную (субклеточную) формы регенерации. Первая характеризуется размножением клеток путем митоза или амитоза. Внутриклеточная регенерация проявляется восстановлением органелл: митохондрий, ядра, эндо-плазматической сети и других вместо поврежденных или погибших.
Гиперплазия (от греч. hyper-чрезмерно, увеличение + греч. plasis - образование, формирование). Характеризуется увеличением числа структурных элементов, в частности органелл в клетке. Нередко в одной и той же клетке наблюдаются признаки и гиперплазии, и гипертрофии. Оба процесса обеспечивают не только компенсацию структурного дефекта, но и возможность повышенного функционирования клетки.
Межклеточные (системные) механизмы адаптации клеток при их повреждении.
В пределах тканей и органов клетки не разобщены. Они взаимодействуют друг с другом путем обмена метаболитами, Ф АВ, ионами. В свою очередь взаимодействие клеток и органов в организме в целом обеспечиваются функционированием систем и кровообращения, иммунобиологического надзора, эндокринными и нервными влияниями.
Так, уменьшение содержания кислорода в крови (что обусловливает или может обусловить повреждение клеток, прежде всего, мозга) рефлекторно через раздражение хеморецепторов стимулирует нейроны дыхательного центра. Это приводит к увеличению объема альвеолярной вентиляции и ликвидирует или уменьшает степень недостатка кислорода в крови и тканях. Повреждение в результате увеличения выработки гормонов, способствующих повышению в крови уровня глюкозы и транспорта ее в клетки: адреналина, глюкокортикоидов, соматотропного гормона и др.
Примером адаптивной реакции циркуляторного типа может быть увеличение притока крови по коллатеральным (обходным) сосудам при закрытии просвета магистральной артерии какого-либо органа или ткани.
Иммунные механизмы надзора и защиты включаются при действии патогенного фактора антигенной природы. Иммунокомпетентная система с участием фагоцитов, антител и (или) Т-лимфоцитов инактивирует эндо- и экзогенные антигены, способные повредить клетки организма. В норме указанные выше и другие системы обеспечивают адекватное реагирование организма в целом на различные воздействия эндо- и экзогенного происхождения. В патологии они участвуют в регуляции и реализации механизмов защиты, компенсации и восстановления поврежденных структур и нарушенных функций клеток и тканей.
Характерной чертой межклеточных механизмов адаптации является то, что они реализуются в основном при участии клеток, которые не подвергались непосредственному воздействию патогенного фактора (например, гиперфункция кар-диомиоцитов за пределами зоны некроза при инфаркте миокарда).
По уровню реализации реакции межклеточной адаптации при повреждении клеток можно разделить на органно-тканевые, внутрисистемные, межсистемные.
Примером реакции органно-тканевого уровня может служить активация функции поврежденных клеток печени или почки при повреждении клеток части органа. Это снижает нагрузку на клетки, подвергшиеся патогенному воздействию, способствует уменьшению степени их альтерации и реализации репаративных процессов.
К числу внутрисистемных реакций относится сужение артериол при снижении работы сердца (например, при инфаркте миокарда), что обеспечивает поддержание высокого уровня перфузионного давления в тканях и предотвращает (или уменьшает степень) повреждения их клеток.
Вовлечение в адаптивные реакции нескольких физиологических систем наблюдается, например, при общей гипоксии. При этом активируется работа систем дыхания, кровообращения, крови и тканевого метаболизма, что снижает недостаток кислорода и субстратов метаболизма в тканях, повышает их утилизацию и уменьшает благодаря этому степень повреждения их клеток.
Активация внутриклеточных и межклеточных механизмов адаптации при повреждении, как правило, предотвращает гибель клеток, обеспечивает выполнение ими функций и способствует ликвидации последствий действия патогенного фактора. В этом случае говорят об обратимых изменениях в клетках. Если сила патогенного агента велика и (или) защитно-приспособительные механизмы недостаточны, развивается необратимое повреждение клеток и они погибают.
Внутриклеточные адаптивные механизмы при повреждении:
К их числу можно отнести следующие. 1) интенсификация ресинтеза АТФ в процессе гликолиза, а также тканевого дыхания в неповрежденных митохондриях;2) активация механизмов транспорта энергии АТФ;
3) активация механизмов утилизации энергии АТФ.
Защита мембран и ферментов клетки:
1) повышение активности факторов системы антиоксидантной защиты;2) активация буферных систем;
3) повышение активности ферментов детоксикации микросом;
4) активация механизмов репарации компонентов мембран и ферментов. 1) снижение степени нарушения энергообеспечения;
2) снижение степени повреждения мембран и ферментов;
3) активация буферных систем.
Устранение нарушений генетической программы клеток:
1) устранение разрывов в нитях ДНК;2) ликвидация (блокада) измененных участков ДНК;
3) синтез нормального фрагмента ДНК вместо поврежденного или утраченного. 1) изменение числа «функционирующих» рецепторов клетки;
2) изменение сродства рецепторов клетки к регулирующим факторам;
3) изменение активности аденилат- и(или) гуанилатциклазной систем, других «посреднических» систем;
4) изменение активности и(или) содержания внутриклеточных регуляторов метаболизма (ферментов, катионов и др.).
Снижение функциональной активности клеток.
Регенерация.
Гипертрофия.
Гиперплазия.
Компенсация нарушений энергетического обеспечения клеток:
При повреждении клетки, как правило, в большей или меньшей мере страдают митохондрии и снижается ресинтез АТФ в процессе тканевого дыхания.Это служит сигналом для увеличения «продукции» АТФ в системе гликолиза. При слабой или умеренной степени повреждения активация ресинтеза АТФ может быть достигнута за счет повышения активности ферментов, принимающих участие в процессах окисления и фосфорилирования.
Определенный вклад в компенсацию нарушений энергообеспечения внутриклеточных процессов при повреждении вносит активация ферментов транспорта и утилизации энергии АТФ (адениннуклеотидтрансферазы, креатинфосфокиназы, АТФазы), а также ограничение функциональной активации клетки. Последнее способствует существенному уменьшению расхода энергии АТФ.
Защита мембран и ферментов клеток:
Одним из значимых механизмов повреждения мембранного аппарата и энзимов клетки является интенсификация свободно-Радикальных и перекисных реакций. Интенсивность этих реакций ограничивается главным образом ферментами антиоксидантной защиты - супероксиддисмутазой (инактивирующей радикалы кислорода), каталазой и глютатионпероксидазами, расщепляющими соответственно перекись водорода и липидов.Другим механизмом защиты мембран и энзимов от повреждающего действия, в частности ферментов лизосом, может быть активация буферных систем клетки.
Это обусловливает уменьшение степени внутриклеточного ацидоза и, как следствие, избыточной гидролитической активности лизосомальных энзимов.
Важную роль в защите мембран и ферментов клеток от повреждения играют ферменты микросом (прежде всего эндоплазматической сети), обеспечивающие физико-химическую трансформацию патогенных агентов путем их окисления, восстановления, деметилирования и т. д. Альтерация клеток может сопровождаться дерепрессией генов и, как следствие, активацией процессов синтеза и репарации компонентов мембран (белков, липидов, углеводов) взамен поврежденных или утраченных.
Уменьшение степени или устранение дисбаланса ионов и жидкости в клетках:
При повреждении клеток устранение дисбаланса ионов и жидкости может быть достигнуто путем активации механизмов энергетического обеспечения ионных «насосов», а также защиты мембран и ферментов, принимающих участие в транспорте ионов. Определенную роль в снижении степени ионного дисбаланса играет изменение интенсивности характера метаболизма, а также действие внутриклеточных буферных систем.Так, усиление гликолиза, сочетающегося с распадом гликогена, сопровождается высвобождением из его молекул ионов калия, содержание которого в поврежденных клетках понижено в связи с повышением проницаемости их мембран.
Активация внутриклеточных буферных систем (карбонатной, фосфатной, белковой) может способствовать восстановлению оптимального соотношения в гиалоплазме и трансмембранного распределения ионов калия, натрия, кальция и др., в частности путем уменьшения содержания в клетке ионов водорода. Снижение степени дисбаланса ионов в свою очередь может сопровождаться нормализацией содержания и циркуляции внутриклеточной жидкости, объема клеток и их органелл, а также электрофизиологических параметров.
Устранение нарушений в генетической программе клеток:
Изменения структуры ДНК, ведущие к повреждению клеток, могут быть обнаружены и устранены с участием ферментов репаративного синтеза ДНК. Эти ферменты обеспечивают обнаружение и удаление измененного участка ДНК (они получили название эн-донуклеаз или рестриктаз), синтез нормального фрагмента нуклеиновой кислоты взамен удаленного (с помощью ДНК-полимераз) и встраивание вновь синтезированного фрагмента на место удаленного (с участием лигаз).Помимо этих сложных ферментных систем репарации ДНК в клетке имеются энзимы, устраняющие «мелкомасштабные» биохимические изменения в геноме. К их числу относятся демителазы, удаляющие метальные группы; лигазы, устраняющие разрывы в цепях ДНК, возникающие под действием ионизирующего излечения или свободных радикалов, и др.
Компенсация расстройств механизмов регуляции внутриклеточных процессов:
К числу реакций, эффективно компенсирущих нарушения механизмов восприятия клеткой регулирующих влияний, относится изменение числа рецепторов гормонов, неиромедиаторов и других физиологически активных веществ на поверхности клетки и ее органелл, а также чувствительности (сродства) рецепторов к этим веществам. Количество рецепторов может меняться, в частности, благодаря тому, что молекулы их способны погружаться в мембрану или цитоплазму клетки и подниматься на ее поверхность. От числа и чувствительности рецепторов, воспринимающих регулирующие стимулы, в значительной мере зависят характер и выраженность ответа на них.Избыток или недостаток гормонов и неиромедиаторов, а также существенные колебания их активности могут быть «сдемпфиованы» на уровне так называемых вторых посредников реализации нервного стимула, в частности циклических нуклеотидов и фосфоинозитольной системы. Известно, например, что соотношение цАМФ и цГМФ изменяется не только в результате действия внутриклеточных регуляторных стимулов, но и внутриклеточных факторов, в частности фосфодиэстераз и ионов кальция. Нарушение реализации регулирующих влияний на клетку может в определенной мере компенсироваться и на уровне внутриклеточных метаболических процессов, поскольку многие из них протекают на основе регуляции интенсивности обмена веществ количеством продукта ферментной реакции (принцип положительной или отрицательной обратной связи).
Снижение функциональной активности клеток:
Важное значение среди адаптивных механизмов поврежденных клеток имеет управляемое, регулируемое снижение их функциональной активности. Это обусловливает уменьшение расхода энергии АТФ, субстратов метаболизма и кислорода, необходимых для осуществления функции и обеспечения пластических процессов. В результате этого степень и масштаб повреждения клеток при действии патогенного фактора существенно снижаются, а после прекращения его действия отмечается более интенсивное и полное восстановление клеточных структур и их функции. К числу главных механизмов, обусловливающих временное понижение функции клеток, можно отнести уменьшение эффективных центров, снижение числа или чувствительности рецепторов на поверхности клетки, внутриклеточное регуляторное подавление метаболических реакций, репрессию активности отдельных генов.Адаптация клеток в условиях повреждения происходит не только на метаболическом и функциональном уровнях. Длительное повторное или значительное повреждение обусловливает существенные структурные перестройки в клетке, имеющие адаптивное значение. Они достигаются за счет процессов регенерации, гипертрофии, гиперплазии.
Регенерация (от лат. regeneratio - возрождение, восстановление). Означает возмещение клеток и (или) отдельных структурных элементов взамен погибших, поврежденных или закончивших свой жизненный цикл. Регенерация структур сопровождается восстановлением их функций. Выделяют так называемую клеточную и внутриклеточную (субклеточную) формы регенерации. Первая характеризуется размножением клеток путем митоза или амитоза. Внутриклеточная регенерация проявляется восстановлением органелл: митохондрий, ядра, эндо-плазматической сети и других вместо поврежденных или погибших.
Гиперплазия (от греч. hyper-чрезмерно, увеличение + греч. plasis - образование, формирование). Характеризуется увеличением числа структурных элементов, в частности органелл в клетке. Нередко в одной и той же клетке наблюдаются признаки и гиперплазии, и гипертрофии. Оба процесса обеспечивают не только компенсацию структурного дефекта, но и возможность повышенного функционирования клетки.
Межклеточные (системные) механизмы адаптации клеток при их повреждении:
В пределах тканей и органов клетки не разобщены. Они взаимодействуют друг с другом путем обмена метаболитами, Ф АВ, ионами. В свою очередь взаимодействие клеток и органов в организме в целом обеспечиваются функционированием систем и кровообращения, иммунобиологического надзора, эндокринными и нервными влияниями.Так, уменьшение содержания кислорода в крови (что обусловливает или может обусловить повреждение клеток, прежде всего, мозга) рефлекторно через раздражение хеморецепторов стимулирует нейроны дыхательного центра. Это приводит к увеличению объема альвеолярной вентиляции и ликвидирует или уменьшает степень недостатка кислорода в крови и тканях. Повреждение в результате увеличения выработки гормонов, способствующих повышению в крови уровня глюкозы и транспорта ее в клетки: адреналина, глюкокортикоидов, соматотропного гормона и др.
Примером адаптивной реакции циркуляторного типа может быть увеличение притока крови по коллатеральным (обходным) сосудам при закрытии просвета магистральной артерии какого-либо органа или ткани.
Иммунные механизмы надзора и защиты включаются при действии патогенного фактора антигенной природы. Иммунокомпетентная система с участием фагоцитов, антител и (или) Т-лимфоцитов инактивирует эндо- и экзогенные антигены, способные повредить клетки организма. В норме указанные выше и другие системы обеспечивают адекватное реагирование организма в целом на различные воздействия эндо- и экзогенного происхождения. В патологии они участвуют в регуляции и реализации механизмов защиты, компенсации и восстановления поврежденных структур и нарушенных функций клеток и тканей.
Характерной чертой межклеточных механизмов адаптации является то, что они реализуются в основном при участии клеток, которые не подвергались непосредственному воздействию патогенного фактора (например, гиперфункция кардиомиоцитов за пределами зоны некроза при инфаркте миокарда). По уровню реализации реакции межклеточной адаптации при повреждении клеток можно разделить на органно-тканевые, внутрисистемные, межсистемные.
Примером реакции органно-тканевого уровня может служить активация функции поврежденных клеток печени или почки при повреждении клеток части органа. Это снижает нагрузку на клетки, подвергшиеся патогенному воздействию, способствует уменьшению степени их альтерации и реализации репаративных процессов.
К числу внутрисистемных реакций относится сужение артериол при снижении работы сердца (например, при инфаркте миокарда), что обеспечивает поддержание высокого уровня перфузионного давления в тканях и предотвращает (или уменьшает степень) повреждения их клеток.
Вовлечение в адаптивные реакции нескольких физиологических систем наблюдается, например, при общей гипоксии. При этом активируется работа систем дыхания, кровообращения, крови и тканевого метаболизма, что снижает недостаток кислорода и субстратов метаболизма в тканях, повышает их утилизацию и уменьшает благодаря этому степень повреждения их клеток.
Активация внутриклеточных и межклеточных механизмов адаптации при повреждении, как правило, предотвращает гибель клеток, обеспечивает выполнение ими функций и способствует ликвидации последствий действия патогенного фактора. В этом случае говорят об обратимых изменениях в клетках. Если сила патогенного агента велика и (или) защитно-приспособительные механизмы недостаточны, развивается необратимое повреждение клеток и они погибают.
К числу основных внутриклеточных адаптивных механизмов при повреждении относят следующие:
1) Компенсация нарушений энергетического обеспечения клетки.
2) Защита мембран и ферментов клеток.
3) Уменьшение или устранение дисбаланса ионов и жидкости в клетке.
4) Устранение нарушений в генетической программе клеток.
5) Компенсация расстройств механизмов регуляции внутриклеточных процессов.
6) Снижение функциональной активности клеток.
7) Регенерация.
8) Гипертрофия.
9) Гиперплазия.
1. Компенсация нарушений энергетического обеспечения клетки . Повреждение клетки сопровождается нарушениями энергетического обмена и выражается снижением выработки АТФ в процессе тканевого дыхания. Это служит сигналом для формирования следующих процессов.
1) Увеличение продукции АТФ в процессе гликолиза.
2) Интенсификация сопряженности окисления и фосфорилирования.
3) Активация ферментов транспорта и утилизации энергии АТФ.
4) Снижение функциональной активности клетки.
2. Защита мембран и ферментов клетки заключается в следующем:
1) повышение активности факторов антиоксидантной системы ферментами супероксиддисмутазой, каталазой, глютатионпероксидазой.
2) активация буферных систем - уменьшение ацидоза и снижение гидролитической активности лизосомальных ферментов;
3) повышение активности ферментов детоксикации микросом через окисление, восстановление, деметилирования и т.д.
4) активация механизмов синтеза компонентов мембран и ферментов.
3. Компенсация дисбаланса ионов и жидкости . Последнее осуществляется
1) путем активации механизма ионных насосов:
2) вовлечением в процесс буферных систем,
3) перестройкой метаболизма с активацией системы гликолиза, распада гликогена и высвобождением ионов калия. Все вышеупомянутые механизмы способствуют восстановлению концентрации ионов калия, натрия, кальция и других вне и внутри клетки.
4. Устранение нарушений в генетической программе клетки . Смысл этого механизма заключается в:
1) обнаружении поврежденных участков ДНК;
2) удалении измененного участка ДНК с помощью рестриктаз (эндонуклеаз);
3) синтезе нормального фрагмента ДНК с помощью фермента ДНК-полимеразы;
4) встраивании синтезированного фрагмента ДНК взамен поврежденного с помощью ферментов лигаз
5. Компенсация нарушенных механизмов регуляции внутриклеточных процессов. Она заключается в изменении числа функционирующих рецепторов клетки;
изменении сродства рецепторов клетки к регулирующим факторам - гормонам, медиаторам, посредникам;
изменение активности циклических АМФ и ГМФ;
изменение активности регуляторных метаболитов (ферментов, катионов и других веществ).
6. Снижение функциональной активности клеток .
Оно обеспечивает ограничение расхода энергии и субстратов, необходимых для осуществления функциональных и пластических процессов. Конкретными механизмами могут быть:
уменьшение эфферентной импульсации нервных центров, регулирующих функцию клетки;
снижение числа или чувствительности рецепторов на поверхности клетки;
внутриклеточное регуляторное подавление метаболических реакций;
репрессия активности отдельных генов.
7. Регенерация (regeneratio - возрождение, восстановление) означает возмещение клеток или отдельных клеточных структур взамен погибших, поврежденных или закончивших свой жизненный цикл. Выделяют клеточную и внутриклеточную формы регенерации. Клеточная регенерация характеризуется размножением клеток путем митоза или амитоза. Внутриклеточная регенерация проявляется восстановлением органелл: митохондрий, эндоплазматической сети и других компонентов вместо поврежденных или погибших.
8. Гипертрофия (hyper - чрезмерно, увеличено, trophe - питаю) увеличение объема и массы структурных элементов, в том числе самих клеток. Гипертрофия неповрежденных органелл клеток компенсирует нарушение или недостаточность функции ее поврежденных элементов. Например, гипертрофия митохондрий клеток тех тканей, которые были подвергнуты повторному воздействию умеренной гипоксии, может осуществлять адекватное энергообеспечение внутриклеточных процессов даже в условиях значительно ограниченной доставки кислорода и уменьшит или предотвратит дальнейшее повреждение клетки.
9. Гиперплазия (hyper - чрезмерно, plaseo - образую) характеризуется увеличением числа структурных элементов, в частности органелл, в клетке. Нередко в одной и той же клетке наблюдаются признаки и гипертрофии, и гиперплазии. Оба процесса обеспечивают не только компенсацию структурного дефекта, но и возможность усиленного функционирования клетки.
Существуют межцеллюлярные механизмы адаптации клеток при их повреждении. Однако эта глава связана с вовлечением в механизмы компенсации многих, в том числе регулирующих систем, что рассматривается в соответствующих главах патофизиологии.
Тема 1
Патологическая физиология клетки
Цель занятия: Изучить этиологию, механизмы развития и проявление повреждений клетки.
Патологическая физиология изучает жизнедеятельность больного организма. Основной задачей ее является изучение наиболее общих закономерностей развития болезни.
Для того, чтобы понять сложный специфический процесс болезни, надо начинать его анализ с типовых, неспецифических нарушений, прежде всего, на базовом уровне – уровне клетки. Повреждение клетки является одним из основных механизмов развития многих патологических процессов, возникающих под действием физических, химических и биологических факторов. С повреждением клеток непосредственно связаны нарушения функции тканей, органов и жизнедеятельности организма в целом. Одновременно повреждение клеток содержит в себе защитно-компенсаторные механизмы, направленные на ликвидацию и патогенного фактора, и последствий его действия.
Развитие морфологических, функциональных и биохимических методов исследований способствовало изучению основных механизмов и закономерностей процесса повреждения клеток на субклеточном и молекулярном уровнях. И это, в свою очередь, позволяет раскрыть сущность патогенеза многих болезней, что и определяет значение данной темы в курсе изучения патологической физиологии.
Компенсаторно-приспособительные процессы в клетке при ее повреждении
Компенсаторно-приспособительные процессы – это морфологические и функциональные изменения в организме, направленные на восполнение утраченных функций. В отличие от повреждений эти процессы сопровождаются повышением или нормализацией уровня жизнедеятельности и обеспечивают приспособление организма к изменившимся условиям существования при патологических состояниях. К компенсаторно-приспособительным процессам относятся:
· Гипертрофия – увеличение размеров органа или ткани благодаря увеличению размера каждой клетки.
· Гиперплазия – увеличение размеров органа или ткани в результате увеличения числа составляющих их клеток.
· Регенерация – восстановление (возмещение) структурных элементов ткани взамен погибших.
· Организация – замещение соединительной тканью нежизнеспособных тканей и инородных тел.
· Метаплазия – переход одного вида ткани в другой в пределах одного зародышевого листка.
Механизмы адаптации клеток при повреждении
Компенсация энергетических нарушений
· увеличение ресинтеза АТФ;
· активация транспорта АТФ;
· активация механизмов утилизации.
2.Защита мембран и ферментов клетки:
· Увеличение факторов антиоксидантной защиты.
· Активация буферной системы.
· Повышение активности ферментативной детоксикации микросом.
· Активация механизмов репарации компонентов мембран и ферментов.
3. Уменьшение степени или устранение дисбаланса ионов жидкости в клетках:
· Снижение степени нарушения энергоснабжения.
· Снижение степени повреждения мембран и ферментов.
· Активация буферных систем.
4. Устранение нарушений генетической программы:
· Устранение разрывов в нитях ДНК (активация ферментов репаративного синтеза ДНК).
· Ликвидация (блокада) измененного участка ДНК (эндонуклеазы – обнаруживают и удаляют измененный участок ДНК);
· Синтез нормального фрагмента ДНК вместо поврежденного или утраченного (ДНК-полимеразы – синтезируют нормальный фрагмент нуклеиновой кислоты взамен удаленной; лигазы – встраивают вновь синтезированный фрагмент на место удаленного).
5. Компенсация расстройств механизмов регуляции внутриклеточных процессов:
· Изменение числа функционирующих рецепторов;
· Изменение сродства рецепторов клеток к регуляторным факторам;
· Изменение активности аденилат- и гуанилатциклазной систем;
· Изменение активности и содержания внутриклеточных регуляторов метаболизма.
6. Снижение функциональной активности клетки:
· Снижения эффекторной импульсации от нервных центров;
· Снижение числа или чувствительности рецепторов;
· Внутриклеточное подавление реакций метаболизма;
· Репрессия активности отдельных генов.
7. Регенерация:
· Клеточная (митоз, амитоз);
· Восстановление органелл (митохондрий, ЭПР, ядра).
8. Гипертрофия .
9. Гиперплазия .