Повреждение клетки, причины, виды, стадии (паранекроз, некробиоз, некроз). Специфические и неспецифические формы повреждения. Апоптоз, его значение в норме и патологии.

Под повреждением клетки понимают такие изменения ее структуры, обмена веществ, физико-химических свойств и функций, которые ведут к нарушению жизнедеятельности. Повреждение клетки может быть результатом действия на нее множества патогенных факторов. Их условно подразделяют на три основные группы: физического (механические воздействия, колебания температуры, изменения осмотического давления в клетке, воздействие ионизирующей радиации), химического (вещества экзогенного и эндогенного происхождения: органические кислоты, щелочи, соли тяжелых металлов, продукты нарушенного метаболизма) и биологического характера (вирусы, риккетсии, микробы, паразиты, грибки. Продукты их жизнедеятельности вызывают расстройство функций клеток, нарушают течение в них метаболических реакций, проникаемость или даже целостность мембран, подавляют активность клеточных ферментов.).

На уровне клетки повреждающие факторы “включают” несколько патогенетических звеньев. К их числу относят:

-расстройство процессов энергетического обеспечения клеток (инициальный и ведущий механизм их альтерации. Энергоснабжение может расстраиваться на этапах синтеза АТФ, транспорта, а также утилизации его энергии);

-повреждение мембран и ферментных систем (Одним из важнейших механизмов повреждения мембран и ферментов является интенсификация свободнорадикальных реакций (СРР) и ПСОЛ);

-дисбаланс ионов и жидкости (Как правило, нарушение трансмембранного распределения, а также внутриклеточного содержания и соотношения различных ионов развивается вслед за или одновременно с расстройствами энергетического обеспечения и сочетается с признаками повреждения мембран и ферментов клеток. В результате этого существенно изменяется проницаемость мембран для многих ионов);

-нарушение генетической программы и/или ее реализации (Основными процессами, ведущими к изменению генетической информации клетки, являются мутации, депрессия патогенных генов ( например, онкогенов), подавление активности жизненноважных генов ( например, регулирующих синтез ферментов) или внедрение в геном фрагмента чужеродной ДНК ( например, ДНК онкогенного вируса, аномального участка ДНК другой клетки, в процессе клеточного деления при митозе или мейозе);

-расстройство механизмов регуляции функции клеток (Это может быть результатом нарушений, развивающихся на одном или нескольких уровнях регуляторных механизмов).

Стадии повреждения: Обратимая и необратимая.

Обратимая: стадия повреждения и стадия восстановления.

Необратимая: паранекроз – некроз – аутолиз – фагоцитоз.

Начальная стадия повреждения – паранекроз: характерны - внутриклеточный ацидоз, исчезновение гликогена, повышение сорбционных свойств цитоплазмы (красители), потеря К+ и буферных систем клетки, набухание клетки и ее органелл.

Затем развивается некробиоз – необратимая стадия (это острый процесс, для хронического – термин «патобиоз» - пример: индуративный отек) – кариопикноз с кариолизисом и кариорексисом, полное прекращение продукции энергии и гибель клетки.

Некроз – это уже посмертные изменения клетки - ферментативное разрушение и денатурация белков (сухой – коагуляционный (доминирует раннее повреждение митохондрий, пример – действие кислот) и колликвационный (доминируют гидролазные процессы лизосом, пример – действие щелочей); комбинация их – казеозный некроз (туберкулезный например). Продукты распада клеток фагоцитируются, вокруг развивается воспаление.

Важное деление некробизоа по механизму: Гипоксический (недостаток кислорода) и свободно-радикальный (избыток кислорода) некробиоз (но чаще всего – смешанный тип).

Гипоксический некробиоз: стойкое прекращение дыхания и кровообращения делает гипоксию конечным механизмом всех типов умирания. Механизмы: снижение аэробного окисления в митохондриях и АТФ-энергодефицит, активируется фосфофоруктокиназа для компенсации - активируется анаэробный гликолиз (расходование гликогена клеток; одновременно стрессовая реакция организма, выделение катехоламинов и глюкокортикодиов, также активирует гликолиз) – идет накопление лактата – внутриклеточный ацидоз – тормозит фосфофруктокиназу (тормозит гликолиз и продукцию энергии!) - углубляется энергодефицит (порочный круг при гипоксиях).

Свободно-радикальный некробиоз: Перекисное окисление липидов (ПОЛ); сшивки мембранных, внутри и внеклеточных белков через сульфгидрильные мостики, образование сульфоновых кислот и радикалов с образованием белковых агрегатов; повреждение ДНК и мутагенез и цитостатичность.

Механизмы адаптации клетки к повреждению:

Компенсация энергетических повреждений: переход на гликолитический синтез АТФ, активация ферментов транспорта энергии в клетке, повышение к.п.д. АТФаз; снижение функциональной активности и пластических процессов клетки.

Защита мембран и ферментов: активация антиоксидантной системы, буферных систем (снижение внутриклеточного ацидоза в т.ч. транспорт Н+ в митохондрии, саркоплазматический ретикулум и из клетки); повышение активности ферментов микросом (окисление, восстановление, деметилирование и пр. патогенных агентов); активация репарации мембранных структур клеток (белковый синтез репарации).

Нормализация водно-ионного баланса клетки: активация ионных насосов (мембран клеток и саркоплазматического ретикулума, меньше - митохондрий), активация буферный систем.

Репарация генетических дефектов: ферменты репарации ДНК. Компенсация процессов регуляции клетки: изменение числа рецепторов клеток, их чувствительности (аффинности), внутриклеточных посредников (G-белки, цАМФ, кальмодулин, Са2+). Активация всех типов обратных связей ведет к аутоадаптации метаболизма.

Стереотипные приспособления клетки: гипертрофия, гиперплазия, дисплазия, метаплазия (предрак), белки теплового шока: при гипертермии, гипоксии, интоксикациях, вирусном повреждении и пр. – интенсификация продукции БТШ (70 и 90 кДа массой) – защита клетки от самых различных стрессов и патогенов.

Межклеточная адаптация: нервные, эндокринные, цитокинные влияния, обмен метаболитами, ионами, Н2О2 в т.ч. и пр.; изменение периферического кровообращения и лимфотока.

ОСНОВНЫЕ ПРОЯВЛЕНИЯ ПОВРЕЖДЕНИЙ КЛЕТКИ

1) Дистрофии - нарушения обмена веществ в клетках и тканях, сопровождающиеся расстройствами их функций, пластических проявлений, а также структурными изменениями, ведущими к нарушению их жизнедеятельности.

2) Дисплазии представляют собой нарушение процесса развития клеток, проявляющееся стойким изменением их структуры и функции, что ведет к расстройству их жизнедеятельности

3) Изменение структуры и функций клеточных органелл при повреждении клетки.

4) Некроз и аутолиз. Некроз (гр. necro – мертвый) – гибель клеток и тканей, сопровождающаяся необратимым прекращением их жизнедеятельности. Основным механизмом аутолиза является гидролиз компонентов клеток и межклеточного вещества под влиянием ферментов лизосом. Этому способствует развитие ацидоза в поврежденных клетках.

Формы повреждения: Под специфическими - изменения свойств клеток, характерные для данного фактора при действии его на различные клетки, либо свойственные лишь данному виду клеток при воздействии на них повреждающих агентов различного характера (нарушением целостности ее мембран. Высокая концентрация в крови альдостерона обуславливает накопление в различных клетках избытка ионов натрия. С другой стороны, действие повреждающих агентов на определенные виды клеток вызывает специфические для них изменения. Например, влияние различных патогенных факторов на мышечные клетки сопровождается развитием контрактуры миофибрилл, на нейроны – формированием потенциала повреждения, на эритроциты – гемолизом и выходом из них гемоглобина.

Повреждение всегда сопровождается комплексом и неспецифических, стереотипных изменений в клетках. Они наблюдаются в различных видах клеток при действии на них разнообразных агентов (ацидоз, чрезмерная активация свободно-радикальных и перекисных реакций, денатурация молекул белка, повышение проницаемости клеточных мембран потенциала, повышение сорбционных свойств клеток). Выявление комплекса специфических и неспецифических изменений в клетках органов и тканей дает возможность судить о характере и силе действия патогенного фактора, о степени повреждения, а также об эффективности применяемых с целью лечения медикаментозных и немедикаментозных средств.

АПОПТОЗ (ПКГ): под действием активации генной программы (в ходе эмбрионального развития и онтогенеза – тимус); при недостаточности трофических влияний на клетки; при патологических процессах самых различных – гипоксии (инфаркт миокарда в т.ч.); интоксикациях (септицемия); ионизирующем облучении и пр. (обычно при некомпенсируемости повреждений ДНК при облучении), при малигнизации клетки (важен ген р53 – «страж целостности генома»)

Характерн для апоптоза: мембрана сохраняется долго, цитоплазма конденсируется и фрагментируется, ядро конденсируется и хроматин «разрезается» эндонуклеазами между нуклеосомами на четкие части, обязательно активируется синтез белка – апоптоз это активный процесс активации генов; рано снижается потенциал митохондрий которые затем теряют кальций и набухают и высвобождают апоптический фактор - белок действующий на ядро клетки; процесс ведет к формированию апоптических плотных телец, они быстро (минуты, часы) фагоцитируются без воспаления, не меняя цитоархитектонику.

Главные механизмы апоптоза: активация эндонуклеаз ядра расщепляющих ДНК и снижение мембранного потенциала митохондрий, что ведет к энергетическому голоду клетки (один, оба механизма).

В проведении сигнала к апоптозу играют роль: Са2+ и кальмодулин саркоплазматического ретикулума и митохондрий; выход из митохондрий белка-индуктора апоптоза хроматина; при любых формах апоптоза активируется синтез АФК (Н2О2 отводят роль передачи апоптического сигнала и внутри клетки и между клетками!). АФК важны для модификации мембранных липидов, что ведет к фагоцитозу апоптозных телец (сигнал к фагоцитозу – появление на мембране фосфатидилсерина). Важны также активирующиеся ферменты–каспазы, которые конвергируют различные сигналы к апоптозу внутри клетки. Каспазы активно синтезируются в клетке при индукции апоптоза (требуется синтез РНК и белка их). Известен цитохром с – зависимый апоптоз с реализацией эффекта через каспазу. В ходе апоптоза активируются гены – важнейший - р53 и снижается ингибитор апоптоза – Bcl-2.

По запуску апоптоза различают: рецепторный механизм: глюкокортикоиды при апоптозе тимоцитов, рецепторы к фактору некроза опухолей (ФНО) и специфический апоптозный рецептор - Fas; генный механизм (активация генных программ в эмбриогенезе – рассасывание хвоста головастика); запуск при повреждении клетки (повреждение ДНК или митохондрий, появление цитохрома-с в цитоплазме или повышение АФК).

ЗАБОЛЕВАНИЯ НАРУШЕНИЯ АПОПТОЗА: СНИЖЕНИЕ АПОПТОЗА: ведет к опухолям, аутоиммунным заболеваниям, частым вирусным инфекциям, нейропролиферативным заболеваниям.

ПОВЫШЕНИЕ АПОПТОЗА наблюдается при: нейродегенеративных заболеваниях (болезнь Альцгеймера, миотрофии); болезни крови (апластическая анемия, миелодиспластический синдром); ишемия (инфаркт, инсульт, реперфузионные поражения); токсические повреждения печени и почек, СПИД.

Общие механизмы повреждения клетки. Расстройство энергетического обеспечения, повреждение мембран и ферментов клетки, значение перекисного окисления липидов, дисбаланса ионов натрия, калия и кальция и жидкости в механизмах повреждения клетки.

Различают непосредственное (первичное)и опосредованное (вторичное) повреждения.Последнее возникает как следствие первичных нарушений постоянства внутренней среды организма. В зависимости от скорости развития и выраженности основных проявлений повреждение клетки может быть острым и хроническим. Острое повреждение развивается быстро, как правило, в результате однократного, но интенсивного повреждающего воздействия, в то время как хроническое повреждение протекает медленно и является следствием многократных, но менее интенсивных патогенных влияний. В зависимости от периода жизненного цикла, на который приходится действие повреждающего агента, повреждение клетки может быть митотическим и интерфазным. В зависимости от степени нарушения внутриклеточного гомеостаза повреждение бывает обратимым и необратимым. Выделяют два патогенетических варианта повреждения клеток:

1. Насильственный.Развивается в случае действия на исходно здоровую клетку физических, химических и биологических факторов, интенсивность которых превышает обычные возмущающие воздействия, к которым клетка адаптирована. Наиболее чувствительны к данному варианту повреждения функционально малоактивные клетки, обладающие малой мощностью собственных гомеостатических механизмов.

2. Цитопатический.Возникает в результате первичного нарушения защитно-компенсаторных гомеостатических механизмов клетки. В этом случае фактором, запускающим патогенетические механизмы повреждения, являются естественные для данной клетки возмущающие стимулы, которые в этих условиях становятся повреждающими. К цитопатическому варианту относятся все виды повреждения клетки, возникающего вследствие отсутствия какихлибо необходимых ей компонентов (гипоксическое, нервнотрофическое, при голодании, гиповитаминозах, недостаточности антиоксидантной системы, генетических дефектах и др.). К цитопатическому повреждению наиболее чувствительны те клетки, реактивность, а следовательно, и функциональная активность которых в естественных условиях очень высоки (нейроны, кардиомиоциты).