4. Повреждение клетки

Клетка – это элементарная живая самовоспроизводящаяся система, ограниченная избирательно проницаемой мембраной, содержащая закодированную генетическую информацию своего вида и механизмы, синтезирующие пластические вещества, а т.ж. богатые энергией соединения для обеспечения клеточного метаболизма; клетка лежит в основе развития, строения и жизнедеятельности всех организмов

Клетка – элементарная живая система состоящая из двух основных частей – цитоплазмы и ядра.
Клетка является структурной единицей любой ткани органа.
Повреждение клетки – это генетически детерминированные или приобретённые изменения метаболизма, физико-химических параметров, конформации макромолекул, структуры клетки, ведущие к нарушению её функций и жизнедеятельности.
Повреждение клетки лежит в основе любого патологического процесса или заболевания. Повреждение клетки является общим законом болезни

Любая клетка либо функционирует в диапазоне нормы (гомеостаз), либо приспосабливается к жизнедеятельности в экстремальных условиях (адаптация), либо гибнет при превышении её адаптивных возможностей (некроз) или воздействии соответствующего сигнала (апоптоз).

Гомеостаз — метаболическое и информационное равновесие клеток друг с другом, межклеточным матриксом, жидкостями организма и гуморальными факторами. Жизнь клетки в условиях гомеостатического баланса — постоянное приспособление к различным воздействиям. Сигналы, модифицирующие гомеостаз клетки, действуют либо извне [гормоны, цитокины, хемокины], либо изнутри клетки (генетический код)

Адаптация — перестройка жизнедеятельности и структур клетки в ответ на изменения условий существования. Эти изменения могут быть как непатогенными, так и патогенными. Адаптивные (приспособительные) реакции клеток развиваются вследствие однократного воздействия повреждающего фактора, либо влияния постоянно и/или длительно изменённых параметров физико-химического окружения клеток (альтерация), либо в результате воздействия информационных сигналов на клетку (или отсутствия таких сигналов).
Адаптивные реакции развиваются в виде стереотипных, стандартных изменений (например, набухания клеток и клеточных структур, их гипо- или гиперфункции, атрофии, гипертрофии, гиперплазии, метаплазии).

Этиология повреждения клетки
Причины повреждения клетки могут быть
1. По происхождению:
а) экзогенные и эндогенные;
б) наследственные и приобретённые;
в) инфекционные и неинфекционные;
2. По характеру:
- физические
- химические
- механические
- биологические
- социальные

В зависимости от воздействия повреждающего фактора:
1.Прямое повреждающее воздействие;
2.Опосредованное (через нервную систему, изменения
кровоснабжения клетки, биологически активные вещества, отклонения рН среды и других физико-химических параметров...).

Физический фактор
Высокая температура (45-46˚С и выше вызывает повреждение мембраны клетки);
Низкая температура (температура биологического нуля – 24-25˚С блокирует все жизненно важные процессы в клетке; а т.ж. кристаллизация воды в клетке приводит к механическому повреждению структуры клетки);
Ионизирующее излучение (прямое воздействие на нуклеиновые кислоты и белки, вызывают радиолиз воды с образованием активных радикалов, с другой стороны активируют перекисное окисление липидов и образование вторичных радиотоксинов, которые нарушают целостность мембран клетки и её органелл)

Механический фактор
Укол, разрез, удар – вызывает повреждение мембран клетки, внутриклеточных органелл и других структур клетки.
Если сила незначительная, то нарушение начинается с повышения проницаемости мембраны клетки с последующими расстройствами водно-электролитного баланса, энергетического обмена и др.

Химический фактор
Кислоты, щёлочи, соли тяжёлых металлов вызывают конформацию белка мембран клетки и цитоплазмы, способствуют коагуляционному и колликвационному некрозу.
Канцерогены действуют на геном или эпигеномные структуры.
Ряд протеолитических ферментов (трипсин) при панкреатитах вызывает расщепление белковых структур или лизис.
Синильная кислота и цианистый калий ингибируют цитохромоксидазу и тканевое дыхание клетки

Биологический фактор
Онкогенные вирусы интегрируются с ДНК соматической клетки, нарушая генетический код
Малярийный плазмодий, проникая в клетку (эритроцит) и размножаясь там, нарушает целостность клетки и её функцию
Микроорганизмы образуют экзо и эндотоксины, которые способны повреждать белковые, липидные, липополисахаридные и др. структуры клеток
При аллергии и аутоаллергии повреждение мембран клетки, вызываемое иммунным комплексом - повышение проницаемости, цитолиз клетки

Социальный фактор
Эмоциональный стресс обладает опосредованным воздействием на клетки через изменение функций нервной, симпато-адреналовой и гипоталамо-гипофизарно-надпочечниковой системы, а через них и метаболизма. В результате этого формируются язвы в желудке и в двенадцатипёрстной кишке, инфаркт миокарда, диабет, атеросклероз

Специфические проявления повреждения клетки

Основные механизмы повреждения клетки
(неспецифические проявления повреждения клетки)
1. Расстройства энергетического обеспечения клетки.
2. Нарушение мембранного аппарата и ферментных структур.
3. Дисбаланс ионов и воды.
4. Генетические нарушения.
5. Расстройства регуляции функций клеток.

Расстройства энергетического обеспечения клетки.
снижение транспорта О2 и субстратов окисления через цитолемму;
нарушение депонирования субстратов окисления и их мобилизации;
уменьшение процессов окисления;
разобщение окислительного фосфорилирования и свободного окисления;
нарушение транспорта макроэргов;
снижение утилизации макроэргов.

Признаки повреждения митохондрий
Длительное набухание митохондрий.
Уменьшение или полное исчезновение матрикса, т.е. пространства между кристами заполнено водой и коллоидами.
Уменьшение их числа.
Электронограмма кардиомиоцита (´12 000) с необратимыми повреждениями органелл в зоне ишемии:
1 — электронно-плотные включения кальция в митохондриях с разрушенными кристами;
2 — лизис миофибрилл;
3 — отек цитоплазмы, отсутствие гликогена.

Липиды в клеточной мембране
Компоненты клеточной мембраны.
А— холестерин; В — олигосахарид в составе гликопротеина на наружной поверхности; С и D — интегральные белки; Е — молекулы фосфолипидов;
F — «хвосты» жирных кислот в составе фосфолипидов;
G — полярные «головки» фосфолипидов; Н — периферический белок.

Нарушение мембранного аппарата и ферментных структур
активация перекисного окисления липидов;
электрический пробой;
активация эндогенных фосфолипаз;
растяжение (осмотическое) мембран;
адсорбция на мембранах поликатионов и амфифильных соединений.

Дисбаланс ионов и воды
нарушение проницаемости мембран;
развитие энергодефицита;
нарушение метаболизма (повышенный распад гликогена, повышенный катаболизм белка, расстройства кислотно-щёлочного равновесия …);

Внутриклеточные эффекты кальция.
Са2+ - маркёр тяжести повреждения клетки (чем больше содержание кальция в клетке, тем тяжелее её повреждение).
Са2+ стимулирует аутокаталитические процессы (↑ активность фосфолипаз, протеаз, эндонуклеаз и др. ферментов);
Са2+ активирует процесс перекисного окисления липидов (↑ образование эндоперекисей, Pg);
Са2+ увеличивает проницаемость мембран для ионов Nа, К+, Н+;
Са2+ уменьшает образование макроэргов (разобщает процессы биоокисления);
Са2+ активирует процесс сокращения и задерживает процесс расслабления сократительных белков;
Са2+ воздействует на активность мембран. белков.

Генетические нарушения
мутации;
внедрение чужеродной генетической информации;
эпигеномный механизм (повышенная или сниженная активность нормальных генов).

Расстройства регуляции функций клеток
Это может быть результатом нарушений, развивающихся на одном или нескольких уровнях регуляторных механизмов:
на уровне взаимодействия биологически активных веществ (гормонов, нейромедиаторов) с рецепторами клетки;
на уровне клеточных т.н. «вторых посредников» нервных влияний: циклических нуклеотидов (цАМФ, цГМФ), образующихся в ответ на действие «нервных посредников» – гормонов и нейромедиаторов;
на уровне метаболических реакций, регулируемых циклическими нуклеотидами или другими внутриклеточными факторами

Механизмы адаптации клеток к повреждению
1.Внутриклеточные адаптивные механизмы
2. Межклеточные адаптивные механизмы:

Внутриклеточные адаптивные механизмы:
компенсация энергетических нарушений;
защита мембран и ферментов клетки.
устранения дисбаланса ионов и воды;
ликвидация генетических дефектов;
компенсация расстройств регуляции внутриклеточных процессов;
снижение функциональной активности клеток;

Межклеточные адаптивные механизмы:
обмен метаболитами, местными БАВ - цитокинами, ионами;
изменения лимфо- и кровообращения;
эндокринные влияния;
нервные воздействия.

Стадии реакции клетки на повышенную нагрузку (по Ф.З. Меерсону).

Типовые формы патологии
Гипотрофия, атрофия, гипертрофия, дистрофии, дисплазии, метаплазия, а также некроз и апоптоз.
Различают два принципиально разных варианта смерти клеток:
некроз (гибель клетки вследствие её значительного – летального – повреждения)
апоптоз (гибель клетки в результате включения специальной программы смерти).

Гибель клетки
Изменение ультраструктуры клеток при некрозе и апоптозе. 1 – нормальная клетка, 2 – апоптотическое сморщивание клетки с образованием пузырчатых выростов, 3 – фрагментация клетки с образованием апоптотических везикул, 4 – набухание клетки при некрозе, 5 – некротическая дезинтеграция клетки

Апоптоз – программируемая гибель клетки. Реализация клеткой генетической программы самоуничтожения с минимальным вредом (а иногда и пользой) для окружающих клеток – «запрограммированная смерть».
Примеры апоптоза:-запрограммированная смерть клеток в процессе эмбриогенеза (имплантация, органогенез) и метаморфоза;
-гибель эндометрия в конце менструального цикла, атрезия фолликулов яичника в менопаузу, регресс молочной железы после родов);патологическая атрофия гормонально-зависимых тканей (атрофия предстательной железы после кастрации);
- гибель зрелых клеток активно пролиферирующих самообновляющихся популяций (эпителиоциты кишечника, зрелые гранулоциты);
- гибель клеток иммунной системы – Т и В лимфоцитов при снижении цитокинных воздействий;
- гибель вирус-инфицированных и опухолевых клеток под влиянием цитокинов, выделяемых клетками иммунной системы;

Механизм апоптоза
Выделяют четыре стадии:
1. инициация;
2.программирование;
3. реализации программы,
4. удаление погибшей клетки.
Рак молочной железы. Жёлтые - клетки, погибшие в результате апоптоза. Более тёмные крупные клетки – это активно растущие переродившиеся клетки.

Отличие некроза от апоптоза.

Литература для подготовки лекции
Зайко Н.Н., Быця Ю.В. Патологическая физиология, М., «МЕДпресс-информ», 2007г.,с.136-145
Фролов В.А. Патофизиология в рисунках, таблицах и схемах. М.:Медицинское информационное агентство, 2003. – 392 с.
Шанин В.Ю. Патофизиология. СПб: ЭЛБИ-СПб,2005., с 216-253
Войнов В.А. Атлас по патофизиологи: Учебное пособие.- М.: Медицинское информационное агентство, 2004.,с.34-42
Литвицкий П.Ф. Патофизиология, учебник в двух томах. Москва, 2002.
Зайчик А.Ш., Чурилов Л.П. Основы патохимии. СПб., ЭЛБИ, 2000.
Овсянников В.Г. Общая патология. Часть 1, Ростов-на-Дону. РИО АОЗТ «Цветная печать», 1997,с.13-35