5. В медико-генетическую консультацию обратилась женщина 20 лет. Ее родная сестра больна тяжелой формой серповидно-клеточной анемии, у пациентки никаких заболеваний крови не было, супруг здоров. Женщину интересует, каков риск развития этой болезни у планируемого ребенка. При обследовании крови супругов на типы гемоглобина получены результаты: у мужчины HbA 98 %, HbS 1 %; у женщины HbA 70 %, HbS 29 %.
Каков ответ на вопрос женщины? Были ли основания для беспокойства? Возможна ли профилактика при планировании конкретного ребенка? Связано ли заболевание с полом ребенка?
6. Какие группы крови невозможны у детей от родителей со следующими группами крови по системе АВ0: I(0) и III(В)? III(В) и IV(АВ)? IV(АВ) и IV(АВ)? II(А) и III(В)? Какое значение при рождении второго ребенка имеет установленная группа крови первого?
7. В медико-генетическую консультацию обратилась беременная, которая сообщила, что ее сестра больна фенилкетонурией, сама наследственные заболевания отрицает. Супруг здоров. В его роду были браки между близкими родственниками, но случаев фенилкетонурии не отмечалось.
Какова вероятность появления фенилкетонурии у ребенка? Имеет ли значение вероятный пол ребенка? Можно ли лечить эту болезнь после ее появления?

Глава 4
ПАТОЛОГИЯ КЛЕТКИ

Клетка – структурная и функциональная единица всех живых организмов. В клетке сосредоточено уникальное свойство живого – способность размножаться, видоизменяться и реагировать на изменения окружающей среды. Эукариотическая клетка состоит из трех основных компонентов: плазматической мембраны, ядра, цитоплазмы. Главной функцией клетки является осуществление обмена со средой веществом, энергией и информацией, что подчинено в конечном счете задаче сохранения клетки как целого при изменении условий существования (рис. 4.1 на с. 52).
Органоиды клетки, обладая определенными морфологическими особенностями, обеспечивают основные проявления жизнедеятельности клетки. С ними связаны дыхание и энергетические запасы (митохондрии), синтез белков (рибосомы, шероховатая эндоплазматическая сеть), накопление и транспорт липидов и гликогена, обезвреживание токсинов (гладкая эндоплазматическая сеть), синтез продуктов и их выделение из клетки (комплекс Гольджи), внутриклеточное пищеварение и защитная функция (лизосомы). Важно подчеркнуть, что функции субклеточных органелл не строго разграничены, поэтому они могут участвовать в разных внутриклеточных процессах.
Все перечисленное делает познание основ патологии клетки абсолютно необходимым для понимания закономерностей развития патологии на уровне тканей, органов и систем, болезни в целом – на уровне организма человека.

Рис. 4.1. Общее строение эукариотической клетки и ее основных органелл :
1 – секреторные гранулы (накопление продуктов секреции); 2 – центриоли (центр полимеризации микротрубочек); 3 – гладкая эндоплазматическая сеть (детоксикация и синтез стероидов); 4 – лизосомы (внутриклеточное переваривание); 5 – митохондрия (синтез АТФ и стероидов); 6 – сферические единицы (превращение энергии); 7 – липидные капельки (накопление); 8 – ядрышко (синтез рРНК); 9 – ядерная оболочка (разделение хроматина и цитоплазмы); 10 – шероховатая эндоплазматическая сеть (синтез и сегрегация белков, посттрансляционные изменения); 11 – комплекс Гольджи (конечные посттрансляционные изменения, упаковка и транспорт)

4.1. ПОВРЕЖДЕНИЕ КЛЕТКИ: ПРИЧИНЫ И ОБЩИЕ МЕХАНИЗМЫ

Повреждение – процесс, проявляющийся нарушением структурной и функциональной организации живой системы, вызванный различными причинами. В наиболее общем смысле повреждение на любом уровне представляет собой такое изменение структуры и функции, которое не способствует, а мешает жизни и существованию организма в окружающей среде. Повреждение является начальным моментом в развитии патологии, внутренней стороной взаимодействия причинного фактора с организмом. В этом смысле термины «этиологический фактор», «болезнетворный фактор» и «повреждающий фактор» являются синонимами.
Любое повреждение проявляется на различных уровнях:
молекулярном (повреждение клеточных рецепторов, молекул ферментов, нуклеиновых кислот вплоть до их дезинтеграции);
субклеточном – ультраструктурном (повреждение митохондрий, эндоплазматической сети, мембран и других ультраструктур вплоть до их деструкции);
клеточном (различные дистрофии из-за нарушения разных видов обмена с возможным развитием некроза по типу рексиса или лизиса клетки);
тканевом и органном (дистрофические изменения в большинстве клеток и строме с возможным развитием некроза (по типу инфаркта, секвестра и др.);
организменном (болезнь с возможным смертельным исходом).
Иногда дополнительно выделяют уровень тканевых комплексов, или гистионов, включающих в свой состав сосуды микроциркуляторного русла (артериола, капилляры, венула) и питаемые ими клетки паренхимы, соединительную ткань и терминальные нервные окончания. Морфологически повреждение может быть представлено двумя патологическими процессами: дистрофией и некрозом, которые нередко являются последовательными стадиями (рис. 4.2).
Причины повреждения клетки. Вовлечение клеток во все патологические процессы, происходящие в организме, объясняет и универсальность причин, вызывающих повреждение клеток, которые соответствуют по структуре классификации этиологических факторов болезни вообще (табл. 4.1).

Рис. 4.2. Обратимые и необратимые клеточные повреждения :
А – нормальная клетка: 1 – ядро; 2 – лизосома; 3 – эндоплазмолитическая сеть; 4 – митохондрии.
Б – обратимое повреждение: 1 – объединение внутримембранных частиц;
2 – разбухание эдоплазматической сети;
3 – дисперсия рибосом; 4 – разбухание митохондрий; 5 – уменьшение плотности митохондрий; 6 – самопереваривание лизосом; 7 – агрегация ядерного хроматина; 8 – выпячивание.
В – необратимые повреждения: 1 – миелиновые тельца; 2 – лизис эндоплазматической сети; 3 – дефект клеточной мембраны; 4 – большая разряженность митохондрий; 5 – пикноз ядра; 6 – разрыв лизосом и аутолиз

Причиной повреждения клетки может стать фактор как экзогенной, так и эндогенной природы. Применительно к клетке наиболее важные механические и физические агенты (механическая травма, колебания температуры окружающей среды и атмосферного давления, радиация, электрический ток, электромагнитные волны); химические агенты (изменение pH, снижение содержания кислорода, соли тяжелых металлов, органические растворители и др.); всевозможные инфекционные агенты; иммунные реакции, генетические нарушения, дисбаланс питания.

Таблица 4.1
Этиологические факторы повреждения клетки

Психогенные факторы повреждения для организма на уровне клеток воспринимаются через вторичные воздействия, которые являются физическими или химическими по своей природе. Например, при эмоциональном стрессе повреждение миокарда объясняется воздействием адреналина и изменением электрической активности симпатических волокон автономной нервной системы.

Общий патогенез клеточного повреждения. С точки зрения развития процессов в самой общей форме повреждения клетки могут проявляться нарушениями клеточного обмена веществ, развитием дистрофии, парабиоза и, наконец, некроза, когда клетка погибает.
Повреждения клетки могут быть обратимыми и необратимыми . Например, обратимым является повреждение лизосом в клетках эпителия кишечника под влиянием эндотоксина микроорганизмов кишечной группы. После прекращения интоксикации лизосомы в поврежденной клетке восстанавливаются. В случае повреждения клеток энтеровирусом повреждение выражается дегрануляцией лизосом, которую может вызвать, например, любая вирусная инфекция.
По своему течению повреждения могут быть острыми и хроническими . Функциональные проявления острого повреждения клетки делятся на преддепрессионную гиперактивность, парциальный некроз и тотальное повреждение (клеточный некроз).
Первое и наиболее общее неспецифическое выражение повреждения клетки при действии любого агента – это нарушение состояния неустойчивого равновесия клетки и среды, являющегося общей характеристикой всего живого, независимо от уровня его организации.
Преддепрессионная гиперактивность (по Ф. З. Меерсону) возникает вследствие обратимого повреждения клетки умеренными воздействиями патогенных факторов. В результате в мембране клетки происходят неспецифическое возбуждение и усиление деятельности органелл, в первую очередь митохондрий. Это приводит к усилению окисления субстратов и синтеза АТФ, сопровождается повышением резистентности клетки к патологическому фактору. Если воздействие этого фактора ограничено, может произойти ликвидация повреждения с последующим восстановлением первоначальной структуры и функции. Считают, что после такого воздействия в генетическом аппарате клетки сохраняется информация о происшедшем воздействии, так что в дальнейшем при повторном действии этого же фактора приспособление клетки значительно облегчается.
В случае парциального некроза поврежденная часть клетки отделяется от функционирующей части вновь образующейся мембраной и уничтожается фагоцитами. После этого структура и функция клетки восстанавливаются за счет гиперплазии субклеточных единиц.
Если повреждающий фактор имеет выраженную интенсивность и время действия, то происходит тотальное повреждение клетки, что приводит к прекращению функции митохондрий, нарушению клеточного транспорта и всех энергозависимых процессов. В дальнейшем происходит массивное разрушение лизосом, выход гидролитических ферментов в цитоплазму и расплавление остальных органелл, ядра и мембран. Фаза острого повреждения клетки, когда еще сохраняется небольшой градиент концентрации ионов между цитоплазмой и внеклеточной средой, называется агонией клетки. Она необратима и завершается некрозом клетки, при этом резкое увеличение проницаемости и частичное разрушение клеточных мембран способствуют доступу в клетку из окружающей среды ферментов, которые продолжают разрушение всех ее структурных элементов.

Специфическое и неспецифическое в повреждении клетки. Специфические повреждения можно усмотреть при анализе любого его вида. Например, при механической травме – это нарушение целостности структуры ткани, при аутоиммунной гемолитической анемии – изменение свойств мембраны эритроцитов под влиянием гемолизина и комплемента, при радиационном повреждении – образование свободных радикалов с последующим нарушением окислительных процессов.
Неспецифическими повреждениями клетки, т. е. мало зависящими от вида повреждающего фактора, являются следующие:
нарушение неравновесного состояния клетки и внешней среды;
нарушение структуры и функции мембран: проницаемости и мембранного транспорта, мембранного электрического потенциала, рецепторного аппарата, формы клеток;
нарушение обмена и электролитного состава клетки и ее отдельных частей;
нарушение активности ферментных систем клетки (вплоть до ферментативного разрушения клетки);
уменьшение объема и интенсивности биологического окисления;
нарушение хранения и передачи генетической информации;
снижение специфической функции (для специализированных клеток).
Повреждение специфических функций, нужных для организма в целом, прямо не отражается на судьбе клеток, но определяет суть изменений в органах и системах, поэтому рассматривается в курсе частной патологии.
Большинство повреждений на субклеточном уровне имеет неспецифический характер и не зависит от вида повреждающих факторов. Так, например, в миокарде при острой ишемии, воздействии адреналина, отравлении морфином, разлитом гнойном перитоните, облучении наблюдаются аналогичные изменения поврежденных клеток в виде набухания митохондрий и разрушения их мембран, вакуолизации эндоплазматической сети, очаговой деструкции миофибрилл и появления избыточного количества липидных включений. Такие идентичные изменения структур под влиянием различных факторов называются стереотипными.
При одинаковом воздействии на весь орган какого-либо повреждающего фактора обычно проявляется весь спектр возможных состояний клетки от практически нормального и даже усиленно функционирующего до гибели (некроза). Это явление называется мозаичностью . Например, при действии вируса ветряной оспы на клетки кожи некрозы развиваются в виде мелких очагов, образуя характерную сыпь в виде пузырьков (везикул).
Повреждения на клеточном уровне иногда могут иметь специфический характер. Специфические изменения обусловлены внутриклеточной репликацией вируса (с появлением в ядре или цитоплазме включений, представляющих собой или скопления вирусных частиц, или реактивные изменения клеточного вещества в ответ на их репликацию), опухолевым метаморфозом и врожденными или приобретенными ферментопатиями, приводящими к накоплению в клетке нормальных метаболитов в избыточном количестве или аномальных в виде включений.

4.2. ПАТОЛОГИЯ КЛЕТОЧНЫХ МЕМБРАН

Основной структурной частью мембраны является липидный бислой, состоящий из фосфолипидов и холестерина с включенными в него молекулами разных белков. Снаружи клеточная мембрана покрыта слоем гликопротеидов. К функциям мембраны клетки относятся избирательная проницаемость, реакции межклеточных взаимодействий, поглощение и выделение специфических веществ (рецепция и секреция). Плазматическая мембрана – место приложения физических, химических, механических раздражителей внешней среды и сигналов информационного характера из внутренней среды организма. Информационная функция обеспечивается рецепторами мембраны, защитная – самой мембраной, контактная – клеточными стыками (рис. 4.3).
Способность формировать мембраны является решающей в образовании клетки и ее субклеточных органелл. Любое нарушение сопровождается изменением проницаемости клеточных мембран и состояния цитоплазмы поврежденной клетки. Повреждение клеточных мембран может быть обусловлено деструкцией их липидных или белковых (ферментных и рецепторных) компонентов.
К патологии клетки могут вести нарушения следующих функций мембран: мембранного транспорта, проницаемости мембран, коммуникации клеток и их «узнавания», подвижности мембран и формы клеток, синтеза и обмена мембран (схема 4.1).

Рис. 4.3. Структура мембраны клетки (схема):
1 –двойной слой фосфолипидов; 2 – мембраные белки; 3 – полисахаридные цепи

Схема 4.1. Общие механизмы повреждения мембран клеток [Литвицкий П. Ф. , 1995]

Повреждение липидных компонентов клеточных и субклеточных мембран возникает несколькими путями. Важнейшими из них являются перекисное окисление липидов, активация мембранных фосфолипаз, осмотическое растяжение белковой основы мембран, повреждающее воздействие иммунных комплексов.
Мембранный транспорт предполагает перенос ионов и других субстратов против избытка (градиента) их концентрации. При этом нарушаются функция клеточных насосов и процессы регуляции обмена веществ между клеткой и окружающей ее средой.
Энергетической основой работы клеточных насосов являются процессы, зависящие от энергии АТФ. Эти ферменты «вмонтированы» в белковую часть клеточных мембран. В зависимости от вида проходящих по каналу ионов различают Na – K-АТФазу, Ca – Mg-АТФазу, Н – АТФазу и др. Особое значение имеет работа первого насоса, результатом которой является превышение концентрации К + внутри клетки приблизительно в 20–30 раз по сравнению с внеклеточной. Соответственно этому концентрация Na + внутри клетки приблизительно в 10 раз меньше, чем снаружи.
Повреждение Na – K-насоса вызывает освобождение К + из клетки и накопление в ней Na + , что характерно для гипоксии, инфекционных поражений, аллергии, снижения температуры тела и многих других патологических состояний. С транспортом Na + и К + тесно связан транспорт Ca 2+ . Интегральное выражение этих нарушений хорошо иллюстрируется на примере гипоксии миокарда, которая проявляется прежде всего патологией митохондрий.
Известно участие Са 2+ в освобождении медиаторов аллергии из лабиринтов (тучных клеток). По современным данным, их аллергическая травма сопровождается разжижением мембраны, разрыхлением и увеличением проводимости кальциевых каналов. Ионы кальция, проникая в большом количестве внутрь клетки, способствуют освобождению гистамина и других медиаторов из гранул.
Морфологически нарушение проницаемости плазматической мембраны проявляется усиленным образованием ультрамикроскопических пузырьков, что приводит к дефициту поверхности или, напротив, увеличению поверхности за счет мембран микропиноцитозных пузырьков. В отдельных случаях выявляются утолщение и извитость участков мембраны, отделение части цитоплазмы, окруженной мембраной, от клетки. Это свидетельствует об активизации цитоплазматической мембраны. Другим наблюдаемым при электронной микроскопии признаком повреждения мембраны является образование крупных микропор – «брешей», что ведет к набуханию клетки, перерастяжению и разрыву клеточных мембран.
С формой и подвижностью мембраны непосредственно связаны изменения формы и подвижности клетки в целом, хотя при патологии обычно происходит упрощение формы клеточной поверхности (например, потеря микроворсинок энтероцитами).
Отдельного внимания заслуживает патология, развивающаяся при повреждении межклеточных взаимодействий. Поверхность мембраны клетки содержит множество рецепторов, воспринимающих различные раздражители. Рецепторы представлены сложными белками (гликопротеидами), способными свободно перемещаться как по поверхности клеточной мембраны, так и внутри ее. Механизм рецепции является энергозависимым, поскольку для передачи сигнала с поверхности внутрь клетки требуется АТФ. Особый интерес представляют рецепторы, одновременно являющиеся поверхностными антигенами-маркерами определенных типов клеток.
При разных патологических процессах (воспаление, регенерация, опухолевый рост) могут изменяться поверхностные антигены, причем различия могут касаться как типа антигена, так и его доступности со стороны внеклеточного пространства. Например, повреждения гликолипидов мембраны делают ее более доступной воздействию антител.
Патология клеточной рецепции ведет к нарушению восприятия информации. Например, наследственное отсутствие апо-Е– и апо-В-рецепторов у клеток печени и жировой клетчатки ведет к развитию семейных типов ожирения и гиперлипопротеинемии. Аналогичные дефекты выявлены при некоторых формах сахарного диабета.
Межклеточное взаимодействие и кооперация клеток определяются состоянием клеточных стыков, которые могут повреждаться при различных патологических состояниях и болезнях. Клеточные стыки выполняют три главные функции: межклеточную адгезию, «тесное общение» клеток и герметизацию слоя эпителиальных клеток. Межклеточная адгезия ослабевает при опухолевом росте уже на ранних этапах онкогенеза и является одним из критериев роста опухоли. «Тесное общение» заключается в прямом обмене клеток через щелевидные стыки информационными молекулами. Дефекты «тесного общения» играют значительную роль в поведении и возникновении злокачественных опухолей. Нарушения межмембранных связей клеток тканевых барьеров (кровь – мозг, кровь – легкие, кровь – желчь, кровь – почки) ведут к увеличению проницаемости плотных стыков клеток и повышенной проницаемости барьеров.

4.3. ПАТОЛОГИЯ КЛЕТОЧНОГО ЯДРА

Ядро обеспечивает координацию работы клетки в интерфазу, хранение генетической информации, передачу генетического материала при клеточном делении. В ядре происходят репликация ДНК и транскрипция РНК. При повреждении могут наблюдаться отек ядра, его сморщивание (пикноз), разрыв и разрушение (кариорексис и кариолизис). Ультрамикроскопическое исследование позволяет различить несколько типовых нарушений ядра и генетического аппарата клетки.
1. Изменение структуры и размеров ядра зависит от содержания в нем ДНК. В нормальном интерфазном ядре содержится диплоидный (2n) набор хромосом. Если после окончания синтеза ДНК не происходит митоза, появляется полиплоидия – кратное увеличение набора ДНК. Полиплоидия может встречаться в нормально функционирующих клетках печени, почек, в миокарде; она особенно ярко выражена в тканях при регенерации и опухолевом росте, причем чем более злокачественна опухоль, тем более выражена гетероплоидия. Анеуплоидия – изменение в виде неполного набора хромосом – связана с хромосомными мутациями. Ее проявления встречаются в большом количестве в злокачественных опухолях.
Вещество ДНК в ядре распределено неравномерно. В наружных отделах ядер находят конденсированный хроматин (гетерохроматин), который считается неактивным, а в остальных отделах – неконденсированный (эухроматин), активный. Конденсация хроматина в ядре рассматривается как признак метаболической депрессии и предвестник гибели клетки. К патологическим изменениям ядра относят также его токсическое набухание. Уменьшение размеров ядра характерно для снижении обмена веществ в клетке и сопутствует ее атрофии.
2. Изменение формы ядра может вызываться цитоплазматическими включениями (перстневидные клетки при слизьобразующем раке, ожиревшие гепатоциты), образованием множественных выпячиваний ядра в цитоплазму вследствие повышения синтетической активности ядра (полиморфизм ядер при воспалении, опухолевом росте). Как крайний вариант в ядре могут встречаться включения (цитоплазматические или вирусные).
3. Изменение количества ядер проявляется многоядерностью в гигантских клетках при воспалении (клетки Пирогова–Лангханса при туберкулезе), опухолях (клетки Штернберга–Березовского при лимфогранулематозе). Безъядерность может наблюдаться в нормальных клетках (эритроциты, тромбоциты), в жизнеспособных фрагментах опухолевых клеток и как свидетельство гибели клеток (кариолизис).
4. Изменение структуры и размеров ядрышек заключается в их увеличении и повышении плотности (соответствует повышению функциональной активности) или дезорганизации (встречается при энергодефиците в клетке и сопровождается патологией митозов).
5. Изменение ядерной оболочки (двойной мембраны) состоит в нарушениях связи ее с эндоплазматической сетью, выпячивании и искривлении обеих мембран, изменении количества и размеров пор, появлению включений в межмембранном пространстве. Данные изменения свидетельствуют о вовлеченности ядра в повреждение клетки и характерны для интоксикации, вирусных инфекций, радиационных повреждений, опухолевого перерождения клетки.
6. Процессы клеточного деления (митоза) могут нарушаться при различных воздействиях, при этом может страдать любое из его звеньев. Наибольшую известность получила классификация патологии митозов, предложенная И.А. Аловым (1972):
I тип – повреждение хромосом (задержка деления в профазе);
II тип – повреждение митотического аппарата (задержка в метафазе);
III тип – нарушение цитотомии (задержка в телофазе).
Можно считать установленным, что задержка вступления клеток в митоз возникает в основном в связи с нарушением их метаболизма, в частности синтеза нуклеиновых кислот и белков, а нарушение хромосом при репродукции клетки, обнаруживаемое в условиях патологии, – вследствие разрыва цепей ДНК и расстройства репродукции ДНК хромосом.
Особенности реакции клетки на повреждающий фактор зависят как от его характеристики, так и от типа клетки по ее способности к делению, обеспечивающей возможность рекомпенсации. Считают, что в организме имеется три категории специализированных клеток по их способности к делению.
Клетки I категории с самого рождения организма достигают высокоспециализированного состояния структур за счет минимизации функций. В организме отсутствует источник возобновления этих клеток в случае их дисфункции. К таким клеткам относятся нейроны. Клетки I категории способны к внутриклеточной регенерации, в результате которой восстанавливаются утраченные части клеток, если сохранены ядерный аппарат и трофическое обеспечение.
Клетки II категории – это высокоспециализированные клетки, выполняющие какие-либо определенные функции и затем либо «изнашивающиеся», либо слущивающиеся с различных поверхностей, причем иногда очень быстро. Подобно клеткам I категории, они не способны размножаться, однако в организме имеется механизм для их непрерывного воспроизводства. Такие клеточные популяции называют обновляющимися, а состояние, в котором они находятся, – стационарным. К таким клеткам относятся, например, клетки, выстилающие большую часть кишечника.

Расстройство внутриклеточных механизмов регуляции функции клеток. Это может быть результатом нарушений, развивающихся на одном или нескольких уровнях регуляторных механизмов:

1) на уровне взаимодействия БАВ (гормонов, нейромедиаторов и др.) с рецепторами клетки. Изменение чувствительности, числа и (или) конформации молекул рецептора, его биохимического состава или липидного окружения в мембране может существенно модифицировать характер клеточного ответа на регуляторный стимул. Так, накопление токсичных продуктов СПОЛ в клетках миокарда при ишемии обусловливает изменение физико-химического состава их мембран, в том числе и цитолеммы, что сопровождается на рушением реакции сердца на нейромедиаторы вегетативной нервной системы: норадреналин и ацетилхолин, а также другие БАВ;

2) на уровне клеточных, так называемых вторых посредников (мессенджеров) нервных влияний: циклических нуклеотидов - аденозинмонофосфата (цАМФ), гуанозинмонофосфата (цГМФ), образующихся в ответ на действие «первых посредников» - гормонов и нейромедиаторов.
Примером может служить нарушение формирования мембранного потенциала в кардиомиоцитах при накоплении в них избытка цАМФ, что является, в частности, одной из возможных причин развития сердечных аритмий;

3) на уровне метаболических реакций, регулируемых циклическими нуклеотидами или другими внутриклеточными факторами. Так, нарушение процесса активации клеточных ферментов может существенно изменить интенсивность метаболических реакций и, как следствие, привести к расстройству жизнедеятельности клетки.

Виды повреждения клеток:

Повреждение клеток характеризуется развитием разнообразных изменений в них. Однако их можно объединить в несколько групп.
Дистрофии.
Дисплазии.
Типовые нарушения субклеточных структур и компонентов.
Некроз.

Дистрофии:

Дистрофии (от лат.
dys - нарушение, расстройство + греч. trophe - питаю) - это нарушения обмена веществ в клетках, сопровождающиеся расстройствами их функций, пластических процессов и структурными изменениями, ведущими к нарушению их жизнедеятельности.

Основными механизмами дистрофий являются:

1) синтез аномальных веществ в клетке, например, белково-полисахаридного комплекса амилоида;
2) избыточная трансформация одних соединений в другие, например, жиров и углеводов в белки, углеводов в жиры;
3) декомпозиция (фанероз), например, белково-липидных комплексов мембран;
4) инфильтрация клеток (и межклеточного вещества) органическими и неорганическими соединениями, например, холестерином и его эфирами стенок артерий при атеросклерозе.

К числу основных разновидностей клеточных дистрофий в зависимости от преимущественно нарушенного вида обмена веществ относят:
белковые (диспротеинозы);
жировые (липидозы);
углеводные;
пигментные;
минеральные.

Диспротеинозы:

Характеризуются изменением фихико-химических свойств белков клеток и как следствие нарушением их ферментативной и структурной функций.
Наиболее часто диспротеинозы проявляются в виде зернистой, гиалиново-капельной и гидропической дистрофии. Нередко они представляют собой последовательные этапы нарушения обмена цитоплазматических белков, приводящих к некрозу клеток.

При зернистой дистрофии в цитоплазме появляются гранулы (зерна) белка. Они образуются в результате инфильтрации (проникновения) его из межклеточной жидкости, трансформации углеводов и жиров в белки, распада (декомпозиции) липопротеидов цитоплазмы и мембран. Одной из главных общих причин зернистой дистрофии является нарушение энергообеспечения клеток.

Гиалиновая дистрофия характеризуется накоплением в цитоплазме белковых гиалиноподобных ацидофильных включений («капель»). Одновременно с этим выявляются признаки деструкции клеточных органелл. Признаки гиалиновой дистрофии наблюдаются при состояниях, вызывающих повышение проницаемости клеточных мембран.

Липидозы:

К липидозам откосят различные по химическому составу вещества, нерастворимые в воде. Липидозы проявляются либо увеличением содержания внутриклеточных липидов, либо появлением их в клетках, где они в норме отсутствуют, либо образованием липидов аномального химического состава. Липидозы, так же, как и диспротеинозы, наиболее часто наблюдаются в клетках сердца, печени, почек, мозга и носят соответствующие названия (жировая дистрофия сердца, печени, почек, мозга).

Углеводные дистрофии:

Характеризуются нарушением обмена полисахаридов (гликогена, мукополисахаридов) и гликопротеидов (муцина, мукоидов).

«Полисахаридные» дистрофии проявляются:
1) уменьшением их содержания в клетке (например, гликогена при сахарном диабете);
2) их отсутствием или значительным снижением (агликогенозы);
3) накоплением их избытка (гликогенная инфильтрация клеток, гликогенозы).
Причиной углеводных дистрофий чаще всего являются эндокринопатии (например, инсулиновая недостаточность) или ферментопатии (отсутствие или низкая активность ферментов, принимающих участие в процессах синтеза и распада углеводов).
Углеводные дистрофии, связанные с нарушением метаболизма гликопротеидов, характеризуются, как правило, накоплением муцинов и мукоидов, имеющих слизистую консистенцию. В связи с этим их называют слизистыми дистрофиями. Причинами их наиболее часто служат эндокринные расстройства (например, недостаточная продукция или низкая активность гормонов щитовидной железы), а также прямое повреждающее действие на клетки патогенных факторов.

Пигментные дистрофии (диспигментозы):

Пигменты клеток организма человека и животных принимают участие в реализации многих функций: синтез и катаболизм веществ, рецепция различных воздействий, защита от повреждающих факторов.
Клеточные пигменты являются хромопротеидами, т. е. соединениями, состоящими из белка и красящего вещества.

В зависимости от биохимического строения эндогенные клеточные пигменты разделяют следующим образом:
1) гемоглобиногенные (ферритин, гемосидерин, билирубин, гематоидин, гематин, порфирин);
2) протеиногенные, тирозиногенные (меланин, адренохром, пигменты охроноза и энтерохромафинных клеток);
3) липидогенные, липопротеиногенные (липофусцин, гемофусцин, цероид, липохромы).
Все диспигментозы делятся на несколько групп в зависимости от их происхождения, механизма развития, биохимической структуры пигмента, проявлений и распространенности.

Виды диспигментозов

По происхождению:
1. Первичные (наследственные, врожденные).
2. Вторичные, приобретенные (возникающие под действием патогенных агентов в течение постнатального периода жизни организма).

По механизму развития:
1. Обусловленные дефектами ферментов (ферментопатиями) метаболизма пигмента и (или) изменением их активности.
2. Связанные с изменением содержания и (или) активности ферментов транспорта пигментов через мембраны клетки.
3. Вызванные повреждением мембран клеток.
4. Обусловленные накоплением избытка пигментов в клетках, обладающих свойством фагоцитоза.

По биохимической структуре пигмента:
1. Гемоглобиногенные, «железозависимые».
2. Протеиногенные, тирозиногенные.
3. Липидогенные, липопротеиногенные.

По проявлениям:
1. Появление в клетке пигмента, отсутствующего в ней в норме.
2. Накопление избытка пигмента, образующегося в клетке в норме.
3. Уменьшение количества пигмента, образующегося в клетке в норме.

По распространенности:
1. Местные (регионарные).
2. Общие (распространенные).

Гемоглобиногенные диспигментозы включают гемосидероз, гемохроматоз, ге-момеланоз, порфирию, накопление избытка прямого билирубина в гепатоцитах. Большинство гемоглобиногенных пигментов относятся к продуктам катаболизма гемоглобина. Некоторые из них (ферритин, гемосидерин) образуются с участием железа, всасывающегося в кишечнике.

Часть гемоглобиногенных диспигментозов является результатом ферментопатии. К ним относятся, в частности, первичный гемохроматоз и порфирия.

Первичный гемохроматоз - заболевание, обусловленное генетическим дефектом (передается аутосомно-доминантным путем) группы ферментов, участвующих в процессах транспорта железа из полости кишечника. При этом в кровь поступает избыток железа, которое накапливается в виде ферритина и гемосидерина в клетках различных тканей и органов (печени, миокарда, кожи, желез внутренней секреции, слюнных желез и др.). Сходные изменения наблюдаются и при вторичном гемохроматозе. Он является результатом либо приобретенной недостаточности ферментов, обеспечивающих обмен пищевого железа (при алкоголизме, интоксикациях), либо - повышенного поступления железа в организм с продуктами питания или железосодержащими лекарственными препаратами, либо следствием избыточного гемолиза эритроцитов.

Порфирия характеризуется накоплением в клетках уропорфириногена I, порфобилина, порфириногенов. Одной из частых причин порфирии является дефицит или низкая кинетическая активность ферментов метаболизма порфиринов (в частности, уропорфириноген - III - косинтетазы) наследственного или приобретенного характера.

Большинство других разновидностей гемоглобиногенных диспигментозов (гемосидероз, гемомеланоз) являются следствием избыточного накопления пигметов в клетках в связи с повышенным гемолизом эритроцитов различного генеза (при инфекциях, интоксикациях, переливании иногруппной крови, резус-конфликте и др.).

Протеиногенные (тирозиногенные) диспигментозы проявляются усилением или ослаблением пигментации тканей (локального или общего характера) продуктами метаболизма тирозина.
Усиление пигментации нередко является следствием избытка в клетках меланина (меланоз, от греч. melas - темный, черный). Наблюдается при надпочечнико-вой недостаточности, обусловленной уменьшением их массы, например, при туберкулезном или опухолевом поражении, при аденоме гипофиза, гипертиреоидизме, опухолях яичников. Считают, что избыток меланина в клетках является результатом его повышенного синтеза из тирозина вместо адреналина. Процесс мелани-нообразования потенциируется АКТГ, уровень которого повышен в условиях дефицита адреналина в крови.

Накопление пигмента охроноза (от греч. ochros - желтый, желтоватый) в клетках наблюдается при первичной (наследственной) ферментопатии, характеризующейся недостаточнрстью энзимов метаболизма тирозина и фенилаланина. При этом гиперпигментация носит местный или распространенный характер. Пигмент накапливается в клетках тканей носа, ушных раковин, склер, трахеи, бронхов, сухожилий, хрящей и др.

Ослабление пигментации тканей или отсутствие пигмента в их клетках (альбинизм, от лат. albus - белый) также может быть первичного или вторичного происхождения. При альбинизме меланин отсутствует в клетках кожи, радужки глаз, в волосах. Причиной этого чаще всего является наследственно обусловленное отсутствие в клетках фермента тирозиназы. В случае местного уменьшения пигментации, например, кожи (лейкодерма, витилиго) существенное значение имеет вторичное нарушение обмена меланина в связи с нейроэндокринными нарушениями его регуляции (при гипоинсулинизме, снижении уровня гормонов пара-щитовидных желез), вследствие образования антител к меланину либо в результате повышенного разрушения меланоцитов при воспалении или некрозе тканей.

Липидогенные диспигментозы, характеризующиеся чаще всего увеличением в клетках количества пигментов липидного или липопротеидного характера (липофусцина, гемофусцина, липохромов, цероида). Все эти пигменты весьма сходны по основным физическим и биохимическим свойствам. У человека обычно встречаются различные варианты местного липофусциноза наследственного (реже) или приобретенного (чаще) происхождения.

Считается, что основными причинами приобретенного липофусциноза являются гипоксия тканей, дефицит в организме витаминов, белка, отдельных видов липидов. Наиболее часто он развивается в пожилом и старческом возрасте, у людей с хроническими «обменными» заболеваниями.
Наследственные и врожденные липофусцинозы характеризуются накоплением избытка липофусцина в клетках, сочетающимся обычно с ферментопатиями (т. е. эти липофусцинозы являются вариантом болезней накопления - тезаурис-мозов). Примерами этих болезней могут быть нейрональные липофусцинозы (отложение избытка липофусцина в нейронах, что сочетается со снижением интеллекта, зрения, слуха, развитием судорог), печеночные липофусцинозы, сочетающиеся с нарушениями обмена билирубина, обусловленными наследственными дефектами ферментов транспорта глюкоронизации желчных пигментов.

Минеральные дистрофии:

Проявляются значительным уменьшением или увеличением содержания минеральных веществ в клетках. Наибольшее значение имеют нарушения обмена соединений кальция, калия, железа, цинка, меди. Их ионизированные и молекулярные фракции участвуют в процессах регуляции проницаемости мембран клеток, активности ферментов, формирования потенциала покоя и действия, реализации действия гормонов и нейромедиаторов, электромеханического сопряжения в миоцитах и многих других клетках.

Минеральные дистрофии характеризуются накоплением избыточного содержания в клетках молекулярных или ионизированных фракций катионов (например, кальцинозы, сидерозы, отложения меди при гепатоцеребральной дистрофии) или уменьшением их содержания.

Одной из наиболее распространенных у человека разновидностей клеточных минеральных дистрофий является кальциноз - накопление («отложение») избытка солей кальция в клетках. Кальциноз может носить общий или местный характер. На «территории» клетки в наибольшей мере соли кальция накапливаются в митохондриях, лизосомах (фаголизосомах), в канальцах саркоплазматической сети. Основной причиной клеточного кальциноза является изменение физико-химических свойств гиалоплазмы клетки (например, внутриклеточный алкалоз), сочетающееся с абсорбцией кальция. Наиболее часто отмечается кальциноз клеток миокарда, эпителия почечных канальцев, легких, слизистой желудка, стенок артерий.

К числу дистрофий относят также тезаурисмозы (от греч. thesauriso - накопление, поглощение, наполнение). Они характеризуются накоплением избытка различных веществ в клетках, что сопровождается нарушением их структуры и функции, а также - интенсивности и характера метаболических и пластических процессов в них.

Практически все тезаурисмозы - результат наследственной патологии ферментов, передающихся, как правило, по аутосомно-рецессивному типу. Наследуемые изменения в генетической программе обусловливают дефект ферментов (ли-зосомальных, мембраносвязанных, свободных). Следствием этого является нарушение метаболизма в клетке, обусловливающее накопление в ней продуктов неполного или аномального расщепления субстратов.

В зависимости от биохимической структуры накапливающихся в клетках веществ тезаурисмозы разделяют на липидные (липидозы), гликогеновые (гликогенозы), аминокислотные, нуклеопротеидные, мукополисахаридные, муколи-пидные. Наиболее распространенными разновидностями тезаурисмозов являются липидные и гликогеновые.

Дисплазии:

Дисплазии (от лат. dys - нарушение, расстройство + греч. plasis - образую) - это общее название нарушений процесса развития (дифференцировки, специализации) клеток, проявляющихся стойким изменением их структуры и функции, что ведет к расстройству их жизнедеятельности.

Причинами дисплазий являются факторы физического, химического или биологического характера, повреждающие геном клетки. При этом нарушается генетическая программа клеток или механизмы ее реализации. Именно это обусловливает стойкие и, как правило, наследуемые от клетки к клетке изменения в отличие от дистрофий, которые нередко носят временный, обратимый характер и могут устраняться при прекращении действия причинного фактора.

Основным механизмом дисплазий является расстройство процесса дифференцировки, который заключается в формировании структурной и функциональной специализации клетки. Клеточная дифференцировка определяется в основном генетической программой. Однако реализация этой программы в существенной мере зависит от сложных взаимодействий ядра и цитоплазмы, микроокружения клетки, влияния на нее БАВ и многих других факторов. Именно поэтому даже при одном и том же изменении в геноме различных клеток проявления дисплазий могут носить «разноликий характер».

Дисплазий проявляются изменением величины и формы клеток, их ядер и других органелл, числа и строения хромосом. Как правило, клетки увеличены в размерах, имеют неправильную, причудливую форму («клетки-монстры»), соотношение различных органелл в них диспропорционально. Нередко в таких клетках обнаруживаются различные включения, признаки дистрофических процессов.

В качестве примеров клеточных дисплазий можно назвать образование мегалобластов в костном мозге при пернициозной анемии, серповидных эритроцитов при наличии патологического гемоглобина, крупных нейронов - «монстров» при поражении коры большого мозга (туберкулезный склероз), многоядерных гигантских клеток с причудливым расположением хроматина при нейрофиброматозе (болезнь Реклинхаузена). Клеточные дисплазий являются одним из проявлений атипизма опухолевых клеток.

Типовые нарушения субклеточных структур и компонентов:

Клетка представляет собой многокомпонентную систему. Она включает в себя ядро, гиалоплазму, органеллы (митохондрии, пероксиомы, рибосомы, эндоплазматическую сеть, лизосомы, пластинчатый комплекс, или комплекс Гольджи, клеточный центр, микротрубочки, микрофиламенты), метаплазматические специализированные специализированные образования (миофибриллы, нейрофибриллы, тонофибриллы, микроворсинки, десмосомы и др.); включения (трофические, секреторные, а также специфические для отдельных клеток, например, гранулы тучных клеток, или лаброцитов, содержащие серотонин, гистамин, гепарин и другие вещества). Указанные компоненты клетки окружены плазмолеммой (цитолеммой).

Повреждение клетки характеризуется большим или меньшим нарушением структуры функции всех ее компонентов. Однако при действии различных патогенных факторов могут преобладать признаки повреждения отдельных из них.

Ядро является «носителем» генетической программы клетки. Повреждение ядра сочетается с изменением его величины и формы, числа ядрышек в нем, конденсацией хроматина по периферии ядра (маргинация хроматина), нарушением двухконтурности или разрывами ядерной оболочки, слиянием ее с полоской маргинации хроматина, появлением включений, спутников ядра и др.

Митохондрии. Эти органеллы участвуют во многих внутриклеточных процессах. Главными из них являются окисление, сопряженное с фосфорилированием, ведущее к образованию АТФ и регуляции внутриклеточного содержания кальция (митохондрии обладают высокой кальциевой емкостью), калия, ионов водорода.

При действии патогенных факторов отмечается изменение общего числа митохондрий, а также структуры отдельных органелл. Уменьшение числа митохондрий по отношению к общей массе клетки, в частности в печени, наблюдается при длительном голодании, после облучения организма, при сахарном диабете.

Стереотипными для действия большинства повреждающих факторов изменениями отдельных митохондрий являются уменьшение или увеличение их размеров и изменение формы. Многие патогенные воздействия на клетку (гипоксия, эндо- и экзогенные токсические агенты, в том числе лекарственные препараты при их передозировке, ионизирующая радиация, изменение осмотического давления) сопровождаются набуханием и вакуолизацией митохондрий, что может привести к разрыву их мембран, фрагментации и гомогенизации крист. Нередко отмечаются утрата гранулярной структуры и гомогенизация крист, утрата гранулярной структуры и гомогенизация матрикса органелл, потеря двухконтурности их наружной мембраны, отложения в матриксе органических (миелин, липиды, гликоген) и неорганических (чаще всего соли кальция) соединений. Нарушение структуры митохондрий приводит к существенному подавлению процесса дыхания в них и образования АТФ, а также к дисбалансу ионов (Са2+, К+, Н+) внутри клетки.

Лизосомы. В норме ферменты лизосом обеспечивают обновление структур клетки при их старении или повреждении, а также уничтожение чужеродных агентов в процессе фагоцитоза.
При патогенных воздействиях высвобождение и активация ферментов лизосом может привести к «самоперевариванию» (аутолизу) клетки. Повышенный выход лизосомальных гидролаз в цитоплазму может быть обусловлен механическим разрывом их мембраны или значительным повышением проницаемости («лабилизацией») последних.

Это является следствием накопления в клетках ионов водорода (внутриклеточный ацидоз), воздействия продуктов СПОЛ, токсинов и других агентов. У человека и животных нередко выявляются также первичные, наследственные нарушения функций лизосом (так называемые лизосомные болезни). Они характеризуются дефицитом и (или) снижением активности лизосомальных ферментов. Это, как правило, сопровождается накоплением в клетке избытка веществ, которые в норме метаболизируются с участием энзимов лизосом. Указанные формы лизосомальных ферментопатий являются разновидностью тезаурисмозов - болезней накопления, к которым относятся, как уже указывалось, гликогенозы, ганглиозидозы, некоторые гепатозы (сопровождающиеся накоплением в гепатоцитах липофусцина и, как правило, прямого билирубина) и др.

Рибосомы. Эти органеллы необходимы для реализации генетической программы клеток. С их участием происходит синтез белка на основе считывания информации с и-РНК. Поэтому около 40% массы рибосом составляет РНК. При действии повреждающих факторов наблюдается разрушение группировок субъединиц рибосом (полисом), состоящих обычно из нескольких рибосом - «мономеров»; уменьшение числа рибосом, отрыв органелл от внутриклеточных мембран. Эти изменения сопрвождаются снижением интенсивности синтеза белка в клетке.

Эндоплазматическая сеть. Выполняет в клетке функции накопления и распределения различных веществ (в частности, ионов кальция в миоцитах), а также участвует в инактивации химических агентов. При повреждении отмечается расширение канальцев сети, вплоть до образования крупных вакуолей и цистерн вследствие накопления в них жидкости, очаговая деструкция мембран канальцев сети, их фрагментация. Изменение структуры эндоплазматической сети может сопровождаться развитием клеточных дистрофий, нарушением распространения импульса возбуждения, сократительной функции мышечных клеток, процессов обезвреживания цитотоксических факторов (ядов, метаболитов, свободных радикалов и др.).

Пероксисомы (микротельца). Топографически тесно связаны с эндоплазматической сетью. В микротельцах содержатся различные оксидазы, участвующие в процессах окисления высших жирных кислот, углеводов, аминокислот и других (в том числе цитотоксических) субстратов расщепления перекиси водорода, различных восстановительных компонентов дыхательной цепи. При повреждениях клетки различного генеза может наблюдаться увеличение (в условиях алкогольной интоксикации, вирусной агрессии) или уменьшение (при гипоксии, действии ионизирующей радиации) числа пероксисом. Известны также первичные нарушения функций пероксисом наследственного происхождения («пероксисомные болезни»). Они характеризуются нарушением обмена веществ в результате либо дефицита и (или) дефекта отдельных ферментов пероксисом, чаще всего каталазы, либо отсутствия микротелец в клетке.

Комплекс Гольджи. Играет существенную роль в процессах транспорта веществ в клетках с высокой метаболической и секреторной активностью, особенно в железах внутренней секреции и клетках, продуцирующих слизь. В этом комплексе также синтезируется ряд веществ (полисахариды, белки), активируются ферменты, депонируются различные соединения. С его участием «генерируются» лизосомы. Повреждение комплекса Гольджи сопровождается структурными изменениями, сходными с таковыми в эндоплазматической сети. При этом нарушаются выведение из клетки продуктов жизнедеятельности, инактивация в ней токсичных соединений, что может обусловить расстройство ее функции в целом.

Микротрубочки, микрофиламенты, промежуточные филаменты (цитокератины, нейрофиламенты, глиальные нити). Составляют «скелет» клетки, обеспечивают выполнение ее опорной, транспортной, контрактильной, двигательной функций. Повреждение цитоскелета может обусловить нарушение тока секреторных гранул или жидкостей, реализации фагоцитоза, митотического деления клеток, упорядоченного движения ресничек (например, эпителия дыхательных путей или «хвоста» сперматозоида, являющегося эквивалентом реснички).

Гиалоплазма (цитоплазматический матрикс). Представляет собой жидкую слабовязкую внутреннюю среду клетки. Основными компонентами гиалоплазмы являются внутриклеточная жидкость, различные структуры: органеллы, мета-плазматические образования и включения. Действие на клетку повреждающих факторов может обусловливать уменьшение или увеличение содержания в гиалоплазме жидкости, протеолиз или коагуляцию белка, образование «включений», не встречающихся в норме.

Изменение состояния гиалоплазмы в свою очередь существенно влияет на процессы метаболизма, протекающие в ней, в связи с тем, что многие ферменты (например, гликолиза) находятся в клеточном матриксе; на функцию органелл; на процессы восприятия регулирующих и других влияний на клетку.

Прижизненное изучение клеток показало, что в гиалоплазме наблюдаются упорядоченная циркуляция внутриклеточной жидкости, а также ритмические движения органелл. Высказываются допущения, что в различных регионах клетки и ее органеллах может циркулировать разная по составу жидкость. При повреждениях клеток возможно нарушение упорядоченного характера циркуляции ци-топлазматической жидкости. Примером дисциркуляторных расстройств могут быть изменения скорости транспорта нейромедиаторов по аксонам нейронов, замедление миграции фагоцитов (вследствие медленного перемещения гиалоплазмы в псевдоподии), развитие так называемого «парциального» отека в клетках (например, отек ядра, митохондрий, миофибрилл и т. д.).

Плазмолемма. В норме выполняет защитную, барьерную, контактную, информационную, транспортную функции. При повреждении клетки указанные функции плазмолеммы страдают в большей или меньшей мере. Это обусловлено значительными изменениями ее проницаемости (чаще повышением), целостности, числа и чувствительности рецепторных структур, трансмембранных «каналов» и другими отклонениями.

Повреждение отдельной клетки (включая и отдельные ее компоненты) может нарушить межклеточные взаимодействия («общение») и «кооперацию». В основе этого лежит изменение свойств и (или) структуры плазмолеммы, а также находящихся в ней и на ней рецепторных образований, поверхностных антигенов, межклеточных стыков; отклонение от нормы «набора» и свойств метаболитов, в том числе биологически активных (медиаторов и модуляторов «общения»). Это может потенцировать степень и масштаб расстройств в уже поврежденной клетке, а также обусловить альтерацию других, интактных клеток.

Совокупность изменений субклеточных структур и их функций, клеток в целом, а также нарушение их взаимодействия и кооперации лежат в основе развития типовых патологических процессов, типовых форм патологии органов и физиологических систем, конкретных болезней и болезненных состояний.

Некроз и апоптоз:

Повреждение отдельных компонентов клетки влияет на состояние всех ее структур и процессов, поскольку они объединены в одну сбалансированную систему, включенную, в свою очередь, в тканевой ансамбль клеток. Такая интеграция позволяет ликвидировать последствия повреждения в отдельной клетке, если сила и выраженность его сравнительно малы (обратимое повреждение). Если взаимодействие субклеточных структур и координация внутриклеточных процессов под влиянием патогенного фактора нарушены, то нарушается и гомеостаз клетки, она погибает - некротизируется или подвергается апоптозу (необратимое повреждение).

Некроз (от греч. necros - мертвый) - это гибель клеток, сопровождающаяся необратимым прекращением их жизнедеятельности. Некроз нередко является завершающим этапом дистрофий, дисплазий, а также следствием прямого действия повреждающих факторов значительной силы. Изменения, предшествующие некрозу, называют некробиозом или патобиозом.

Большинство погибших клеток подвергаются аутолизу, т. е. саморазрушению структур. Основным механизмом аутолиза является гидролиз компонентов клеток и межклеточного вещества под влиянием ферментов лизосом. Этому способствует развитие ацидоза в поврежденных клетках. В процессе аутолиза принимают участие также свободные радикалы. Одним из аргументов является факт интенсификации свободнорадикальных и липопероксидных реакций в поврежденных тканях при воспалении, на определенных этапах инфаркта, опухолевого роста и при других патологических процессах.

В процессе лизиса поврежденных клеток могут принимать участие и другие клетки - фагоциты, а также микроорганизмы. В связи с этим в отличие от аутолитического механизма последний называют гетеролитическим. Таким образом, лизис некротизированных клеток (некролиз) может обеспечиваться ауто- и гетеролитическими процессами, в которых принимают участие ферменты и другие факторы как погибших, так и контактирующих с ними живых клеток.

Апоптоз (от греч. аро - отсутствие, отрицание чего-либо, ptosis - падение) -это генетически программируемый процесс прекращения жизнедеятельности и смерть клетки или группы клеток в живом организме. При этом погибшая клетка не подвергается аутолизу, а обычно поглощается и разрушается фагоцитом. Процесс апоптоза наблюдается при патологической гипертрофии тканей, воспалении, опухолевом росте; частота его нарастает по мере старения организма.

Проявления повреждения клеток:

Любое повреждение клетки вызывает в ней комплекс специфических и неспецифических изменений, выявляемых различными методами: биохимическими, физикохимическими, морфологическими и др.
Под специфическими понимают 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. Так, повышение в любой клетке осмотического давления сопровождается ее гипергидратацией, растяжением мембран, нарушением их целостности.

Под влиянием разобщителей процесса окисления и фосфорилирования снижается или блокируется сопряжение этих процессов и уменьшается эффективность биологического окисления. Высокая концентрация в крови одного из гормонов коры надпочечников - альдостерона - обусловливает накопление в различных клетках избытка ионов натрия. С другой стороны, действие повреждающих агентов на определенные виды клеток вызывает специфическое для них (клеток) из менение. Например, влияние различных (химических, биологически, физических) патогенных факторов на мышечные клетки сопровождается развитием контрактуры их миофибрилл, на нейроны - формированием ими так называемого потенциала повреждения, на эритроциты - гемолизом и выходом из них гемоглобина.

Повреждение клетки всегда сопровождается комплексом и неспецифических, стереотипных, стандартных изменений в них. Они выявляются при действии разнообразных агентов. К числу часто встречающихся неспецифических проявлений альтерации клеток относятся ацидоз, чрезмерная активация свободнорадикальных и перекисных реакций, денатурация молекул белка, повышение проницаемости клеточных мембран, дисбаланс ионов и жидкости, изменение параметров мембранного 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, в также об эффективности применяемых с целью лечения медикаментозных и немедикаментозных средств. Например, по изменению активности в плазме крови специфического для клеток миокардита МВ-изофермента креатинфосфокиназы и содержания миоглобина в сопоставлении с динамикой уровня ионов калия (выходящего из поврежденных кардиоцитов), изменений на ЭКГ, показателей сократительной функции различных участков миокарда можно судить о степени и масштабе повреждения сердца при его инфаркте.

Патология клетки

Клетка – элементарная живая система, обладающая способностью к обмену с окружающей средой. Строение клеток организма человека обеспе-чивает выполнение ими специализированной функции и «сохранение себя», т. е. поддержание клеточного пула. Органоиды клетки, обладая определенными морфологическими особенностями, обеспечивают основные проявления жизнедеятельности клетки. С ними связаны дыхание и энергетические запасы (митохондрии), синтез белков (рибосомы, гранулярная цитоплазматическая сеть), накопление и транспорт липидов и гликогена, детоксикационная функция (гладкая цитоплазматическая сеть), синтез продуктов и их секреция (пластинчатый комплекс), внутриклеточное пищеварение и защитная функция (лизосомы). Деятельность ультраструктур клетки строго координирована, причем координация в выработке специфического продукта клеткой подчинена закону «внутриклеточного конвейера». По принципу ауторегуляции он осуществляет взаимосвязь между структурными компонентами клетки и протекающими в ней процессами обмена.

Функции органоидов не строго детерминированы, так как они могут участвовать в различных внутриклеточных процессах. Более специализированы метаплазматические образования клетки, выполняющие частные функции: тонофибриллы, выполняющие опорную функцию клетки; миофибриллы, осуществляющие сокращение клетки и способствующие ее движению; микроворсинки, щеточная каемка, участвующие в процессах всасывания; десмосомы, обеспечивающие клеточные контакты, и т. д. Однако ни одна функция клетки не является результатом деятельности одного органоида или одного метаплазматического образования. Каждое функциональное проявление клетки – это результат совместной работы всех взаимосвязанных компонентов. Понятно поэтому, что структурные изменения клетки, отражающие нарушения ее функции, не могут быть поняты без учета возможных изменений каждой из ее двух основных частей – ядра и цитоплазмы, ее органелл, метаплазматических образований и включений. От нарушений элементарных структур клетки и их функций к патологии клетки как элементарной саморегулирующейся живой системе и к патологии клеточных коопераций, объединенных конечной функцией,- таков путь познания патологии клетки – структурной основы патологии человека.

Поэтому патология клетки – понятие неоднозначное. Во-первых, это патология специализированных ультраструктур клетки, она представлена не только достаточно стереотипными изменениями той или иной ультраструктуры в ответ на различные воздействия, но и настолько специфичными изменениями ультраструктур, что можно говорить о хромосомных болезнях и «болезнях» рецепторов, лизосомных, митохондриальных, пероксисомных и других «болезнях» клетки. Во-вторых, патология клетки – это изменения ее компонентов и ультраструктур в причинно-следственных связях. При этом речь идет о выявлении общих закономерностей повреждения клетки и ее реакции на повреждение. Сюда могут быть отнесены: рецепция патогенной информации клеткой и реакция на повреждение, нарушения проницаемости клеточных мембран и циркуляции внутриклеточной жидкости; нарушения метаболизма клетки, смерть клетки (некроз), клеточная дисплазия и метаплазия, гипертрофия и атрофия, патология движения клетки, ее ядра и генетического аппарата и др.

Патология клеточного ядра

Морфологически она проявляется в изменении структуры, размеров, формы и количества ядер и ядрышек, в появлении разнообразных ядерных включений и изменений ядерной оболочки. Особую форму ядерной патологии представляет патология митоза; с патологией хромосом ядра связано развитие хромосомных синдромов и хромосомных болезней.

Структура и размеры ядер

Структура и размеры ядра (речь идет об интерфазном, интермитозном, ядре) зависят в первую очередь от плоидности, в частности от содержания в ядре ДНК, и от функционального состояния ядра. Тетраплоидные ядра имеют диаметр больше, чем диплоидные, октоплоидные – больше, чем тетраплоидные.

Большая часть клеток содержит диплоидные ядра. В пролиферирующих клетках в период синтеза ДНК (S-фаза) содержание ДНК в ядре удваивается, в постмитотический период, напротив, снижается. Если после синтеза ДНК в диплоидной клетке не происходит нормального митоза, то появляются тетраплоидные ядра. Возникает полиплоидия – кратное увеличение числа наборов хромосом в ядрах клеток, или состояние плоидности от тетраплоидии и выше.

Полиплоидные клетки выявляют различными способами: по размеру ядра, по увеличенному количеству ДНК в интерфазном ядре или по увеличению числа хромосом в митотической клетке. Они встречаются в нормально функционирующих тканях человека. Увеличение числа полиплоидных ядер во многих органах отмечается в старости. Особенно ярко полиплоидия представлена при репаративной регенерации (печень), компенсаторной (регенерационной) гипертрофии (миокард), при опухолевом росте.

Другой вид изменений структуры и размеров ядра клетки встречается при анеуплоидии, под которой понимают изменения в виде неполного набора хромо-сом. Анеуплоидия связана с хромосомными мутациями. Ее проявления (гипертетраплоидные, псевдоплоидные, «приблизительно» диплоидные или триплоидные ядра) часто обнаруживаются в злокачественных опухолях.

Размеры ядер и ядерных структур независимо от плоидии определяются в значительной мере функциональным состоянием клетки. В связи с этим следует помнить, что процессы, постоянно совершающиеся в интерфазном ядре, разнонаправленны: во-первых, это репликация генетического материала в S-нериоде («полуконсервативный» синтез ДНК); во-вторых, образование РНК в процессе транскрипции, транспортировка РНК из ядра в цитоплазму через ядерные поры для осуществления специфической функции клетки и для репликации ДНК.

Функциональное состояние ядра находит отражение в характере и распределении его хроматина. В наружных отделах диплоидных ядер нормальных тканей находят конденсированный (компактный) хроматин – гетерохроматин, в остальных ее отделах – неконденсированный (рыхлый) хроматин – эухроматин. Гетеро- и эухроматин отражают различные состояния активности ядра; первый из них считается «малоактивным» или «неактивным», второй – «достаточно активным». Поскольку ядро может переходить из состояния относительно функционального покоя в состояние высокой функциональной активности и обратно, морфологическая картина распределения хроматина, представленная гетеро- и эухроматином, не может считаться статичной. Возможна «гетерохроматинизация» или «эухроматинизация» ядер, механизмы которой изучены недостаточно. Неоднозначна и трактовка характера и распределения хроматина в ядре.

Например, маргинация хроматина, т. е. расположение его под ядерной оболочкой, трактуется и как признак активности ядра, и как проявление его повреждения. Однако конденсация эухроматиновых структур (гиперхроматоз стенки ядра), отражающая инактивацию активных участков транскрипции, рассматривается как патологическое явление, как предвестник гибели клетки. К патологическим изменениям ядра относят также его дисфункциональное (токсическое) набухание, встречающееся при различных повреждениях клетки. При этом происходит изменение коллоидно-осмотического состояния ядра и цитоплазмы вследствие торможения транспорта веществ через оболочку клетки.

Форма ядер и их количество

Изменения формы ядра – существенный диагностический признак: деформация ядер цитоплазматическими включениями при дистрофических процессах, полиморфизм ядер при воспалении (гранулематоз) и опухолевом росте (клеточный атипизм).

Форма ядра может меняться также в связи с образованием множественных выпячиваний ядра в цитоплазму (рис. 3), которое обусловлено увеличением ядерной поверхности и свидетельствует о синтетической активности ядра в отношении нуклеиновых кислот и белка.

Изменения количества ядер в клетке могут быть представлены многоядерностью, появлением «спутника ядра» и безъядерностью. Многоядерность возможна при слиянии клеток. Таковы, например, гигантские многоядерные клетки инородных тел и Пирогова – Лангханса, образующиеся при слиянии эпителиоидных клеток (см. рис. 72). Но возможно образование многоядерных клеток и при нарушениях митоза – деление ядра без последующего деления цитоплазмы, что наблюдается после облучения или введения цитостатиков, а также при злокачественном росте.

«Спутниками ядра», кариомерами (маленькими ядрами), называют мелкие подобные ядру образования с соответствующей структурой и собственной оболочкой, которые расположены в цитоплазме около неизмененного ядра. Причиной их образования считают хромосомные мутации. Таковы кариомеры в клетках злокачественной опухоли при наличии большого числа фигур патологических митозов.

Безъядерность в отношении функциональной оценки клетки неоднозначна. Известны безъядерные клеточные структуры, которые являются вполне жизнеспособными (эритроциты, тромбоциты). При патологических состояниях можно наблюдать жизнеспособность частей цитоплазмы, отделенных от клетки. Но безъядерность может свидетельствовать и о гибели ядра, которая проявляется кариопикнозом, кариорексисом и кариолизисом (см. Некроз).

Структура и размеры ядрышек

Изменения ядрышек имеют существенное значение в морфофункциональной оценке состояния клетки, так как с ядрышками связаны процессы транскрипции и трансформации рибосомальной РНК (р-РНК). Размеры и структура ядрышек в большинстве случаев коррелируют с объемом клеточного белкового синтеза, выявляемого биохимическими методами. Размеры ядрышек зависят также от функции и типа клеток.

Увеличение размеров и количества ядрышек свидетельствует о повышении их функциональной активности. Вновь образованная в ядрышке рибосомальная РНК транспортируется в цитоплазму и, вероятно, через поры внутренней ядерной мембраны. Интенсивный синтез белка в таких случаях подтверждается увеличением количества рибосом эндоплазматической сети.

Гипергранулированные ядрышки с преобладанием гранул над фибриллярной субстанцией могут отражать различное функциональное состояние как ядрышек, так и клетки. Наличие таких ядрышек с хорошо выраженной лакунарной системой и резкой базофилией цитоплазмы свидетельствует как о повышенном синтезе р-РНК, так и о трансмиссии. Такие «гиперфункциональные ядрышки» встречаются в молодых плазматических клетках, активных фибробластах, гепатоцитах, во многих опухолевых клетках. Те же гипергранулированные ядрышки со слабовыраженной базофилией цитоплазмы могут отражать нарушение трансмиссии (транспортировки гранул) при продолжающемся синтезе р-РНК. Они обнаруживаются в опухолевых клетках, отличающихся большим ядром и незначительной цитоплазматической базофилией.

Разрыхление (диссоциация) ядрышек, отражающее их гипогрануляцию, может быть следствием «извержения» р-РНК в цитоплазму или торможения ядрышковой транскрипции. Дезорганизация (сегрегация) ядрышек отражает, как правило, полное и быстрое прекращение ядрышковой транскрипции: ядро уменьшается в размерах, наблюдается выраженная конденсация ядрышкового хроматина, происходит разделение гранул и протеиновых нитей. Эти изменения встречаются при энергетическом дефиците клетки.

Ядерные включения

Ядерные включения делят на три группы:

1. ядерные цитоплазматические

2. истинные ядерные

3. ядерные вирусобусловленные.

Ядерными цитоплазматическими включениями называют отграниченные оболочкой части цитоплазмы в ядре. Они могут содержать все составные части клетки (органеллы, пигмент, гликоген, капли жира и т. д.). Их появление в большинстве случаев связано с нарушением митотического деления.

Истинными ядерными включениями считают те, которые расположены внутри ядра (кариоплазмы) и соответствуют веществам, встречающимся в цитоплазме [белок, гликоген, липиды и т. д.]. В большинстве случаев эти вещества проникают из цитоплазмы в ядро через неповрежденные или поврежденные поры ядерной оболочки или через разрушенную ядерную оболочку. Возможно также проникновение этих веществ в ядро при митозе. Таковы, например, включения гликогена в ядрах печени при сахарном диабете («ядерный гликоген», «дырчатые, пустые, ядра»).

Вирусобусловленные ядерные включения (так называемые тельца ядерных включений) неоднозначны. Во-первых, это ядерные включения в кариоплазме кристаллической решетки вируса, во-вторых, включения белковых частиц, возникающих при внутриядерном размножении вируса; в-третьих, ядерные включения как проявление реакции на поражение вирусом цитоплазмы («реактивные включения»).

Ядерная оболочка

Ядерная оболочка выполняет ряд функций, нарушения которых могут служить основой для развития патологии клетки.

О роли ядерной оболочки в поддержании формы и размера ядра свидетельствует образование внутриядерных трубчатых систем, отходящих от внутренней ядерной мембраны, включений в перинуклеарной зоне [гипертрофия миокарда, легочный фиброз, системный васкулит, саркоидоз, опухоли печени, дерматомиозит].

О ядерной оболочке как месте прикрепления ДНК для облегчения репликации и транскрипции свидетельствует тот факт, что в ядерной оболочке имеются структуры, модулированные хроматином и в свою очередь ответственные за ориентацию и структуру хроматина. Показано, что функциональная активность ДНК связана с ее распределением при делении клетки и со степенью конденсации в интерфазе, причем повреждение оболочки может вызывать изменения таких участков распределения и быть причиной патологических изменений клетки.

В пользу функции ядерной оболочки как физического барьера и модулятора нуклеоцитоплазматического обмена говорит установленная корреляция между изменениями структуры ядерной оболочки, модулем ее пор и выходом РНК в цитоплазму. Контроль ядерной оболочкой транспорта РНК в цитоплазму может оказывать существенное влияние на гомеостаз клетки при патологических состояниях. Участие ядерной оболочки в синтезе мембран не имеет достоверных доказательств, хотя и считают, что эта роль возможна, так как мембраны ядерной оболочки непосредственно переходят в эндоплазматическую сеть цитоплазмы. О возможном влиянии ферментов ядерной оболочки на функцию ядра свидетельствует наличие в ядерной оболочке различных ферментов детоксикации, а. также веществ, обеспечивающих «гормон,альное управление» (аденилатциклаза, рецепторы инсулина и др.).

Патология митоза

В жизненном цикле клетки митоз занимает особое место. С его помощью осуществляется репродукция клеток, а значит, и передача их наследственных свойств. Подготовка клеток к митозу складывается из ряда последовательных процессов: репродукции ДНК, удвоения массы клетки, синтеза белковых компонентов хромосом и митотического аппарата, удвоения клеточного центра, накопления энергии для цитотомии. В процессе митотического деления, как известно, различают 4 основные фазы: профазу, метафазу, анафазу и телофазу.

При патологии митоза может страдать любая из этих фаз. Руководствуясь этим, создана классификация патологии митоза [Алов И. А., 1972], согласно которой выделяются следующие типы патологии митоза:

I. Повреждение хромосом:

1. задержка клеток в профазе;

2. нарушение спирализации и деспирализации хромосом;

3. фрагментация хромосом;

4. образование мостов между хромосомами в анафазе;

5. раннее разъединение сестринских хроматид;

6. повреждение кинетохора.

II. Повреждение митотического аппарата:

1. задержка развития митоза в метафазе;

2. рассредоточение хромосом в метафазе;

3. трехгрупповая метафаза;

4. полая метафаза;

5. многополюсные митозы;

6. асимметричные митозы;

7. моноцентрические митозы;

8. К-митозы.

III. Нарушение цитотомии:

1. преждевременная цитотомия;

2. задержка цитотомии;

3. отсутствие цитотомии.

Патологию митоза могут вызвать различные воздействия на клетку: ультрафиолетовое и ионизирующее излучение, высокая температура, химические вещества, в том числе канцерогены и митотические яды и др. Велико количество патологических митозов при малигнизации тканей.

Хромосомные аберрации и хромосомные болезни

Хромосомные аберрации.

Под хромосомными аберрациями понимают изменения структуры хромосом, вызванные их разрывами, с последующим перераспределением, утратой или удвоением генетического материала. Они отражают различные виды аномалий хромосом. У человека среди наиболее часто встречающихся хромосомных аберраций, проявляющихся развитием глубокой патологии, выделяют аномалии, касающиеся числа и структуры хромосом. Нарушения числа хромосом могут быть выражены отсутствием одной из пары гомологичных хромосом (моносомия) или появлением добавочной, третьей, хромосомы (трисомия). Общее количество хромосом в кариотипе в этих случаях отличается от модального числа и равняется 45 или 47. Полиплоидия и анеуплоидия имеют меньшее значение для развития хромосомных синдромов. К нарушениям структуры хромосом при общем нормальном их числе в кариотипе относят различные типы их «поломки»: транслокадию (обмен сегментами между двумя негомологичными хромосомами), делецию (выпадение части хромосомы), фрагментацию, кольцевые хромосомы и т. д.

Хромосомные аберрации, нарушая баланс наследственных факторов, являются причиной многообразных отклонений в строении и жизнедеятельности организма, проявляющихся в так называемых хромосомных болезнях.

Хромосомные болезни.

Их делят на связанные с аномалиями соматических хромосом (аутосом) и с аномалиями половых хромосом (телец Барра). При этом учитывают характер хромосомной аномалии – нарушение числа отдельных хромосом, числа хромосомного набора или структуры хромосом. Эти критерии позволяют выделять полные или мозаичные клинические формы хромосомных болезней.

Хромосомные болезни, обусловленные нарушениями числа отдельных хромосом (трисомиями и моносомиями), могут касаться как аутосом, так и половых хромосом.

Моносомии аутосом (любые хромосомы, кроме Х- и Y-хромосом) несовместимы с жизнью. Трисомии аутосом достаточно распространены в патологии человека. Наиболее часто они представлены синдромами Патау (13-я пара хромосом) и Эдвардса (18-я пара), а также болезнью Дауна (21-я пара). Хромосомные синдромы при трисомиях других пар аутосом встречаются значительно реже. Моносомия половой Х-хромосомы (генотип ХО) лежит в основе синдрома Шерешевского-Тернера, трисомия половых хромосом (генотип XXY) – в основе синдрома Клейнфелтера. Нарушения числа хромосом в виде тетра- или триплоидии могут быть представлены как полными, так и мозаичными формами хромосомных болезней.

Нарушения структуры хромосом дают самую большую группу хромосомных синдромов (более 700 типов), которые, однако, могут быть связаны не только с хромосомными аномалиями, но и с другими этиологическими факторами.

Для всех форм хромосомных болезней характерна множественность проявлений в виде врожденных пороков развития, причем их формирование начинается на стадии гистогенеза и продолжается в органогенезе, что объясняет сходство клинических проявлений при различных формах хромосомных болезней.

Патология цитоплазмы

Изменения мембран и патология клетки

Клеточные мембраны, как известно, состоят из бислоя фосфолипидов, по обе стороны которого располагаются разнообразные мембранные белки. На внешней поверхности мембраны белковые молекулы несут полисахаридные компоненты (гликокаликс), которые содержат многочисленные поверхностные клеточные антигены. Они играют важную роль в формировании клеточных стыков.

Изменения клеточных мембран.

Среди них различают следующие [Авцын А. П., Шахламов В. А., 1979]: чрезмерное везикулообразование («минус-мембрана»); увеличение поверхности плазмолеммы клеток мембранами микропиноцитозных пузырьков («плюс-мембрана»); усиленный микроклазматоз и клазматоз («минус-мембрана»); образование цитоплазматических отростков из плазмолеммы клетки; образование пузырей на поверхности клетки; утолщение слоев мембраны; образование микропор; образование миелиноподобных структур из плазмолеммы и мембран органелл; слияние разнородных клеточных мембран; локальные разрушения мембран – «бреши» в плазмолемме; «штопка» локально разрушенной плазмолеммы мембранами микропиноцитозных везикул.

К патологии мембран клетки могут вести нарушения мембранного транспорта, изменения проницаемости мембран, изменения коммуникации клеток и их «узнавания», изменения подвижности мембран и формы клеток, нарушения синтеза и обмена мембран.

Нарушения мембранного транспорта.

Процесс мембранного транспорта предполагает перенос ионов и других субстратов против градиента концентрации. Транспорт может быть активным, тогда он требует АТФ и «подвижности» транспортных белков в мембране, или пассивным посредством различных диффузионных и обменных процессов. Активный транспорт – это также функция эпителиальных барьеров. Нарушения мембранного транспорта, ведущие к патологии клетки, хорошо прослежены при ишемии, которая приводит к первичным изменениям митохондрий. В митохондриях резко падает эффективность окислительного фосфорилирования, они набухают, вначале увеличивается проницаемость их внутренней мембраны, в дальнейшем повреждение становится тотальным и необратимым.

Ишемическое повреждение митохондрий приводит к полому натрий-калиевого АТФ-насоса, постепенному накапливанию в клетке натрия и потере ею калия. Нарушение натрий-калиевого обмена ведет к вытеснению кальция из митохондрий. В результате в цитоплазме повышается уровень ионизированного кальция и увеличивается связывание его с кальмодулином. С повышением содержания кальций-кальмодулиновых комплексов связан ряд изменений клетки: расхождение клеточных стыков, поглощение кальция митохондриями, изменение микротрубочек и микрофиламентов, активация фосфолипаз. Эндоплазматическая сеть накапливает воду и ионы, следствием чего является расширение ее канальцев и цистерн, развитие гидропической дистрофии. Усиление гликолиза сопровождается истощением гликогена, накоплением лактата и снижением клеточного рН. С этими изменениями связано нарушение структуры хроматина и уменьшение синтеза РНК. Необратимые ишемические повреждения клетки связаны с гидролизом мембран, особенно мембранных липидов, под действием фосфолипаз. Возникают и нарушения лизосомальных мембран с высвобождением гидролаз.

Изменения проницаемости мембран.

Контроль мембранной проницаемости предполагает поддержание структуры как фосфолипидного бислоя мембраны с необходимым обменом и ресинтезом, так и соответствующих белковых каналов. Важная роль в осуществлении этого контроля принадлежит гликокаликсу и взаимодействию мембранных белков с цитоскелетом, а также гормонам, взаимодействующим с мембранными рецепторами. Изменения проницаемости могут быть тяжелыми (необратимыми) или поверхностными. Наиболее изученной моделью изменения мембранной проницаемости является повреждение тяжелыми металлами (ртуть, уран). Тяжелые металлы, взаимодействуя с сульфгидрильными группами мембранных белков, изменяют их конформацию и резко увеличивают проницаемость мембраны для натрия, калия, хлора, кальция и магния, что приводит к быстрому набуханию клеток, распаду их цитоскелета. Подобные изменения мембран отмечаются при повреждении их комплементом («болезни гиперчувствительности»). В мембранах образуются бреши, что снижает их сопротивление и резко увеличивает проницаемость.

Изменения коммуникации клеток и их «узнавания». Коммуникабельность клеток и опознавание «своих» и «чужих» – необходимое свойство клеточного кооперирования. Клеточное «общение» и «узнавание» подразумевают прежде всего различия во внешних поверхностях плазматической мембраны н мембран внутриклеточных органелл. Особый интерес в этом отношении представляет гликокаликс мембраны с поверхностными антигенами – маркерами определенного типа клеток.

Изменения клеточного «общения» и «узнавания» встречаются при тех патологических процессах (воспаление, регенерация, опухолевый рост), при которых поверхностные антигены могут изменяться, причем различия могут касаться как типа антигена, так и его «доступности» со стороцы внеклеточного пространства. Показано, что при исчезновении характерных для данного типа клеток антигенов могут появляться «эмбриональные» и аномальные (например, карциноэмбриональный) антигены; изменения гликолипидов мембраны делают ее более доступной воздействию антител.

Коммуникабельность клеток определяется также состоянием клеточных стыков, которые могут повреждаться при различных патологических процессах и болезнях. В раковых клетках, например, найдена корреляция между изменениями клеточных стыков и нарушением межклеточных связей; в опухолях обнаружены аномальные клеточные соединения.

Изменения подвижности мембран и формы клеток. Различают два типа изменений, связанных с нарушением подвижности мембран: выпячивание мембраны наружу – экзотропия и внутрь цитоплазмы – эзотропия. При экзотропии мембрана, выпячивающаяся во внеклеточное пространство, образует окруженную мембраной цитоплазматическую структуру. При эзотропии появляется окруженная мембраной полость. Изменения формы клеток связаны не только с экзо- и эзотропией, но и с упрощением клеточной поверхности (потеря малых отростков подоцитов при нефротическом синдроме).

Нарушения синтеза и обмена мембран. Возможно усиление синтеза мембран (при воздействии ряда химических веществ на клетку) или его ослабление (снижение синтеза мембран щеточной каемки энтероцитов при угнетении мембранных ферментов). В равной мере возможно усиление обмена мембран (при стимуляции аутофагоцитоза) или его ослабление (при лизосомных болезнях).

Эндоплазматическая сеть

Изменения гранулярной эндоплазматической сети и рибосом

Функции гранулярной эндоплазматической сети и рибосом сопряжены достаточно жестко, поэтому морфологические проявления их нарушений касаются, как правило, обеих органелл.

Изменения гранулярной эндоплазматической сети и рибосом могут быть представлены гиперплазией и атрофией, упрощением структуры, дезагрегацией (диссоциацией) рибосом и полисом, образованием аномальных рибосомально-пластинчатых комплексов.

Гиперплазия гранулярной эндоплазматической сети и рибосом, т. е. увеличение их количества, светооптически проявляется повышенной базофилией цитоплазмы, которая отражает объемную плотность рибосом и является показателем интенсивности белкового синтеза в клетке. Электронно-микроскопически в таких случаях можно судить о сопряжении синтеза и экскреции белка или отсутствии такого сопряжения. В интенсивно секретирующих и экскретирующих белок клетках (например, в активных фибробластах) цистерны гранулярной эндоплазматической сети расширены и содержат мало электронно-плотного материала: отмечается гиперплазия как связанных с мембранами, так и свободных рибосом, образующих полисомы; пластинчатый комплекс (комплекс Гольджи), участвующий в экскреции синтезируемого белка, хорошо развит. В интенсивно секретирующих белок клетках с нарушенной его экскрецией в гиперплазированных расширенных цистернах эндоплазматической сети с обилием рибосом и полисом накапливается хлопьевидный электронно-плотный материал, иногда происходит его кристаллизация; комплекс Гольджи в таких случаях развит плохо.

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Волгоградский государственный медицинский университет

кафедра патологической анатомии

Патология клетки

Работу выполнил:

студент 5 группы 3 курса

Смирнова А.П.

Проверил: старший преподаватель

Белик Т.А.

Волгоград 2015

Введение

2. Функции клетки

6. Адаптация клеток

Заключение

Введение

Клетка является высокоорганизованной, саморегулирующейся структурно-функциональной единицей живого организма, способной к активному обмену с окружающей ее средой. Любой патологический процесс, какой бы степенью функциональных нарушений он не проявлялся, начинается на уровне ультраструктур, то есть субклеточном уровне. Не существует ни одного повреждающего фактора, который не приводил бы к структурным изменениям. Ряд заболеваний может быть и был впервые диагностирован только на ультраструктурном уровне. Важно отметить, что самые ранние, начальные стадии патологического процесса, проявляющиеся только на уровне ультраструктур клеток, как правило, обратимы или могут быть компенсированы.

Поэтому, прежде чем приступить к изучению патологических процессов, необходимо рассмотреть типовые изменения со стороны клетки.

1. Строение эукариотической клетки

эукариотический клетка патология

В клетке человека и животных выделяют следующие основные структуры:

ядро (оболочка с ядерными порами, кариоплазма, ядрышки и перинуклеарное пространство), цитоплазма (гиалоплазма с различными органеллами и включениями) и клеточная мембрана.

Все органеллы клетки можно разделить на органеллы мембранного происхождения и немембранного.

Органеллы мембранного происхождения :

цитоплазматическая мембрана (включая десмосомы);

митохондрии: (наружная оболочка, кристы, матрикс);

аппарат Гольджи;

гладкий и гранулярный (шероховатый) эндоплазматический ретикулум;

лизосомы: первичные и вторичные: цитолизосомы и фаголизосомы, остаточные тельца (телолизосомы).

Органеллы немембранного происхождения :

свободные рибосомы и полисомы;

центросома (центриоль);

микротрубочки или макрофиламенты;

специализированные структуры или микрофиламенты (нейрофибриллы, миофибриллы - гладкие и поперечные, тонофибриллы, фибриллы промежуточных типов, микроворсинки, реснички, жгутики).

Включения: трофические, секреторные вакуоли, пиноцитозные пузырьки.

Рисунок 1

2. Функции клетки

В клетках постоянно осуществляется обмен веществ - метаболизм (от греческого metabole - изменение, преобразование), сочетающий в себе два совокупных процесса ассимиляции (биосинтеза сложных биологических молекул из простых) и диссимиляции (расщепление).

Необходимые для жизнедеятельности клетки вещества поступают из внешней среды путем эндоцитоза (от греческого endo - внутри, kytos - клетка). Выведение веществ из клетки называется экзоцитоз (от греческого эхо - снаружи, kytos - клетка).

Эти процессы, а также внутриклеточный транспорт веществ, происходят с участием биологических мембран.

Для выполнения своих функций клетки поддерживают собственный гомеостаз, осуществляют обмен веществ и энергии, реализуют генетическую информацию, передают её потомству и прямо или опосредованно (через межклеточный матрикс и жидкости) обеспечивают функции организма. Любая клетка либо функционирует в границах нормы (гомеостаз), либо приспосабливается к жизни в изменившихся условиях (адаптация), либо гибнет при превышении её адаптивных возможностей (некроз) или действии соответствующего сигнала (апоптоз). (рис.2.)

Рисунок 2

На рисунке: слева в овале - границы нормы; существенное свойство типовых патологических процессов - их обратимость, если степень повреждения выходит за пределы адаптивных возможностей, процесс становится необратимым.

* Гомеостаз (гомеокинез) - динамическое равновесие в данной клетке, с другими клетками, межклеточным матриксом и гуморальными факторами, обеспечивающее оптимальную метаболическую и информационную поддержку. Жизнь клетки в условиях гомеостаза - постоянное взаимодействие с различными сигналами и факторами.

* Адаптация - приспособление в ответ на изменения условий существования клеток (в том числе на воздействие повреждающего фактора).

* Гибель клетки - необратимое прекращение жизнедеятельности. Происходит либо вследствие генетически программированного процесса (апоптоз), либо в результате летального повреждения (некроз).

3. Основные разделы патологии клетки

Патология клетки представлена тремя основными разделами:

1) Патология клетки в целом (нарушение метаболизма, дистрофия, некроз, гипертрофия, атрофия).

2) Патология субклеточных структур и компонентов (лизосомные, хромосомные болезни, болезни «рецепторов», пероксисомные болезни).

3) Нарушение межклеточных взаимодействий и кооперации клеток.

4. Повреждение (альтерация) клетки

В основе всех патологических и многих физиологических процессов в организме лежит повреждение его структур, которое является пусковым звеном в длинной цепочке изменений, ведущих к болезни.

Виды повреждения

Первичное - обусловлено непосредственным воздействием на организм повреждающего фактора.

Вторичное - является следствием влияния первичных повреждающих воздействий на ткани и организм.

Характер повреждения зависит от: природы патогенного фактора, индивидуальных видов свойств живого организма.

Патогенный агент может вызвать повреждение на различных уровнях: молекулярном, клеточном, органном, тканевом, организменном. Одновременно с повреждением включаются защитно-компенсаторные процессы на тех же уровнях.

Повреждение клетки - это морфофункциональные, метаболические, физико-химические изменения, ведущие к нарушению жизнедеятельности клетки. Альтерация клетки выражается дистрофией, атрофией, некрозом.

Типовые формы патологии клеток: дистрофии, дисплазии, метаплазия, гипотрофия (атрофия), гипертрофия, а также некроз и патологические формы апоптоза.

Классификация повреждений:

1. По природе:

Физические (механические, температурные, лучевые)

Химические (ядовитые вещества, кислоты, щелочи, лекарства)

Биологические (вирусы, бактерии)

Психогенные (повреждения нейронов мозга и их ансамблей у человека)

2. По происхождению:

Эндогенные

Экзогенные

Эндогенные агенты (образуются и действуют внутри клетки):

Физической природы (например, избыток свободных радикалов; колебания осмотического давления);

Химические факторы (например, накопление или дефицит ионов H+, K+, Ca2+, кислорода, углекислого газа, перекисных соединений, метаболитов и др.);

Биологические агенты (например, белки, лизосомальные ферменты, метаболиты, Ig, цитотоксические факторы; дефицит или избыток гормонов, ферментов, простагландинов - Пг).

Экзогенные факторы (действуют на клетку извне):

Физические воздействия (механические, термические, лучевые, электрический ток);

Химические агенты (кислоты, щёлочи, этанол, сильные окислители);

Инфекционные факторы (вирусы, риккетсии, бактерии, эндо- и экзотоксины микроорганизмов, гельминты и др.).

5. Механизмы повреждения клеток

К наиболее важным механизмам клеточной альтерации относятся:

1.расстройства энергетического обеспечения клетки;

2.повреждение мембран и ферментов;

3.активация свободнорадикальных и перекисных процессов;

4.дисбаланс ионов и воды;

5.нарушения в геноме или экспрессии генов;

6.расстройства регуляции функций клеток.

Расстройства энергетического обеспечения клетки

Энергоснабжение клетки может расстраиваться на этапах ресинтеза, транспорта и утилизации энергии АТФ. Главная причина расстройств - гипоксия (недостаточное снабжение клеток кислородом и нарушение биологического окисления).

* Ресинтез АТФ нарушается в результате дефицита кислорода и субстратов метаболизма, снижения активности ферментов тканевого дыхания и гликолиза, а также повреждения и разрушения митохондрий (в которых осуществляются реакции цикла Кребса и сопряжённый с фосфорилированием АДФ перенос электронов к молекулярному кислороду).

* Транспорт энергии. Заключённая в макроэргических связях энергия АТФ поступает к эффекторным структурам (миофибриллы, ионные насосы и др.) с помощью АДФ-АТФ-транслоказы и КФК. При повреждении этих ферментов или мембран клеток нарушается функция эффекторных структур.

* Утилизация энергии может быть нарушена преимущественно за счёт уменьшения активности АТФаз (АТФаза миозина, Na+K+-АТФаза плазмолеммы, протонная и калиевая АТФаза, Са2+-АТФаза и др.), КФК, адениннуклеотидтрансферазы.

Повреждение мембран

Повреждение клеточных мембран происходит за счёт следующих процессов:

* Активация гидролаз. Под влиянием патогенных факторов активность мембраносвязанных, свободных (солюбилизированных) и лизосомальных липаз, фосфолипаз и протеаз может значительно увеличиться (например, при гипоксии и ацидозе). В результате фосфолипиды и белки мембран подвергаются гидролизу, что сопровождается значительным повышением проницаемости мембран.

* Расстройства репарации мембран. При воздействии повреждающих факторов репаративный синтез альтерированных или утраченных мембранных макромолекул (а также их синтез de novo) подавляется, что приводит к недостаточному восстановлению мембран.

* Нарушения конформации макромолекул (их пространственной структуры) приводит к изменениям физико-химического состояния клеточных мембран и их рецепторов, что приводит к искажениям или потере их функций.

* Разрыв мембран. Перерастяжение и разрывы мембран набухших клеток и органоидов в результате их гипергидратации (следствие значительного увеличения осмотического и онкотического давления) - важный механизм повреждения мембран и гибели клетки.

Свободнорадикальные и перекисные реакции

В норме это необходимое звено транспорта электронов, синтеза простогландинов и лейкотриенов, фагоцитоза, метаболизма катехоламинов и др. В свободнорадикальные реакции вовлекаются белки, нуклеиновые кислоты и, особенно, липиды, учитывая наличие большого их числа в мембранах клеток (свободнорадикальное перекисное окисление липидов - СПОЛ). При действии патогенных факторов генерация свободных радикалов и СПОЛ значительно возрастает, что усиливает повреждение клеток.

Этапы СПОЛ: образование активных форм кислорода - генерация свободных радикалов органических и неорганических веществ - продукция перекисей и гидроперекисей липидов.

Активные формы кислорода - ? синглетный (ј2) ? супероксидный радикал (O2-)? пероксид водорода (H2O2) ? гидроксильный радикал (OH-).

¦ Прооксиданты и антиоксиданты. Интенсивность СПОЛ регулируется соотношением активирующих (прооксидантов) его и подавляющих (антиоксидантов) факторов.

Прооксиданты - легко окисляющиеся соединения, нейтрализующие свободные радикалы (нафтохиноны, витамины A и D, восстановители - НАДФH2, НАДH2, липоевая кислота, продукты метаболизма простогландинов и катехоламинов).

Антиоксиданты - вещества, ограничивающие или даже прекращающие свободнорадикальные и перекисные реакции (ретинол, каротиноиды, рибофлавин, токоферолы, маннитол, супероксиддисмутаза, каталаза).

¦ Детергентные эффекты амфифилов. В результате активации липопероксидных реакций и гидролаз накапливаются гидроперекиси липидов, свободные жирные кислоты и фосфолипиды - амфифилы (вещества, способные фиксироваться как в гидрофобной, так и в гидрофильной зоне мембран). Это ведёт к формированию обширных амфифильных кластеров (простейшие трансмембранные каналы), микроразрывам и разрушению мембран.

Дисбаланс ионов и воды

Внутриклеточная жидкость содержит примерно 65% всей воды организма и характеризуется низкими концентрациями Na+ (10 ммоль/л), Cl- (5 ммоль/л), HCO3- (10 ммоль/л), но высокой концентрацией K+ (150 ммоль/л) и PO43- (150 ммоль/л). Низкая концентрация Na+ и высокая концентрация K+ обусловлены работой Na+,K+-АТФазы, выкачивающей Na+ из клеток в обмен на K+. Клеточный дисбаланс ионов и воды развивается вслед за расстройствами энергетического обеспечения и повреждением мембран.

К проявлениям ионного и водного дисбаланса относятся:

Изменение соотношения отдельных ионов в цитозоле;

Нарушение трансмембранного соотношения ионов;

Гипергидратация клеток;

Гипогидратация клеток;

Нарушения электрогенеза.

Изменения ионного состава обусловлены повреждениями мембранных АТФаз и дефектами мембран. Так, вследствие нарушения работы Na+,K+-АТФазы происходит накопление в цитозоле избытка Na+ и потеря клеткой K+.

Осмотическое набухание и осмотическое сморщивание клеток. Происходит по закону осмоса, жидкость стремится разбавить область с большей концентрацией, которая может находиться внутри клетки - что приведет к набуханию, или снаружи клетки - тогда вода будет стремиться из клетки в межмембранное пространство, что приведет к сморщиванию.

*Гипергидратация. Основная причина гипергидратации повреждённых клеток - повышение содержания Na+, а также органических веществ, что сопровождается увеличением в них осмотического давления и набуханием клеток. Это сочетается с растяжением и микроразрывами мембран. Такая картина наблюдается, например, при осмотическом гемолизе эритроцитов. *Гипогидратация клеток наблюдается, например, при лихорадке, гипертермии, полиурии, инфекционных заболеваниях (холере, брюшном тифе, дизентерии). Эти состояния ведут к потере организмом воды, что сопровождается выходом из клеток жидкости, а также органических и неорганических водорастворимых соединений.

Нарушения электрогенеза (изменения характеристик мембранного потенциала - МП и потенциалов действия - ПД) имеют существенное значение, поскольку они нередко являются одним из важных признаков наличия и характера повреждения клеток. Примером могут служить изменения ЭКГ при повреждении клеток миокарда, электроэнцефалограммы при патологии нейронов головного мозга, электромиограммы при изменениях в мышечных клетках.

Генетические нарушения

Изменения в геноме и экспрессии генов - существенный фактор повреждения клетки. К таким нарушениям относятся мутации, дерепрессии и репрессии генов, трансфекции, нарушения митоза.

* Мутации (так, мутация гена инсулина приводит к развитию сахарного диабета).

* Дерепрессия патогенного гена (дерепрессия онкогена сопровождается трансформацией нормальной клетки в опухолевую).

* Репрессия жизненно важного гена (подавление экспрессии гена фенилаланин 4-монооксигеназы обусловливает гиперфенилаланинемию и развитие олигофрении).

* Трансфекция (внедрение в геном чужеродной ДНК). Например, трансфекция ДНК вируса иммунодефицита приводит к возникновению СПИДа.

* Нарушения митоза (так, деление ядер эритрокариоцитов без деления цитоплазмы наблюдается при мегалобластных анемиях) и мейоза (нарушение расхождения половых хромосом ведёт к формированию хромосомных болезней).

Нарушение регуляции функций клеток.

К механизмам расстройства жизнедеятельности клеток относят: искажение регуляторного сигнала, изменение метаболических процессов в клетке, расстройства на уровне «мессенжеров».

6. Адаптация клеток

Механизмы адаптации клеток к повреждению.

Комплекс адаптивных реакций клеток подразделяют на внутриклеточные и межклеточные.

Внутриклеточные адаптивные механизмы

Внутриклеточные механизмы адаптации реализуются в самих повреждённых клетках. К этим механизмам относят:

1.компенсацию нарушений энергетического обеспечения клетки;

2.защиту мембран и ферментов клетки;

3.уменьшение или устранение дисбаланса ионов и воды в клетке;

4устранение дефектов реализации генетической программы клетки;

5.компенсацию расстройств регуляции внутриклеточных процессов;

6.снижение функциональной активности клеток;

7.действие белков теплового шока;

8.регенерацию;

9.гипертрофию;

10.гиперплазию.

* Компенсация энергетических нарушений обеспечивается активацией процессов ресинтеза и транспорта АТФ, снижением интенсивности функционирования клеток и пластических процессов в них.

* Устранение дисбаланса ионов и воды в клетке осуществляется путём активации буферных и транспортных клеточных систем.

* Ликвидация генетических дефектов достигается путём репарации ДНК, устранения изменённых фрагментов ДНК, нормализации транскрипции и трансляции.

* Компенсация расстройств регуляции внутриклеточных процессов заключается в изменении числа рецепторов, их чувствительности к лигандам, нормализации систем посредников.

* Снижение функциональной активности клеток позволяет сэкономить и перераспределить ресурсы и, тем самым, увеличить возможности компенсации изменений, вызванных повреждающим фактором. В результате степень и масштаб повреждения клеток при действии патогенного фактора снижаются, а после прекращения его действия отмечается более интенсивное и полное восстановление клеточных структур и их функций.

* Белки теплового шока (HSP, от Heat Shock Proteins; белки стресса) интенсивно синтезируются при воздействии на клетки повреждающих факторов. Эти белки способны защитить клетку от повреждений и предотвратить её гибель. Наиболее распространены HSP с молекулярной массой 70 000 (hsp70) и 90 000 (hsp90). Механизм действия этих белков многообразен и заключается в регуляции процессов сборки и конформации других белков.

Межклеточные адаптивные механизмы

Межклеточные (системные) механизмы адаптации реализуются неповреждёнными клетками в процессе их взаимодействия с повреждёнными:

1.обмен метаболитами, местными цитокинами и ионами;

2. реализация реакций системы ИБН (иммунобиологического надзора);

3.изменения лимфо- и кровообращения;

4.эндокринные влияния;

5.нервные воздействия.

7. Повышение устойчивости клеток к повреждению

Мероприятия и средства, повышающие устойчивость интактных клеток к действию патогенных факторов и стимулирующие адаптивные механизмы при повреждении клеток, подразделяют:

по целевому назначению на лечебные и профилактические;

по природе на медикаментозные, немедикаментозные и комбинированные;

по направленности на этиотропные, патогенетические и саногенетические.

Заключение

Патология клетки - очень сложный процесс преобразования клеточный ультраструктур. Она представлена не только достаточно стереотипными изменениями той или иной ультраструктуры в ответ на различные воздействия, но и настолько специфичными изменениями, что можно говорить о хромосомных болезнях и «болезнях» рецепторов, лизосомных, митохондриальных, пероксисомных и других «болезнях» клетки. К тому же, патология клетки - это изменения ее компонентов и ультраструктур в причинно-следственных связях, изменение влечет за собой другое изменение, не бывает абсолютно изолированных повреждений, которые можно было бы также изолированно исправить.

Именно изучение типовых и специфических изменений на уровне клетки является основой для последующего подробного и широкого знания предмета патологической анатомии.

Список используемой литературы

1. Патофизиология. Учебник. Литвицкий П.Ф. 4-е издание, 2009 г.

2. Патологическая анатомия. Учебник. Струков А.И., Серов В.В.

5-е издание, 2010г.

3. Общая патологическая анатомия. Учебное пособие. Зайратьянц О.В., 2007 г.

4. Патологическая анатомия. Учебник. Пальцев М.А., Аничков М.Н., 2001 г.

Размещено на Allbest.ru

...

Подобные документы

Элементарная генетическая и структурно-функциональная биологическая система. Клеточная теория. Типы клеточной организации. Особенности строения прокариотической клетки. Принципы организации эукариотической клетки. Наследственный аппарат клеток.

контрольная работа , добавлен 22.12.2014


История и основные этапы исследования клетки, ее структуры и компонентов. Содержание и значение клеточной теории, выдающиеся ученые, внесшие свой вклад в ее разработку. Симбиотическая теория (хлоропласты и митохондрии). Зарождения эукариотической клетки.

презентация , добавлен 20.04.2016


Ядро эукариотической клетки. Клетки, имеющие более двух наборов хромосом. Процесс деления у эукариот. Объединенные пары гомологичных хромосом. Онтогенез растительной клетки. Процесс разъединения клеток в результате разрушения срединной пластинки.

реферат , добавлен 28.01.2011


Виды повреждения клетки. Стадии хронического повреждения клетки. Виды гибели клетки. Некроз и апоптоз. Патогенез повреждения клеточных мембран. Высокоспециализированные клетки с высоким уровнем внутриклеточной регенерации. Состояния соединительной ткани.

презентация , добавлен 03.11.2013


История изучения клетки. Открытие и основные положения клеточной теории. Основные положения теории Шванна-Шлейдена. Методы изучения клетки. Прокариоты и эукариоты, их сравнительная характеристика. Принцип компартментации и поверхность клетки.

презентация , добавлен 10.09.2015


Изучение клеточной теории строения организмов, основного способа деления клеток, обмена веществ и преобразования энергии. Анализ признаков живых организмов, автотрофного и гетеротрофного питания. Исследование неорганических и органических веществ клетки.

реферат , добавлен 14.05.2011


Изобретение Захарием Янсеном примитивного микроскопа. Исследование срезов растительных и животных тканей Робертом Гуком. Обнаружение Карлом Максимовичем Бэром яйцеклетки млекопитающих. Создание клеточной теории. Процесс деления клетки. Роль ядра клетки.

презентация , добавлен 28.11.2013


Место цитологии среди других дисциплин. Исследование положений современной клеточной теории. Реакция клетки на повреждающее действие. Характеристика основных механизмов повреждения клетки. Анализ традиционных точек зрения на причины развития старения.

презентация , добавлен 28.02.2014


Авторы создания клеточной теории. Особенности архей и цианобактерий. Филогения живых организмов. Строение эукариотической клетки. Подвижность и текучесть мембран. Функции аппарата Гольджи. Симбиотическая теория происхождения полуавтономных органелл.

презентация , добавлен 14.04.2014


Клетка как элементарная живая система, обладающая способностью к обмену с окружающей средой, закономерности ее жизнедеятельности, внутренняя структура и элементы. Существующие патологии в процессе развития клетки на различных его этапах данного.

Ситуационные задачи

по дисциплине «Биология с экологией»
для самоподготовки студентов первого курса

специальность 060101– Лечебное дело

специальность 060103 – Педиатрия

специальность 060105 - Стоматология

1. Ситуационные задачи по теме «Биология клетки»
1. Постоянный препарат изучен на малом увеличении, однако при переводе на большое увеличение объект не виден, даже при коррекции макро- и микрометрическим винтами и достаточном освещении. Необходимо определить , с чем это может быть связано?

Ответ : Причина может быть связана с тем, что препарат помещен на предметный столик неправильно: покровным стеклом вниз, а при работе на большом увеличении толщина предметного стекла не позволяет добиться точной наводки на фокус.

2. Препарат помещен на предметный столик микроскопа, имеющего в основании лапки штатива зеркало. В аудитории слабый искусственный свет. Объект хорошо виден на малом увеличении, однако при попытке его рассмотреть при увеличении объектива х40, в поле зрения объект не просматривается, видно темное пятно. Необходимо определить, с чем это может быть связано?

Ответ : Причин может быть несколько: 1 – для исследования использована плоская сторона зеркала, а комната недостаточно ярко освещена, поэтому объект при большом увеличении недостаточно освещен и не виден в поле зрения; 2 – возможно, движение револьвера было недостаточным, не доведен до щелчка, поэтому объектив не находится против объекта исследования ; 3 – посмотреть как помещен на предметный столик препарат, возможно, он помещен покровным стеклом вниз.

3. Исследуемый препарат оказался поврежден: разбито предметное и покровное стекла. Объясните, как это могло произойти?

Ответ : Причина - неправильное обращение с макрометрическим винтом. Он опускает объектив к препарату. При работе с ним необходимо смотреть не в окуляр, а сбоку, контролируя расстояние от объектива к препарату, которое составляет в среднем 0,5см.

4. Общее увеличение микроскопа составляет при работе в одном случае - 280, а в другом - 900. Объясните, какие использованы объективы и окуляры в первом и во втором случаях и, какие объекты они позволяют изучать?

Ответ: В первом случае используется окуляр х7, а объектив х40, при данном увеличении можно рассмотреть крупные микрообъекты (н-р, клетки кожицы лука, клетки крови лягушки, перекрест волос); во втором случае используется окуляр х10, а объектив х90, при данном увеличении можно рассмотреть самые мелкие микрообъекты, используя при этом иммерсионное масло (органоиды клеток, колонии бактерий, мелкие клетки простейших, клетки крови человека).

5. Как надо расположить препарат, чтобы увидеть объект в нужном виде?

Ответ: Препарат необходимо расположить на предметный столик покровным стеклом вверх, объект должен располагаться в центре отверстия предметного столика, с учетом того, что изображение в микроскопе получаем обратное.

6. При ряде врожденных лизосомных «болезнях накопления» в клетках накапливается значительное количество вакуолей, содержащих нерасщепленные вещества. Например, при болезни Помпе происходит накопление гликогена в лизосомах. Объясните с чем связано данное явление, исходя из функциональной роли данного органоида клеток.

Ответ: Лизосомы в клетке участвуют в процессах внутриклеточного переваривания, они содержат около 40 гидролитических ферментов: протеазы, нуклеазы, гликозидазы, фосфорилазы и др. В данном случае в наборе ферментов отсутствует фермент кислой а-гликозидазы, участвующий в функционировании лизосом.

7. При патологических процессах обычно в клетках значительно увеличивается количество лизосом. На основании этого возникло представление , что лизосомы могут играть активную роль при гибели клеток. Однако известно, что при разрыве мембраны лизосом, выходящие гидролазы теряют свою активность, так как в цитоплазме слабощелочная среда. Объясните, какую роль играют лизосомы в данном случае, исходя из функциональной роли этого органоида в клетке.

Ответ: Одной из функций лизосом является автолиз или аутофагия. В настоящее время склонны считать, что процесс аутофагоцитоза связан с отбором и уничтожением измененных, «сломанных» клеточных компонентов. В данном случае лизосомы выполняют роль внутриклеточных чистильщиков, контролирующих дефектные структуры. В конкретном случае накопление лизосом и связано с выполнением ферментами этой функции - автолиз погибших клеток.

8. Объясните какие последствия могут ожидать животную клетку, у которой в клеточном центре отсутствуют одна центриоль и лучистая сфера (астросфера).

Центросомы обязательны для клеток животных, они принимают участие в формировании веретена деления и располагаются на полюсах, в неделящихся клетках определяют полярность клеток. При отсутствии данного органоида такая клетка не способна к пролиферации.

9. Обычно, если клеточная патология связана с отсутствием в клетках печени и почек пероксисом, то организм с таким заболеванием нежизнеспособен. Дайте объяснение этому факту, исходя из функциональной роли этого органоида в клетке.

Ответ: Микротельца или пероксисомы играют важную роль в метаболизме перекиси водорода, которая является сильнейшим внутриклеточным ядом и разрушает клеточные мембраны. В пероксисомах печени фермент каталаза составляет до 40% всех белков и выполняет защитную функцию. Вероятно, отсутствие данных ферментов, приводит к необратимым изменениям на уровне функционирования клеток, тканей и органов.

10. Объясните, почему у зимних спящих сурков и зимующих летучих мышей число митохондрий в клетках сердечной мышцы резко снижено.

Ответ: Количество митохондрий в клетках сердечной мышцы зависит от функциональной нагрузки на сердце и расхода энергии , которая вырабатывается и накапливается в макроэргических связях АТВ в «энергетических станциях» клеток, которыми являются митохондрии. В период спячки в организме животных процессы метаболизма замедленны и нагрузка на сердце минимальная.

11. Известно, что у позвоночных животных кровь красная, а у некоторых беспозвоночных (головоногих моллюсков) голубая. Объясните с присутствием, каких микроэлементов связан определенный цвет крови у этих животных?

Ответ: Кровь этих животных голубая т.к. в ее состав входит гемоцианин, содержащий медь (Си).

12. Зерна пшеницы и семена подсолнечника богаты органическими веществами. Объясните, почему качество муки связано с содержанием клейковины в ней, какие органические вещества находятся в клейковине пшеничной муки. Какие органические вещества находятся в семенах подсолнечника?

Ответ: Клейковина – это та часть муки, в которой содержится белковый компонент, благодаря которому качество муки ценится выше. В семенах подсолнечника наряду с белками и углеводами в значительном количестве находятся растительные жиры.

13. Восковидные липофусцинозы нейронов могут проявляться в разном возрасте (детском, юношеском и зрелом), относятся к истинным болезням накопления, связанным с нарушением функций органоидов мембранного строения, содержащих большое количество гидролитических ферментов. Симптоматика включает признаки поражения центральной нервной системы с атрофией головного мозга, присоединяются судорожные припадки. Диагноз ставится при электронной микроскопии - в этих органоидах клеток очень многих тканей обнаруживаются патологические включения. Объясните, в каком органоиде в клетках нарушена функция?

Ответ: у людей с данной патологией нарушена функция лизосом , возможно, какие-то ферменты отсутствуют или не включаются, поэтому в лизосомах обнаруживаются недорасщепленные структуры.

14. У больного выявлена редкая болезни накопления гликопротеинов, связанная с недостаточностью гидролаз, расщепляющих полисахаридные связи эти аномалии характеризуются неврологическими нарушениями и разнообразными соматическими проявлениями. Фукозидоз и маннозидоз чаще всего приводят к смерти в детском возрасте, тогда как аспартилглюкозаминурия проявляется как болезнь накопления с поздним началом, выраженной психической отсталостью и более продолжительным течением.

Объясните, в каком органоиде в клетках нарушена функция?

Ответ: у людей с данной патологией нарушена функция лизосом, отсутствуют ферменты, расщепляющие гликопротеины, поэтому в лизосомах обнаруживаются недорасщепленные структуры.

15. Выявлено наследственное заболевание , связанное с дефектами в функционирования органоида клетки приводящее к нарушениям энергетических функций в клетках - нарушению тканевого дыхания, синтеза специфических белков. Данное заболевание передается только по материнской линии к детям обеих полов . Объясните, в каком органоиде произошли изменения. Ответ обоснуйте.

Ответ: произошел дефект митохондриальной ДНК, идет неправильное считывание информации, нарушается синтез специфических белков, проявляются дефекты в различных звеньях цикла Кребса , в дыхательной цепи , что привело к развитию редкого митохондриального заболевания.

16. Ядро яйцеклетки и ядро сперматозоида имеет равное количество хромосом, но у яйцеклетки объём цитоплазмы и количество цитоплазматических органоидов больше, чем у сперматозоида. Одинаково ли содержание в этих клетках ДНК?

Ответ: У яйцеклетки содержание ДНК больше, за счёт наличия митохондриальный ДНК.

17. Гены, которые должны были включиться в работу в периоде G 2 , остались неактивными. Отразится ли это на ходе митоза?

Ответ: В период G 2 синтезируются белки, необходимые для образования нитей веретена деления. При их отсутствии расхождение хроматид в анафазу митоза нарушится или вообще не произойдёт.

18. В митоз вступила двуядерная клетка с диплоидными ядрами (2n=46). Какое количество наследственного материала будет иметь клетка в метафазе при формировании единого веретена деления, а также дочерние ядра по окончании митоза?

Ответ: В каждом из двух ядер, вступивших в митоз, хромосомы диплоидного набора уже содержат удвоенное количество генетического материала. Объем генетической информации в каждом ядре - 2 n 4с. В метафазе при формировании единого веретена деления эти наборы объединятся, и объем генетической информации составит, следовательно - 4 n 8с (тетраплоидный набор самоудвоенных или реплицированных хромосом).

В анафазе митоза этой клетки к полюсам дочерних клеток разойдутся хроматиды. По окончании митоза ядра дочерних клеток будут содержать объем генетической информации = 4n4с.

19. После оплодотворения образовалась зигота 46,ХХ, из которой должен сформироваться женский организм. Однако в ходе первого митотического деления (дробления) этой зиготы на два бластомера сестринские хроматиды одной из Х-хромосом , отделившись друг от друга, не разошлись по 2-м полюсам, а обе отошли к одному полюсу.

Расхождение хроматид другой Х-хромосомы произошло нормально. Все последующие митотические деления клеток в ходе эмбриогенеза протекали без нарушений механизма митоза, не внося дополнительных изменений, но и не исправляя изменённые наборы хромосом.

Каким будет хромосомный набор клеток индивида, развившегося из этой зиготы? Предположите, какими могут быть фенотипические особенности этого организма?

Ответ: Набор неполовых хромосом (аутосом) в обоих бластомерах будет нормальным и представлен диплоидным числом = 44 несамоудвоенных (нереплицированных) хромосом – бывших хроматид метафазных хромосом зиготы.

В результате клетки организма, развившегося из этой зиготы, будут иметь разный набор хромосом, то есть будет иметь место мозаицизм кариотипа: 45,Х / 47,ХХХ примерно в равных пропорциях.

Фенотипически это женщины, у которых наблюдаются признаки синдрома Шерешевского-Тернера с неярким клиническим проявлением.

20. После оплодотворения образовалась зигота 46,ХY, из которой должен сформироваться мужской организм. Однако в ходе первого митотического деления (дробления) этой зиготы на два бластомера сестринские хроматиды Y-хромосомы не разделились и вся эта самоудвоенная (реплицированная) метафазная хромосома отошла к одному из полюсов дочерних клеток (бластомеров).

Расхождение хроматид Х-хромосомы произошло нормально. Все последующие митотические деления клеток в ходе эмбриогенеза протекали без нарушений механизма митоза, не внося дополнительных изменений, но и не исправляя изменённые наборы хромосом.

Каким будет хромосомный набор клеток индивида, развившегося из этой зиготы? Предположите, какой фенотип может иметь этот индивид?

Ответ: Мозаицизм кариотипа: 45,Х / 46,ХY (сокращенно – Х0/ХY) примерно в равных пропорциях. Фенотипические варианты при этом типе мозаицизма - 45,Х / 46,ХY разнообразны. Такой индивид внешне может быть как мужского, так и женского пола. Описаны случаи гермафродитизма у лиц с мозаицизмом 45,Х / 46,ХY, когда внешне организм был женского пола, но с правой стороны обнаруживалось яичко (семенник), над влагалищем – половой член и уретральное отверстие.
Задачи для самоконтроля

1. Постоянный препарат изучен на малом увеличении, однако при переводе на большое увеличение объект не виден, даже при коррекции макро- и микрометрическим винтами и достаточном освещении. Необходимо определить, с чем это может быть связано?

2. Препарат помещен на предметный столик микроскопа, имеющего в основании лапки штатива зеркало. В аудитории слабый искусственный свет. Объект хорошо виден на малом увеличении, однако при попытке его рассмотреть при увеличении объектива х40, в поле зрения объект не просматривается, видно темное пятно. Необходимо определить, с чем это может быть связано?

3. Исследуемый препарат оказался поврежден: разбито предметное и покровное стекла. Объясните, как это могло произойти?

4. Общее увеличение микроскопа составляет при работе в одном случае - 280, а в другом - 900. Объясните, какие использованы объективы и окуляры в первом и во втором случаях и, какие объекты они позволяют изучать?

5. Вам выдан постоянный препарат для исследования объекта при большом увеличении микроскопа. Как надо расположить препарат, чтобы увидеть объект при большом увеличении? Объясните, почему неправильные манипуляции с препаратом можно обнаружить только при большом увеличении.

6. Объясните, какие перспективы могут ожидать клетку эпителиальной ткани, у которой нет центриолей?

7. В диплоидной клетке произошла 7-кратная эндоредупликация.

Какое количество наследственного материала она имеет?

8. Одним из фундаментальных первоначальных выводов классической генетики является представление о равенстве мужского и женского пола в передаче потомству наследственной информации. Подтверждается ли этот вывод при сравнительном анализе всего объема наследственной информации, вносимого в зиготу сперматозоидом и яйцеклеткой?

9. После выхода клетки из митоза произошла мутация гена, несущего программу для синтеза фермента геликазы.

Как это событие отразится на митотическом цикле клетки?

1 0. После оплодотворения образовалась зигота 46,ХХ, из которой должен сформироваться женский организм. Однако в ходе первого митотического деления (дробления) этой зиготы на два бластомера одна из двух Х-хромосом не разделилась на две хроматиды и в анафазе целиком отошла к полюсу. Поведение второй Х-хромосомы прошло без отклонений от нормы. Все последующие митотические деления клеток в ходе эмбриогенеза протекали также без нарушений механизма митоза

Каким будет хромосомный набор клеток индивида, развившегося из этой зиготы и (предположительно) фенотипические особенности этого организма?

11. Общеизвестно, что однояйцовые (монозиготные) близнецы являются генетически идентичными. По фенотипу они, при нормальном ходе цитологических процессов их формирования и развития в одних и тех же условиях среды, похожи друг на друга «как две капли воды».

Могут ли монозиготные близнецы быть разного пола – мальчиком и девочкой? Если не могут, то почему? А если могут, то в результате, каких нарушений в митотическом цикле делящейся зиготы?

2. Ситуационные задачи по теме «Молекулярные основы наследственности и изменчивости»
Геном – общие вопросы

1. Объясните причину ситуации, при которой ген эукариотической клетки, занимающий участок ДНК размером в 2400 пар нуклеотидов, кодирует полипептид, состоящий из 180 аминокислотных остатков.

Ответ: Для кодирования 180 аминокислотных остатков достаточно 540 нуклеотидов (180 триплетов) матричной цепи ДНК. Плюс столько же – кодирующая цепь. Итого – 1080 нуклеотидов или 540 пар нуклеотидов.

2. При анализе нуклеотидного состава ДНК бактериофага М 13 было обнаружено следующее количественное соотношение азотистых оснований: А-23%, Г-21%, Т-36%, Ц-20%. Как можно объяснить причину того, что в этом случае не соблюдается принцип эквивалентности, установленный Чаргаффом?

Ответ: Причина в том, что бактериофаг М13 (как и большинство фагов) содержит одноцепочечную ДНК.

Репликация ДНК

3. Ферменты, осуществляющие репликацию ДНК, движутся со скоростью 0,6 мкм в 1 мин. Сколько времени понадобится для удвоения ДНК в хромосоме, имеющей 500 репликонов, если длина каждого репликона 60 мкм?

Ответ: Общая длина всех репликонов - 500х60= 30000мкм. Согласно гипотетически предложенной в задаче ситуации при движении одной ферментной системы со скоростью 0,6 мкм в 1 мин. потребуется 50000 минут, или 833,3 часа (34,7 суток). Реально репликацию одновременно осуществляет несколько ферментных систем, действующих навстречу друг другу, в результате чего время удвоения всей ДНК в хромосоме значительно сокращается.