L'azione dei fattori patogeni su una cellula è accompagnata dall'attivazione (o attivazione) di varie reazioni e processi volti ad eliminare o ridurre il grado di danno e le sue conseguenze, oltre a garantire la resistenza cellulare al danno. La totalità di queste reazioni garantisce l'adattamento (adattamento) della cellula alle mutate condizioni della sua attività vitale.
Il complesso delle reazioni adattative delle cellule è condizionatamente suddiviso in intracellulare e intercellulare (Fig. 5– 21 ).
21 Meccanismi di adattamento cellulare in caso di suo danno»
Riso.5–21 .Meccanismi di adattamento cellulare in caso di danno.
Meccanismi adattativi intracellulari
I meccanismi adattativi intracellulari includono le seguenti reazioni e processi.
Tabella di disposizione Y
Compensazione per interruzioni di corrente
I meccanismi di compensazione dei disturbi nell'approvvigionamento energetico della cellula sono mostrati in Fig. 1. 5- 22 .
LAYOUT inserire il file "PF Fig 05 22 Meccanismi di compensazione per violazioni dell'approvvigionamento energetico della cellula "
Riso.5–22 .Meccanismi di compensazione dei disturbi nell'approvvigionamento energetico della cellula in caso di suo danneggiamento.
Quando una cellula è danneggiata, di norma, i mitocondri vengono danneggiati in misura maggiore o minore e la risintesi di ATP diminuisce nel processo di respirazione dei tessuti. Questi cambiamenti servono come segnale per l'attivazione di meccanismi compensatori: - aumento della produzione di ATP nel sistema della glicolisi; - aumento dell'attività degli enzimi coinvolti nei processi di ossidazione e fosforilazione (con un grado di danno cellulare debole o moderato); – attivazione degli enzimi di trasporto energetico dell'ATP (adenina nucleotide transferasi, CPK); – aumentare l’efficienza degli enzimi di utilizzo dell’energia ATP (ATPasi); - restrizioni sull'attività funzionale della cellula; - ridurre l'intensità dei processi plastici nella cellula.
Protezione delle membrane e degli enzimi
La protezione delle membrane cellulari e degli enzimi è effettuata da quelli mostrati in Fig. 5- 23 meccanismi.
LAYOUT inserire il file "PF Fig 05 23 Meccanismi di protezione delle membrane e degli enzimi cellulari»
Riso.5–23 .Meccanismi di protezione delle membrane cellulari e degli enzimi in caso di danno cellulare.
AOZ - fattori di protezione antiossidante.
Gli enzimi di difesa antiossidanti (SOD, che inattiva i radicali O 2; catalasi e glutatione perossidasi, che scompongono rispettivamente H 2 O 2 e lipidi) riducono gli effetti patogeni delle reazioni dei radicali liberi e del perossido; l'attivazione dei sistemi tampone cellulari porta ad una diminuzione dell'acidosi intracellulare (una conseguenza dell'acidosi è l'eccessiva attività idrolitica degli enzimi lisosomiali); l'aumento dell'attività degli enzimi microsomiali (in particolare degli enzimi del reticolo endoplasmatico) migliora la trasformazione fisico-chimica degli agenti patogeni attraverso la loro ossidazione, riduzione, demetilazione, ecc.; la derepressione genetica determina l'attivazione della sintesi dei componenti della membrana (proteine, lipidi, carboidrati) per sostituire quelli danneggiati o persi.
Eliminazione/riduzione del grado di squilibrio tra ioni e liquido
I meccanismi per ridurre la gravità o eliminare lo squilibrio di ioni e acqua nella cellula sono mostrati in fig. 5- 24 .
DISPOSIZIONE EG Figura 5– 24 troppo largo, il testo dovrebbe essere ridisposto. Ho chiesto a Sergej Ivanovic.
LAYOUT inserire il file "PF Fig 05 24 Meccanismi per ridurre il grado di squilibrio ionico»
Riso.5–24 .Meccanismi per ridurre (eliminare) lo squilibrio di ioni e acqua nella cellula quando è danneggiata.
Una significativa riduzione del grado di disturbi dello scambio di fluidi e ioni è fornita da: - attivazione dei processi di approvvigionamento energetico delle pompe ioniche; – aumento dell’attività degli enzimi coinvolti nel trasporto degli ioni; - un cambiamento nell'intensità e nella natura del metabolismo (ad esempio, un aumento della glicolisi è accompagnato dal rilascio di K + , il cui contenuto nelle cellule danneggiate è ridotto a causa dell'aumento della permeabilità delle loro membrane); – normalizzazione dei sistemi tampone intracellulari (ad esempio, l’attivazione di carbonato, fosfato, tamponi proteici aiuta a ripristinare il rapporto ottimale nel citosol e nella distribuzione transmembrana di K + , Na + , Ca 2+ e altri, in particolare, riducendo [H + ] nella cella). È stato dimostrato che una diminuzione del grado di squilibrio ionico, a sua volta, può essere accompagnata da una normalizzazione del contenuto e della circolazione del fluido intracellulare, del volume delle cellule e dei loro organelli.
Una cellula è un'unità strutturale e funzionale di tessuti e organi. In esso hanno luogo i processi alla base dell'apporto energetico e plastico delle strutture e delle funzioni dei tessuti.
Possono causare vari fattori patogeni che agiscono sulla cellula danno. Per danno cellulare si intendono tali cambiamenti nella sua struttura, metabolismo, proprietà fisico-chimiche e funzioni che portano all'interruzione dell'attività vitale.
Spesso il processo di danneggiamento viene indicato con il termine alterazione, che non è del tutto esatto, poiché alteratio viene tradotto con cambiamento, deviazione, ed è quindi un concetto più ampio. Tuttavia, nella letteratura medica, questi termini sono solitamente usati come sinonimi.
^ CAUSE DI DANNO CELLULARE
Il danno cellulare può essere il risultato di molti fattori patogeni che agiscono su di esso. Sono condizionatamente divisi in tre gruppi principali: fisico, chimico e biologico.
Tra i fattori natura fisica Le cause più comuni di danno cellulare sono:
influenze meccaniche. Causano una violazione della struttura della membrana plasmatica e delle membrane delle formazioni subcellulari;
fluttuazioni di temperatura. Una temperatura elevata dell'ambiente in cui si trova la cellula, fino a 45-50°C o più, può portare alla denaturazione delle proteine, degli acidi nucleici, alla decomposizione dei complessi lipoproteici, all'aumento della permeabilità delle membrane cellulari e ad altri cambiamenti. Una significativa diminuzione della temperatura può causare un rallentamento significativo o una cessazione irreversibile dei processi metabolici nella cellula, cristallizzazione del fluido intracellulare e rottura delle membrane;
cambiamenti nella pressione osmotica nella cellula, in particolare, a causa dell'accumulo in essa di prodotti di ossidazione incompleta di substrati organici, nonché di un eccesso di ioni. Quest'ultimo, di regola, è accompagnato da un flusso di fluido nella cellula lungo il gradiente di pressione osmotica, dal suo gonfiore e stiramento (fino alla rottura) delle sue membrane plasmolemma e organelli. Una diminuzione della pressione osmotica intracellulare o un suo aumento nell'ambiente extracellulare porta alla perdita del fluido cellulare, al suo increspamento (picnosi) e spesso alla morte;
esposizione alle radiazioni ionizzanti, che provocano la formazione di radicali liberi e l'attivazione di processi di radicali liberi perossidici, i cui prodotti danneggiano le membrane e denaturano gli enzimi cellulari. Anche fattori gravitazionali, elettromagnetici e altri di natura fisica possono avere un effetto patogeno su una cellula.
È importante che il danno cellulare possa essere causato sia dall'eccesso che dalla carenza dello stesso fattore. Ad esempio, un contenuto in eccesso di ossigeno nei tessuti attiva il processo di perossidazione dei radicali liberi dei lipidi (PSOL), i cui prodotti danneggiano gli enzimi e le membrane cellulari. D'altra parte, una diminuzione del contenuto di ossigeno provoca una violazione dei processi ossidativi, una diminuzione della formazione di ATP e, di conseguenza, una rottura delle funzioni cellulari.
Il danno cellulare è spesso causato da fattori di processi immunitari e allergici. Possono essere causati, in particolare, dalla somiglianza degli antigeni, ad esempio, dei microbi e delle cellule del corpo.
Il danno può anche derivare dalla formazione di anticorpi o linfociti T che agiscono contro le cellule inalterate del corpo a causa di mutazioni nell'emone dei linfociti B o T del sistema immunitario.
Un ruolo importante nel mantenimento dei processi metabolici nella cellula è svolto dalle sostanze che vi entrano dalle terminazioni dei neuroni, in particolare neurotrasmettitori, trofogeni e neuropeptidi. Una diminuzione o la cessazione del loro trasporto è la causa di disordini metabolici nelle cellule, di interruzione della loro attività vitale e dello sviluppo di condizioni patologiche chiamate neurodistrofie.
Oltre a questi fattori, il danno cellulare è spesso dovuto ad un aumento significativo della funzionalità di organi e tessuti. Ad esempio, con uno sforzo fisico eccessivo prolungato, l'insufficienza cardiaca può svilupparsi a causa dell'interruzione dell'attività vitale dei cardiomiociti.
Il danno cellulare può derivare non solo da fattori patogeni, ma anche da processi geneticamente programmati. Un esempio è la morte dell'epidermide, dell'epitelio intestinale, degli eritrociti e di altre cellule a causa del loro processo di invecchiamento. I meccanismi di invecchiamento e morte cellulare comprendono un graduale cambiamento irreversibile nella struttura delle membrane, degli enzimi, degli acidi nucleici, l'esaurimento dei substrati delle reazioni metaboliche e una diminuzione della resistenza cellulare alle influenze patogene.
Per origine, tutti i fattori causali del danno cellulare sono suddivisi in: 1) esogeni ed endogeni; 2) genesi infettiva e non infettiva.
Viene effettuata l'azione dei fattori dannosi sulla cellula direttamente O indirettamente. In quest'ultimo caso stiamo parlando della formazione di una catena di reazioni secondarie, della formazione di sostanze - mediatori che implementano un effetto dannoso. L'azione di un agente dannoso può essere mediata attraverso: - cambiamenti negli effetti nervosi o endocrini sulle cellule (ad esempio durante lo stress, lo shock); - disturbi della circolazione sistemica (con insufficienza cardiaca); - deviazione dei parametri fisico-chimici (in condizioni accompagnate da acidosi, alcalosi, formazione di radicali liberi, prodotti PSOL, squilibrio di ioni e liquidi); - reazioni immuno-allergiche nelle malattie autoallergiche; - formazione di eccesso o carenza di sostanze biologicamente attive (istamina, chinine, prostaglandine). Molti di questi e altri composti coinvolti nello sviluppo di processi patologici sono chiamati mediatori - mediatori (ad esempio mediatori dell'infiammazione, allergie, cancerogenesi, ecc.).
^ II. MECCANISMI GENERALI DI DANNO CELLULARE
A livello cellulare, i fattori dannosi “attivano” diversi collegamenti patogenetici. Questi includono:
interruzione dei processi di approvvigionamento energetico delle cellule;
danni alle membrane e ai sistemi enzimatici;
squilibrio di ioni e liquido;
violazione del programma genetico e/o della sua attuazione;
disturbo dei meccanismi di regolazione della funzione cellulare.
La sintesi di ATP può essere compromessa a causa di una carenza di ossigeno e/o di substrati metabolici, di una diminuzione dell'attività della respirazione tissutale e degli enzimi della glicolisi, di danni e distruzione dei mitocondri, in cui le reazioni del ciclo di Krebs e il trasferimento di elettroni all'ossigeno molecolare sono compromessi. effettuato, associato alla fosforilazione dell'ADP.
È noto che la consegna di energia ATP dai siti della sua sintesi - dai mitocondri e ialoplasma - alle strutture effettrici (miofibrille, "pompe" ioniche di membrana, ecc.) Viene effettuata utilizzando sistemi enzimatici: ADP - ATP - traslocasi (adenina nucleotide transferasi) e creatina fosfochinasi (CPK). L'adenina nucleotide transferasi garantisce il trasporto dell'energia del legame fosfato macroergico dell'ATP dalla matrice mitocondriale attraverso la loro membrana interna, e il CPK la trasferisce ulteriormente alla creatina con la formazione di creatina fosfato, che entra nel citosol. La creatina fosfochinasi delle strutture delle cellule effettrici trasporta il gruppo fosfato della creatina fosfato all'ADP con la formazione di ATP, che viene utilizzato nella vita della cellula. I sistemi di trasporto dell'energia enzimatica possono essere danneggiati da vari agenti patogeni e quindi, anche sullo sfondo di un elevato contenuto totale di ATP nella cellula, può svilupparsi la sua carenza nelle strutture che consumano energia.
La violazione dell'approvvigionamento energetico delle cellule e i disturbi della loro attività vitale possono svilupparsi anche in condizioni di produzione sufficiente e normale trasporto di energia ATP. Ciò può essere il risultato di un danno ai meccanismi enzimatici di utilizzo dell'energia, dovuto principalmente ad una diminuzione dell'attività dell'ATPasi (ATPasi dell'actomiosina, ATPasi della membrana plasmatica K + - Na + - dipendente, ATPasi Mg 2+ - dipendente del “ pompa del calcio” del reticolo sarcoplasmatico, ecc.).
La violazione dei processi di approvvigionamento energetico, a sua volta, può diventare uno dei fattori di disturbi nella funzione dell'apparato di membrana delle cellule, dei loro sistemi enzimatici, dell'equilibrio di ioni e fluidi, nonché dei meccanismi di regolazione cellulare.
2. ^ Danni alle membrane e agli enzimi gioca un ruolo significativo nell'interruzione dell'attività cellulare, nonché nella transizione dei cambiamenti reversibili in esso a quelli irreversibili. Ciò è dovuto al fatto che cento proprietà fondamentali di una cellula dipendono in gran parte dallo stato delle sue membrane e dagli enzimi associati o liberi.
UN). Uno dei meccanismi più importanti di danno alla membrana e agli enzimi è l'intensificazione delle reazioni dei radicali liberi (FRR) e del PSOL. Queste reazioni si verificano nelle cellule e normalmente, essendo un collegamento necessario in processi vitali come il trasporto di elettroni nella catena degli enzimi respiratori, la sintesi di prostaglandine e leucotrieni, la proliferazione e maturazione cellulare, la fagocitosi, il metabolismo delle catecolamine, ecc. È coinvolto il PSOL. nella regolazione della composizione lipidica delle biomembrane e dell'attività enzimatica. Quest'ultimo è il risultato sia dell'azione diretta dei prodotti delle reazioni del perossido lipidico sugli enzimi, sia dell'azione indiretta attraverso un cambiamento nello stato delle membrane a cui sono associati molti enzimi.
L'intensità del PSOL è regolata dal rapporto tra fattori che attivano (proossidanti) e sopprimono (antiossidanti) questo processo. Tra i pro-ossidanti più attivi ci sono composti facilmente ossidabili che inducono i radicali liberi, in particolare naftochinoni, vitamine A e D, agenti riducenti - NADPH 2, NADH 2, acido lipoico, prodotti metabolici delle prostaglandine e catecolamine.
Il processo PSOL può essere suddiviso condizionatamente in tre fasi: 1) iniziazione dell'ossigeno (fase “ossigeno”), 2) formazione di radicali liberi di agenti organici e inorganici (fase “radicale libero”), 3) produzione di perossidi lipidici (“perossido " palcoscenico). Il collegamento iniziale delle reazioni del perossido dei radicali liberi durante il danno cellulare è, di regola, la formazione nel processo di reazioni dell'ossigenasi delle cosiddette specie reattive dell'ossigeno: radicale dell'ossigeno superossido (O 2 -.), radicale idrossile (OH.) , perossido di idrogeno (H 2 O 2), che interagiscono con componenti delle strutture cellulari, principalmente lipidi, proteine e acidi nucleici. Di conseguenza, si formano radicali attivi, in particolare lipidi e i loro perossidi. In questo caso, può acquisire un carattere di catena “simile a una valanga”.
Tuttavia, ciò non accade sempre. Nelle cellule si verificano processi e agiscono fattori che limitano o addirittura arrestano le reazioni dei radicali liberi e del perossido, ad es. hanno un effetto antiossidante. Uno di questi processi è l'interazione tra radicali e idroperossidi lipidici, che porta alla formazione di composti “non radicali”. Il ruolo principale nel sistema di protezione antiossidante delle cellule è svolto dai meccanismi di natura enzimatica e non enzimatica.
^ Collegamenti del sistema antiossidante e suoi
alcuni fattori:
| Collegamenti del sistema antiossidante | Fattori | ^ Meccanismi d'azione |
| 1 | 2 | 3 |
| I. “Antiossigeno” | Retinolo, carotenoidi, riboflavina | Riducendo il contenuto di O 2 nella cellula, ad esempio, attivandone l'utilizzo, aumentando la coniugazione dei processi di ossidazione e fosforilazione. |
| 1 | 2 | 3 |
| II. “Antiradicale” | superossido dismutasi, tocoferoli, mannitolo | Trasferimento di radicali attivi in composti “non radicali”, “estinzione” dei radicali liberi da parte di composti organici. |
| III. “Antiperossido” | Glutatione perossidasi, catalasi, serotonina | Inattivazione degli idroperossidi lipidici, ad esempio, durante la loro riduzione. |
Studi recenti hanno dimostrato che l'eccessiva attivazione delle reazioni dei radicali liberi e del perossido è uno dei principali fattori che danneggiano le membrane cellulari e gli enzimi. In questo caso, i seguenti processi sono di fondamentale importanza: 1) un cambiamento nelle proprietà fisico-chimiche dei lipidi di membrana, che provoca una violazione della conformazione dei loro complessi lipoproteici e, a questo proposito, una diminuzione dell'attività delle proteine e degli enzimi sistemi che forniscono la ricezione di effetti umorali, trasporto transmembrana di ioni e molecole, membrane di integrità strutturale; 2) cambiamenti nelle proprietà fisico-chimiche delle micelle proteiche che svolgono funzioni strutturali ed enzimatiche nella cellula; 3) la formazione di difetti strutturali nella membrana - i cosiddetti. i canali più semplici (cluster) grazie all'introduzione in essi dei prodotti PSOL. Questi processi, a loro volta, causano una violazione di processi importanti per la vita delle cellule: eccitabilità, generazione e conduzione di un impulso disuguale, metabolismo, percezione e attuazione di influenze regolatorie, interazione intercellulare, ecc.
B). Attivazione delle idrolasi (lisosomiali, legate alla membrana e libere).
Normalmente, la composizione e lo stato delle membrane e degli enzimi vengono modificati non solo dai processi dei radicali liberi e dei lipoperossidi, ma anche dagli enzimi legati alla membrana, liberi (solubilizzati) e lisosomiali: lipasi, fosfolipasi, proteasi. Sotto l'influenza di fattori patogeni, la loro attività o contenuto nello ialoplasma della cellula può aumentare (in particolare, a causa dello sviluppo di acidosi, che aumenta il rilascio di enzimi dai lisosomi e la loro successiva attivazione). A questo proposito, i glicerofosfolipidi e le proteine di membrana, nonché gli enzimi cellulari, subiscono un'idrolisi intensiva. Ciò è accompagnato da un aumento significativo della permeabilità della membrana e da una diminuzione delle proprietà cinetiche degli enzimi.
IN). Incorporazione di composti anfifilici nella fase lipidica delle membrane.
Come risultato dell'azione delle idrolasi (principalmente lipasi e fosfolipasi), nella cellula si accumulano acidi grassi liberi e lisofosfolipidi, in particolare glicerofosfolipidi: fosfatidilcoline, fosfatidiletanolamine, fosfatidilserine. Sono chiamati composti anfifilici in relazione alla capacità di penetrare e fissarsi in entrambi - sia negli ambienti idrofobici che idrofili delle membrane cellulari (amphi - significa "entrambi", "due"). A un livello relativamente basso di composti anfifilici nella cellula, essi, penetrando nelle biomembrane, modificano la normale sequenza dei glicerofosfolipidi, interrompono la struttura dei complessi lipoproteici, aumentano la permeabilità e modificano anche la configurazione delle membrane a causa della "a forma di cuneo" forma delle micelle lipidiche. L'accumulo di anfifili in gran numero è accompagnato dalla loro massiccia incorporazione nelle membrane, che, come un eccesso di idroperossidi lipidici, porta alla formazione di ammassi e microfratture in esse. Il danno alle membrane cellulari e agli enzimi è una delle principali cause di una significativa interruzione dell'attività vitale delle cellule e spesso porta alla loro morte.
3. ^ Squilibrio di ioni e fluido nella cellula. Di norma, una violazione della distribuzione transmembrana, nonché del contenuto intracellulare e del rapporto di vari ioni, si sviluppa in seguito o contemporaneamente a disturbi dell'approvvigionamento energetico ed è combinata con segni di danno alle membrane e agli enzimi cellulari. Di conseguenza, la permeabilità delle membrane per molti ioni cambia in modo significativo. Nella maggior parte dei casi, questo vale per potassio, sodio, calcio, magnesio, cloro, cioè ioni che prendono parte a processi vitali come l'eccitazione, la sua conduzione, l'accoppiamento elettromeccanico, ecc.
UN). Variazione del rapporto transmembrana degli ioni. Di norma, uno squilibrio degli ioni si manifesta con l'accumulo di sodio nella cellula e la perdita di potassio.
Una conseguenza dello squilibrio è un cambiamento nel potenziale di membrana a riposo e d'azione, nonché una violazione della conduzione dell'impulso di eccitazione. Questi cambiamenti sono importanti perché sono spesso uno dei segni importanti della presenza e della natura del danno cellulare. Un esempio sono i cambiamenti nell'elettrocardiogramma in caso di danno alle cellule miocardiche, l'elettroenfecalogramma in violazione della struttura e delle funzioni dei neuroni cerebrali.
B). Iper- e disidratazione delle cellule.
Le violazioni del contenuto intracellulare degli ioni causano un cambiamento nel volume cellulare a causa dello squilibrio dei liquidi. Si manifesta con l'iperidratazione (diminuzione del contenuto di liquidi) della cellula. Ad esempio, un aumento del contenuto di ioni sodio e calcio nelle cellule danneggiate è accompagnato da un aumento della loro pressione osmotica. Di conseguenza, l'acqua si accumula nelle cellule. Allo stesso tempo, le cellule si gonfiano, il loro volume aumenta, accompagnato da un aumento dello stiramento e spesso delle microrotture delle membrane del citolemma e degli organelli. Al contrario, la disidratazione cellulare (ad esempio in alcune malattie infettive che causano perdita di acqua) è caratterizzata dal rilascio di liquidi e proteine in essi disciolti (compresi gli enzimi), nonché di altri composti idrosolubili organici e inorganici. La disidratazione intracellulare è spesso combinata con il restringimento del nucleo, la disintegrazione dei mitocondri e di altri organelli.
4. Uno dei meccanismi essenziali della disfunzione cellulare è danno al programma genetico e / o meccanismi per la sua attuazione. I principali processi che portano a un cambiamento nell'informazione genetica di una cellula sono le mutazioni, la depressione dei geni patogeni (ad esempio gli oncogeni), la soppressione dell'attività dei geni vitali (ad esempio la regolazione della sintesi degli enzimi) o l'introduzione di un frammento di DNA estraneo nel genoma (ad esempio, il DNA di un virus oncogeno, una regione anomala del DNA). un'altra cellula).
Oltre ai cambiamenti nel programma genetico, c'è un importante meccanismo di disfunzione cellulare violazione dell’attuazione di questo programma, principalmente nel processo di divisione cellulare durante la mitosi o la meiosi.
5. Un importante meccanismo di danno cellulare è disturbo della regolazione dei processi intracellulari. Ciò potrebbe essere il risultato di violazioni che si sviluppano a uno o più livelli di meccanismi di regolamentazione:
a livello di interazione di sostanze biologicamente attive (ormoni, neurotrasmettitori, ecc.) con i recettori cellulari;
a livello cellulare cosiddetto. "secondi mediatori" (messaggeri) delle influenze nervose: nucleotidi ciclici-adenosina monofosfato (cAMP) e guanosina monofosfato (cGMP), che si formano in risposta all'azione dei "primi mediatori" - ormoni e neurotrasmettitori. Un esempio è la violazione della formazione del potenziale di membrana nei cardiociti durante l'accumulo di cAMP in essi, che è, in particolare, una delle possibili cause dello sviluppo di aritmie cardiache;
a livello di reazioni metaboliche regolate da nucleotidi ciclici o altri fattori intracellulari. Pertanto, una violazione del processo di attivazione degli enzimi cellulari può modificare significativamente l'intensità delle reazioni metaboliche e, di conseguenza, portare a un disturbo nell'attività vitale della cellula.
^ III. PRINCIPALI MANIFESTAZIONI DEL DANNO CELLULARE
1. Distrofia. Sotto distrofie (dis - disordine, disordine, trofeo - nutrizione) comprendono disordini metabolici nelle cellule e nei tessuti, accompagnati da disturbi delle loro funzioni, manifestazioni plastiche, nonché cambiamenti strutturali che portano all'interruzione della loro attività vitale.
I principali meccanismi delle distrofie sono: - sintesi di sostanze anormali nella cellula, ad esempio il complesso proteina-polisaccaride dell'amiloide; trasformazione eccessiva di alcuni composti in altri, ad esempio grassi e carboidrati in proteine, carboidrati in grassi; - decomposizione (fanerosi), ad esempio, complessi proteici-lipidici delle membrane; - infiltrazione di cellule e sostanze intercellulari, composti organici e inorganici, ad esempio il colesterolo e i suoi esteri delle pareti arteriose nell'aterosclerosi.
Le principali distrofie cellulari comprendono proteine (disproteinosi), grassi (lipidosi), carboidrati e minerali.
2. Displasia(dis - disordine, disordine, plaseoformazione) sono una violazione del processo di sviluppo cellulare, manifestata da un cambiamento persistente nella loro struttura e funzione, che porta a un disordine nella loro attività vitale.
La causa della displasia è il danno al genoma cellulare. Questo è ciò che provoca cambiamenti persistenti e, di regola, ereditari da cellula a cellula, a differenza delle distrofie, che sono spesso temporanee, reversibili e possono essere eliminate quando cessa l'azione del fattore causale.
Il meccanismo principale della displasia è un disturbo del processo di differenziazione, che consiste nella formazione della specializzazione strutturale e funzionale della cellula. I segni strutturali della displasia sono cambiamenti nella dimensione e nella forma delle cellule, nei loro nuclei e in altri organelli, nel numero e nella struttura dei cromosomi. Di norma, le cellule sono ingrandite, hanno una forma irregolare e bizzarra ("cellule mostruose"), il rapporto tra i vari organelli in esse contenuti è sproporzionato. Spesso in tali cellule si trovano varie inclusioni, segni di processi distrofici. Esempi di displasia cellulare includono la formazione di megaloblasti nel midollo osseo nell'anemia perniciosa, eritrociti a forma di falce nella patologia dell'emoglobina, grandi neuroni - "mostri" nelle lesioni della corteccia cerebrale (sclerosi tuberosa), cellule giganti multinucleate con una bizzarra disposizione di cromatina nella neurofibromatosi di Recklinghausen. La displasia cellulare è una delle manifestazioni di atipia delle cellule tumorali.
^ Cambiamenti nella struttura e nelle funzioni degli organelli cellulari in caso di danno cellulare.
Sotto l'azione di fattori patogeni, si verifica un cambiamento nel numero totale di mitocondri, nonché nella struttura dei singoli organelli. Riducendo il numero di mitocondri rispetto alla massa totale della cellula. I cambiamenti nei singoli mitocondri che sono stereotipati per l'azione della maggior parte dei fattori dannosi sono una diminuzione o un aumento delle loro dimensioni e forma. Molti effetti patogeni sulla cellula (ipossia, agenti tossici endogeni ed esogeni, compresi farmaci in sovradosaggio, radiazioni ionizzanti, cambiamenti della pressione osmotica) sono accompagnati da gonfiore e vacuolizzazione dei mitocondri, che possono portare alla rottura della loro membrana, frammentazione e omogeneizzazione delle creste. La violazione della struttura dei mitocondri porta ad una significativa soppressione del processo di respirazione in essi e alla formazione di ATP, nonché a uno squilibrio degli ioni all'interno della cellula.
Nucleo. Il danno al nucleo è combinato con un cambiamento nella sua forma, condensazione della cromatina lungo la periferia del nucleo (marginazione della cromatina), violazione del bypass o rottura dell'involucro nucleare e sua fusione con una striscia di marginalità della cromatina.
Lisosomi. In caso di influssi patogeni, il rilascio e l'attivazione degli enzimi lisosomiali può portare all'“autodigestione” (autolisi) della cellula. Il rilascio di idrolasi lisosomiali nel citoplasma può essere dovuto a rotture meccaniche della loro membrana o ad un aumento significativo della permeabilità di quest'ultima. Questa è una conseguenza dell'accumulo di ioni idrogeno nelle cellule (acidosi intracellulare), prodotti di perossidazione lipidica, tossine e altri agenti.
Ribosomi. Sotto l'azione di fattori dannosi, si verifica la distruzione di gruppi di subunità ribosomiali (polisomi), solitamente costituiti da diversi ribosomi - "monomeri", una diminuzione del numero di ribosomi e il distacco degli organelli dalle membrane intracellulari. Questi cambiamenti sono accompagnati da una diminuzione dell'intensità del processo di sintesi proteica nella cellula.
^ Reticolo endoplasmatico . In caso di danneggiamento, si verifica un'espansione dei tubuli della rete, fino alla formazione di grandi vacuoli e cisterne dovute all'accumulo di liquido in essi, alla distruzione focale delle membrane dei tubuli della rete e alla loro frammentazione.
^ Apparato del Golgi. Il danno all'apparato del Golgi è accompagnato da cambiamenti strutturali simili a quelli del reticolo endoplasmatico. Allo stesso tempo, l'escrezione dei prodotti di scarto dalla cellula viene interrotta, il che causa il disordine della sua funzione nel suo insieme.
Citoplasmaè un terreno liquido a bassa viscosità contenente organelli e inclusioni cellulari. L'azione di fattori dannosi sulla cellula può causare una diminuzione o un aumento del contenuto di liquido nel citoplasma, proteolisi o coagulazione della proteina e la formazione di “inclusioni” che non si trovano nella norma. Un cambiamento nello stato del citoplasma, a sua volta, influenza in modo significativo i processi metabolici che si verificano in esso, poiché molti enzimi (ad esempio la glicolisi) sono nella matrice cellulare, la funzione degli organelli e i processi di percezione di influenze regolatorie e di altro tipo sulla cellula.
^ Necrosi e autolisi .
Il principale meccanismo di autolisi è l'idrolisi dei componenti cellulari e della sostanza intercellulare sotto l'influenza degli enzimi lisosomiali. Ciò è facilitato dallo sviluppo di acidosi nelle cellule danneggiate.
Nel processo di lisi delle cellule danneggiate possono prendere parte altre cellule: i facociti e i microrganismi. A differenza del meccanismo autolitico, quest’ultimo è detto eterolitico. Pertanto, la lisi delle cellule necrotiche (necrolisi) può fornire processi auto ed eterolitici, a cui prendono parte enzimi e altri fattori sia delle cellule morte che di quelle viventi in contatto con esse.
5. ^ Cambiamenti specifici e non specifici nel danno cellulare . Qualsiasi danno alla cellula provoca un complesso di cambiamenti specifici e non specifici in essa.
Sotto specifica comprendere i cambiamenti nelle proprietà delle cellule che sono caratteristici di un dato fattore quando agisce su varie cellule, o caratteristici solo di un dato tipo di cellula quando esposto ad agenti dannosi di diversa natura. Pertanto, l'azione dei fattori meccanici su qualsiasi cellula è accompagnata da una violazione dell'integrità delle sue membrane. Sotto l'influenza dei disaccoppianti del processo di ossidazione e fosforilazione, l'accoppiamento di questi processi viene ridotto o bloccato. Un'alta concentrazione nel sangue di uno degli ormoni della corteccia surrenale, l'aldosterone, provoca l'accumulo di ioni sodio in eccesso in varie cellule. D'altra parte, l'azione degli agenti dannosi su alcuni tipi di cellule provoca cambiamenti specifici per loro. Ad esempio, l'influenza di vari fattori patogeni sulle cellule muscolari è accompagnata dallo sviluppo della contrattura delle miofibrille, sui neuroni - dalla formazione del cosiddetto potenziale di danno, sugli eritrociti - dall'emolisi e dal rilascio di emoglobina da essi.
Il danno è sempre accompagnato da un complesso e non specifico, cambiamenti stereotipati nelle cellule. Si osservano in vari tipi di cellule sotto l'azione di vari agenti. Le comuni manifestazioni non specifiche delle alterazioni cellulari comprendono acidosi, eccessiva attivazione delle reazioni dei radicali liberi e del perossido, denaturazione delle molecole proteiche, aumento della permeabilità delle membrane cellulari e aumento delle proprietà di assorbimento delle cellule.
L'identificazione di un complesso di cambiamenti specifici e non specifici nelle cellule di organi e tessuti consente di giudicare la natura e la forza del fattore patogeno, il grado di danno, nonché l'efficacia dei farmaci e dei non farmaci utilizzati per il trattamento.
^ IV. MECCANISMI CELLULARI DI COMPENSAZIONE DOPO DANNO
L'azione dei fattori patogeni sulla cellula e lo sviluppo del danno è accompagnata dall'attivazione o dall'attivazione di una reazione volta ad eliminare o ridurre l'entità del danno e le sue conseguenze. Il complesso di queste reazioni garantisce l'adattamento della cellula alle mutate condizioni della sua attività vitale. I principali meccanismi adattativi comprendono reazioni di compensazione, ripristino e sostituzione di strutture e disfunzioni perse o danneggiate, protezione delle cellule dall'azione di agenti patogeni, nonché una diminuzione regolatoria della loro attività funzionale. L'intero complesso di tali reazioni può essere suddiviso condizionatamente in due gruppi: intracellulare ed extracellulare (intercellulare).
I principali meccanismi intracellulari di compensazione in caso di danno includono quanto segue.
^ Compensazione per violazioni del processo di approvvigionamento energetico delle cellule .
^ Protezione delle membrane cellulari e degli enzimi .
^ Compensazione dello squilibrio di ioni e liquido .
^ Eliminazione delle violazioni nel programma genetico delle cellule .
^ Compensazione dei disturbi dei meccanismi di regolazione dei processi intracellulari .
L'eccesso o la carenza di ormoni e neurotrasmettitori o i loro effetti possono essere compensati anche a livello dei secondi mediatori: i nucleotidi ciclici. È noto che il rapporto tra cAMP e cGMP cambia non solo a causa dell'azione di stimoli regolatori extracellulari, ma anche di fattori intracellulari, in particolare fosfodiesterasi e ioni calcio. La violazione dell'attuazione degli influssi regolatori sulla cellula può essere compensata anche a livello dei processi metabolici intracellulari, poiché molti di essi si basano sulla regolazione dell'intensità del metabolismo in base alla quantità del prodotto della reazione enzimatica (il principio del feedback positivo o negativo).
^ Diminuzione dell'attività funzionale delle cellule .
L'adattamento delle cellule in condizioni di danno avviene non solo a livello metabolico e funzionale. Danni ripetuti o significativi a lungo termine provocano cambiamenti strutturali significativi nella cellula, che hanno un valore adattivo. Si ottengono attraverso processi di rigenerazione, ipertrofia, iperplasia, ipotrofia.
Rigenerazione.(regeneratio – rinascita; restauro) significa il risarcimento delle cellule e/o dei suoi singoli elementi strutturali in cambio di quelli che sono morti, sono stati danneggiati o hanno completato il loro ciclo vitale. La rigenerazione delle strutture si accompagna al ripristino delle loro funzioni. Si distinguono le cosiddette forme di rigenerazione cellulare e intracellulare (subcellulare). Il primo è caratterizzato dalla riproduzione cellulare mediante mitosi o amitosi. La rigenerazione intracellulare si manifesta con il ripristino degli organelli: mitocondri, nucleo, reticolo endoplasmatico e altri invece di quelli danneggiati o morti.
Ipertrofia(iper - eccessivamente, aumentare, trofeo - nutrire) rappresenta un aumento del volume e della massa degli elementi strutturali, in particolare delle cellule. L'ipertrofia degli organelli cellulari intatti compensa la violazione o l'insufficienza delle funzioni dei suoi elementi danneggiati.
Iperplasia(iper - eccessivamente, plaseo - forma) è caratterizzato da un aumento del numero di elementi strutturali, in particolare degli organelli nella cellula. Spesso nella stessa cellula sono presenti segni sia di iperplasia che di ipertrofia. Entrambi i processi forniscono non solo la compensazione del difetto strutturale, ma anche la possibilità di un aumento del funzionamento cellulare.
Una caratteristica dei meccanismi di adattamento intercellulare (extracellulare) è che sono implementati principalmente con la partecipazione di cellule che non sono state direttamente colpite da un fattore patogeno (ad esempio, iperfunzione dei cardiomiociti al di fuori della zona di necrosi nell'infarto del miocardio).
In base al livello e alla scala, tali reazioni durante il danno cellulare possono essere suddivise in organo-tessuto, intrasistema e intersistema.
Un esempio di reazione adattativa a livello di tessuto organico è l'attivazione della funzione delle cellule epatiche o renali intatte quando le cellule di una parte di un organo sono danneggiate. Ciò riduce il carico sulle cellule che sono state esposte agli effetti patogeni e aiuta a ridurre l'entità del danno.
Tra le reazioni intrasistemiche c'è la costrizione delle arteriole con una diminuzione del lavoro del cuore (ad esempio, nell'infarto del miocardio), che garantisce e previene (o riduce l'entità) del danno alle loro cellule.
Il coinvolgimento nelle reazioni adattative di diversi sistemi fisiologici si osserva, ad esempio, durante l'ipossia generale. Allo stesso tempo, viene attivato il lavoro dei sistemi metabolici respiratorio, circolatorio, sanguigno e tissutale, che riduce la mancanza di ossigeno e di substrati metabolici nei tessuti, aumenta il loro utilizzo e, per questo motivo, riduce il grado di danno alle loro cellule .
L'attivazione dei meccanismi di adattamento intracellulari e intercellulari in caso di danno, di norma, previene la morte cellulare, garantisce l'adempimento delle loro funzioni e contribuisce all'eliminazione delle conseguenze dell'azione di un fattore patogeno. In questo caso si parla di cambiamenti reversibili nelle cellule. Se la forza dell'agente patogeno è elevata e/o la protezione e l'adattamento sono insufficienti, si sviluppa un danno irreversibile alle cellule che muoiono.
CONCLUSIONE
Qualsiasi processo patologico procede con un grado e una scala di danno cellulare maggiori o minori. Nonostante la varietà dei fattori patogeni che agiscono sulle cellule, queste rispondono in linea di principio con lo stesso tipo di reazioni. Ciò si basa su meccanismi tipici di alterazione cellulare. A sua volta, il danno cellulare, di regola, è accompagnato dall'attivazione di fattori di protezione, compensazione, compensazione e adattamento, che mirano a fermare o limitare l'azione del fattore dannoso, nonché ad eliminare le conseguenze della sua influenza . La conoscenza di questi meccanismi è la base per lo sviluppo di principi e metodi per rilevare i processi patologici, prevederne il decorso, nonché le modalità di terapia patogenetica e la prevenzione del danno cellulare in essi.
LETTERATURA
Zaiko N.N., Byts Yu.V. fisiologia patologica. - Kiev "Logos", 1996. - 647 p.
Litvitskij P.F. Fisiopatologia. Corso di lezioni. – M.: Medicina. - 1995. - 745 pag.
DANNO- tali cambiamenti nella struttura, nel metabolismo e nelle proprietà fisico-chimiche delle cellule che portano all'interruzione dell'attività vitale.
Tutte le varie cause che provocano il danno cellulare possono essere suddivise nei seguenti gruppi principali: fisico, chimico e biologico.
1. Fisico.
- Gli effetti meccanici causano una violazione della struttura della membrana plasmatica e delle membrane delle formazioni subcellulari;
- fluttuazioni di temperatura. Un aumento della temperatura può portare alla denaturazione delle proteine, degli acidi nucleici, alla decomposizione dei complessi lipoproteici e ad un aumento della permeabilità delle membrane cellulari. Una diminuzione della temperatura può causare un rallentamento significativo o una cessazione irreversibile delle reazioni metaboliche nel fluido intracellulare e nella rottura della membrana.
- variazioni della pressione osmotica. Il suo aumento è accompagnato dal rigonfiamento della cellula, dallo stiramento della sua membrana fino alla rottura. Una diminuzione della pressione osmotica porta alla perdita di liquidi, alla formazione di rughe e spesso alla morte cellulare.
- l'esposizione alle radiazioni ionizzanti provoca la formazione di radicali liberi e l'attivazione di processi di radicali liberi perossidici, i cui prodotti danneggiano le membrane e denaturano gli enzimi cellulari.
2. Prodotto chimico.
Acidi organici e inorganici, alcali, sali di metalli pesanti, prodotti metabolici, farmaci. Pertanto, i cianuri inibiscono l'attività della citocromo ossidasi. I sali di arsenico inibiscono la piruvato ossidasi. Un sovradosaggio di strofantina porta alla soppressione dell'attività della K + -Na + -ATP-asi del sarcolemma dei miocardiociti, ecc.
3. Biologico.
MECCANISMI GENERALI DI DANNO CELLULARE
1. Disordine dei processi di approvvigionamento energetico delle cellule.
- Diminuzione dell'intensità dei processi di risintesi dell'ATP;
- Violazione del trasporto ATP;
- Violazione dell'uso dell'energia ATP;
2. Danni alle membrane e agli enzimi cellulari.
- Intensificazione delle reazioni dei radicali liberi e della perossidazione lipidica dei radicali liberi (SPOL);
- Attivazione delle idrolasi (lisosomiali, legate alla membrana, libere);
- Introduzione di composti anfifilici nella fase lipidica delle membrane e loro azione detergente;
- Stiramento eccessivo e rottura delle membrane delle cellule gonfie e dei loro organelli;
- Inibizione dei processi di risintesi dei componenti di membrana danneggiati e (o) loro sintesi;
3. Squilibrio tra ioni e liquido.
- Cambiamento nel rapporto dei singoli ioni nell'ialoplasma;
- Cambiamenti nel rapporto transmembrana degli ioni;
- Iper- e ipoidratazione;
4. Violazione del programma genetico delle cellule o dei meccanismi per la sua attuazione.
- Violazione del programma genetico.
- Cambiamento nella struttura biochimica dei geni;
- Derepressione dei geni patogeni;
- Repressione di geni "vitali";
- Introduzione nel genoma di DNA estraneo con proprietà patogene;
- Violazione dei meccanismi per l'attuazione del programma genetico.
- Disturbi della mitosi:
- danno cromosomico;
- danno alle strutture che assicurano il corso della mitosi;
- violazione della citotomia.
- disturbo della meiosi.
5. Disordine dei meccanismi di regolazione delle funzioni cellulari.
- Violazione della ricezione di influenze normative.
- Violazione della formazione di messaggeri secondari (cAMP, cGMP)
- Violazione a livello delle reazioni metaboliche.
1. La violazione dell'approvvigionamento energetico dei processi che si verificano nelle cellule può verificarsi nelle fasi di sintesi, trasporto e utilizzo della sua energia dell'ATP.
La sintesi di ATP può essere compromessa a causa della carenza di ossigeno, dei substrati metabolici, della ridotta attività degli enzimi della respirazione tissutale e della fosforilazione ossidativa, della glicolisi, del danno e della distruzione dei mitocondri. È noto che la fornitura di energia ATP alle strutture efferenti viene effettuata con l'aiuto di sistemi enzimatici: traslocasi ADP-ATP (adenina nucleotide transferasi) e creatina fosfochinasi (CPK). L'adenina nucleotide transferasi garantisce il trasporto dell'energia del legame fosfato macroergico dell'ATP dalla matrice mitocondriale attraverso la loro membrana interna, e il CPK viene ulteriormente trasferito alla creatina con la formazione di creatina fosfato, che entra nel citosol. Il CPK delle strutture cellulari effettrici trasporta il gruppo fosfato della creatina fosfato all'ADP con la formazione di ATP, che viene utilizzato nei processi vitali. Questi sistemi di trasporto enzimatico dell'energia possono anche essere danneggiati da vari agenti patogeni e quindi, sullo sfondo di un alto contenuto di ATP nella cellula, può svilupparsi la sua carenza nelle strutture che consumano energia.
La violazione dell'approvvigionamento energetico delle cellule e un disturbo nella loro attività vitale possono svilupparsi in condizioni di produzione sufficiente e normale trasporto di energia ATP. Ciò potrebbe essere il risultato di un danno ai meccanismi enzimatici di utilizzo dell'energia, dovuto principalmente ad una diminuzione dell'attività delle ATPasi (ATPasi actomiosina, ATPasi K+-Na+-dipendente del plasmolemma, ATPasi Mg 2+-dipendente del “ pompa del calcio” del reticolo sarcoplasmatico, ecc.)
2. I danni alle membrane e agli enzimi svolgono un ruolo significativo nell'interruzione della vita della cellula. Uno dei motivi più importanti di tali cambiamenti sono le reazioni dei radicali liberi (SRR) e la perossidazione lipidica (LPO). Queste reazioni si verificano nelle cellule e normalmente, essendo un collegamento necessario in processi vitali come il trasporto di elettroni nella catena degli enzimi respiratori, la sintesi di prostaglandine e leucotrieni, la proliferazione e maturazione cellulare, la fagocitosi e il metabolismo delle catecolamine.
L'intensità della perossidazione lipidica è regolata dal rapporto tra fattori che attivano (proossidanti) e inibiscono (antiossidanti) questo processo. Tra i pro-ossidanti più attivi ci sono composti facilmente ossidabili che inducono i radicali liberi, in particolare naftochinoni, vitamine A e D, agenti riducenti - NADPH2, NADH2, acido lipoico, prodotti metabolici delle prostaglandine e catecolamine.
Il processo LPO può essere condizionatamente suddiviso nelle seguenti fasi:
1) iniziazione dell'ossigeno (fase “ossigeno”), 2) formazione di radicali liberi (fase “radicali liberi”), 3) produzione di perossidi lipidici (fase “perossido”) ossigeno: radicale superossido dell'ossigeno (O 2 -), radicale idrossile (OH-), perossido di idrogeno (H 2 O 2), che interagiscono con vari componenti delle strutture cellulari, principalmente con lipidi, proteine e acidi nucleici. Di conseguenza si formano radicali attivi, in particolare lipidi, nonché i loro perossidi. La reazione può acquisire un carattere di "valanga" a catena. Tuttavia, nelle cellule agiscono fattori che limitano le reazioni dei radicali liberi e del perossido, ad es. hanno un effetto antiossidante. La tabella seguente mostra i meccanismi enzimatici e non enzimatici della difesa antiossidante.
LINK DEL SISTEMA ANTIOSSIDANTE E ALCUNI SUOI FATTORI
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Collegamenti del sistema antiossidante |
Meccanismi d'azione |
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1. “antiossigeno” |
retinolo, carotenoidi, riboflavina |
diminuzione del contenuto di O 2 nella cellula attivandone l'utilizzo, aumentando la coniugazione dei processi di ossidazione e fosforilazione |
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2. “antiradicale” |
superossido dismutasi, tocoferoli, mannitolo |
conversione dei radicali attivi in composti “non radicali”, “estinzione” dei radicali liberi da parte di composti organici |
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3. “antiperossido” |
glutatione perossidasi, catalasi, serotonina |
inattivazione degli idroperossidi lipidici. |
L'eccessiva attivazione delle reazioni dei radicali liberi e del perossido, così come il fallimento del sistema di difesa antiossidante, è uno dei principali fattori di danno alle membrane cellulari e agli enzimi. I seguenti processi sono di fondamentale importanza:
1) un cambiamento nelle proprietà fisico-chimiche dei lipidi di membrana, che provoca una violazione della conformazione dei loro complessi lipoproteici e, di conseguenza, una diminuzione dell'attività dei sistemi enzimatici che forniscono la ricezione degli effetti umorali, il trasporto transmembrana di ioni e molecole, e l'integrità strutturale delle membrane;
2) cambiamenti nelle proprietà fisico-chimiche delle micelle proteiche che svolgono funzioni strutturali ed enzimatiche nella cellula; 3) la formazione di difetti strutturali nella membrana - i canali più semplici (cluster) dovuti all'introduzione in essi di prodotti LPO. Pertanto, l'accumulo di idroperossidi lipidici nella membrana porta alla loro associazione in micelle, che creano canali di permeabilità transmembrana, attraverso i quali è possibile un flusso incontrollato di cationi e molecole dentro e fuori la cellula, accompagnato da una violazione dei processi di eccitabilità, generazione di influenze regolatrici, interazione intercellulare, ecc., fino alla frammentazione della membrana e alla morte cellulare.
Normalmente la composizione e lo stato delle membrane e degli enzimi viene modificato non solo dai processi dei radicali liberi e dei lipoperossidi, ma anche dagli enzimi lisosomiali, sia liberi (solubilizzati) che legati alla membrana: lipasi, fosfolipasi, proteasi. Sotto l'influenza di vari fattori patogeni, la loro attività o contenuto nello ialoplasma può aumentare notevolmente (ad esempio: a causa dell'acidosi, che aumenta la permeabilità delle membrane lisosomiali). Di conseguenza, i glicerofosfolipidi e le proteine di membrana, nonché gli enzimi cellulari, subiscono un'intensa idrolisi. Ciò è accompagnato da un aumento significativo della permeabilità della membrana e da una diminuzione delle proprietà cinetiche degli enzimi.
Come risultato dell'azione delle idrolasi (principalmente lipasi e fosfolipasi), nella cellula si accumulano acidi grassi liberi e lisofosfolipidi, in particolare glicerofosfolipidi: fosfatidilcoline, fosfatidiletanolamine, fosfatidilserine. Questi composti anfifilici sono in grado di penetrare e fissarsi sia nei mezzi idrofobici che idrofili delle membrane. Penetrando nelle biomembrane, modificano la normale struttura dei complessi lipoproteici, aumentano la permeabilità e modificano anche la configurazione delle membrane a causa della forma “a cuneo” delle molecole lipidiche. L'accumulo di composti anfifilici in grandi quantità porta alla formazione di cluster nelle membrane e alla comparsa di microfratture.
3. Squilibrio di ioni e fluido nella cellula.
La violazione della distribuzione transmembrana, del contenuto intracellulare e del rapporto dei vari ioni si sviluppa a causa o contemporaneamente a disturbi del metabolismo energetico e si combina con segni di danno alle membrane e agli enzimi cellulari. Di norma, uno squilibrio degli ioni si manifesta con l'accumulo di sodio nella cellula e la perdita di potassio dovuta alla rottura dell'ATP-asi K,Na-dipendente della membrana plasmatica, un aumento del contenuto di calcio, in in particolare, a causa di un'interruzione del funzionamento del meccanismo di scambio ionico sodio-calcio della membrana cellulare, che garantisce lo scambio di due ioni sodio che entrano nella cellula con uno ione calcio che la lascia. Un aumento del contenuto intracellulare di Na+, che compete con Ca2+ per un trasportatore comune, impedisce il rilascio di calcio dalla cellula. La violazione della distribuzione transmembrana dei cationi è anche accompagnata da un cambiamento nel contenuto di Cl -, HCO 3 - e altri anioni nella cellula.
La conseguenza di uno squilibrio degli ioni è un cambiamento nel potenziale d'azione della membrana a riposo, nonché una violazione della conduzione dell'impulso di eccitazione. La violazione del contenuto intracellulare degli ioni provoca un cambiamento nel volume cellulare a causa di uno squilibrio dei liquidi. Si manifesta con iperidratazione (edema) o ipoidratazione (diminuzione del contenuto di liquidi) della cellula. Pertanto, un aumento del contenuto di ioni sodio e calcio nelle cellule danneggiate è accompagnato da un aumento della loro pressione osmotica, che porta all'accumulo di acqua in esse. Le cellule si gonfiano, il loro volume aumenta, il che è accompagnato da stiramenti e spesso microrotture delle membrane del citolemma e degli organelli. La disidratazione delle cellule (ad esempio, in alcune malattie infettive che causano la perdita di acqua) è caratterizzata dal rilascio di liquido da esse e di proteine in esso disciolte e di altri composti idrosolubili organici e inorganici. La disidratazione intracellulare è spesso combinata con il restringimento del nucleo, la disintegrazione dei mitocondri e di altri organelli.
4. Danni al programma genetico o ai meccanismi per la sua attuazione.
Mutazioni, depressione di geni patogeni (ad esempio oncogeni), soppressione dell'attività di geni vitali o introduzione di un frammento di DNA estraneo con proprietà patogene nel genoma sono tra i principali processi che portano a un cambiamento nell'informazione genetica di un cellula.
Oltre ai cambiamenti nel programma genetico, un importante meccanismo di disfunzione cellulare è una violazione dell'attuazione di questo programma, principalmente nel processo di divisione cellulare durante la meiosi o la mitosi. Esistono tre gruppi di disturbi della mitosi:
- Cambiamenti nell'apparato cromosomico
- Danni alle strutture che assicurano il processo di mitosi
- Violazione della divisione del citoplasma e del citolemma (citotomia).
5. Disordini di regolazione di processi intracellulari.
Ciò potrebbe essere il risultato di violazioni che si sviluppano a uno dei seguenti livelli di meccanismi normativi:
1. A livello di interazione di sostanze biologicamente attive (ormoni, neurotrasmettitori, ecc.) con i recettori cellulari. Cambiamenti nella sensibilità, numero e conformazione delle molecole del recettore, nella sua composizione biochimica, nell'ambiente lipidico nella membrana possono modificare significativamente la natura della risposta cellulare ad uno stimolo regolatorio;
2. A livello dei "secondi messaggeri" cellulari (messaggeri) delle influenze nervose, che sono nucleotidi ciclici - adenosina monofosfato (cAMP) e guanosina monofosfato (cGMP), che si formano in risposta all'azione dei "primi mediatori" - ormoni e neurotrasmettitori.
3. A livello delle reazioni metaboliche regolate da nucleotidi ciclici o altri fattori intracellulari.
PRINCIPALI MANIFESTAZIONI DEL DANNO CELLULARE
Le principali manifestazioni del danno cellulare includono quanto segue:
- Distrofia
- Displasia
- Cambiamenti nella struttura e nelle funzioni degli organelli
- Necrobiosi. Necrosi.
1. Distrofia.
La distrofia è intesa come un disordine metabolico nelle cellule, accompagnato da un disturbo della funzione, dai processi plastici e da cambiamenti strutturali che portano all'interruzione della loro attività vitale.
I principali meccanismi delle distrofie includono quanto segue:
- sintesi di sostanze anormali nella cellula, ad esempio il complesso proteina-polisaccaride dell'amiloide;
- trasformazione eccessiva di alcuni composti in altri, ad esempio grassi in carboidrati in proteine, carboidrati in grassi;
- decomposizione, ad esempio, dei complessi proteici-lipidici delle membrane;
Infiltrazione di cellule e sostanza intercellulare con composti organici e inorganici, come il colesterolo e i suoi esteri delle pareti arteriose nell'aterosclerosi.
Le principali distrofie cellulari comprendono proteine (granulare, a goccia ialina, distrofia idropica), carboidrati grassi e minerali (calcinosi, siderosi, depositi di rame nella distrofia epatocerebrale).
2. Displasia
La displasia è una violazione dei processi di sviluppo cellulare, manifestata da un cambiamento persistente nella struttura e nella funzione, che porta a un disturbo delle loro funzioni vitali.
La causa della displasia è il danno al genoma cellulare. I segni strutturali della displasmia sono cambiamenti nella dimensione e nella forma delle cellule, nei loro nuclei e in altri organelli, nel numero e nella struttura dei cromosomi. Di norma, le cellule sono ingrandite, hanno una forma irregolare, il rapporto tra i vari organelli è sproporzionato. Spesso in tali cellule si trovano varie inclusioni, segni di cambiamenti distrofici. Esempi di displasia cellulare includono la formazione di megaloblasti nel midollo osseo nell'anemia perniciosa, cellule falciformi ed eritrociti bersaglio nella patologia dell'emoglobina, cellule giganti multinucleate con una bizzarra disposizione della cromatina nella neurofibromatosi di Recklinghausen. La displasia cellulare è una delle manifestazioni di atipia delle cellule tumorali.
3. Cambiamenti nella struttura e nelle funzioni degli organelli cellulari in caso di danno cellulare.
1. Mitocondri.
Sotto l'azione di fattori patogeni, il numero totale di mitocondri cambia, così come la struttura dei singoli organelli. Molti effetti patogeni sulla cellula (ipossia, agenti tossici, compresi farmaci in sovradosaggio, radiazioni ionizzanti) sono accompagnati da gonfiore e vacuolizzazione dei mitocondri, che possono portare alla rottura della loro membrana, alla frammentazione e all'omogeneizzazione delle creste. Spesso si osserva una perdita della struttura granulare e omogeneizzazione della matrice degli organelli, perdita del bypass della membrana esterna, depositi di composti organici (mielina, lipidi, glicogeno) e inorganici (sali di calcio e altri cationi) nella matrice. La violazione della struttura e della funzione dei mitocondri porta ad una significativa inibizione della formazione di ATP, nonché ad uno squilibrio degli ioni Ca2+, K+, H+.
2. Nucleo.
Il danno al nucleo si esprime in un cambiamento nella sua forma, condensazione della cromatina lungo la periferia (marginazione della cromatina), violazione del bypass o rottura dell'involucro nucleare, sua fusione con la striscia di marginalità della cromatina.
3. Lisosomi.
Una manifestazione di danno ai lisosomi è la rottura della loro membrana o un aumento significativo della loro permeabilità che porta al rilascio e all'attivazione degli enzimi idrolitici. Tutto ciò può portare all’“autodigestione” (autolisi) della cellula. La ragione di tali cambiamenti è l'accumulo di ioni idrogeno nelle cellule (acidosi intracellulare), prodotti di perossidazione lipidica, tossine e altri agenti.
4. Ribosomi.
Sotto l'azione di agenti dannosi, si osserva un raggruppamento di subunità ribosomiali (plistoma) in monosomi, una diminuzione del numero di ribosomi, il distacco degli organelli dalle membrane intracellulari e la trasformazione del reticolo endoplasmatico ruvido in uno liscio. Questi cambiamenti sono accompagnati da una diminuzione dell'intensità della sintesi proteica nella cellula.
5. Reticolo endoplasmatico.
Come risultato del danno, i tubuli della rete si espandono, fino alla formazione di grandi vacuoli e cisterne dovute all'accumulo di liquido in essi, alla distruzione focale delle membrane dei tubuli della rete e alla loro frammentazione. La violazione della struttura del reticolo endoplasmatico può essere accompagnata dallo sviluppo di distrofie cellulari, da un disturbo nella propagazione degli impulsi eccitatori, dalla funzione contrattile delle cellule muscolari e dai processi di neutralizzazione dei fattori tossici (veleni, metaboliti, radicali liberi, ecc.) .).
6. Apparato del Golgi.
Il danno all'apparato del Golgi è accompagnato da cambiamenti strutturali simili a quelli del reticolo endoplasmatico. Allo stesso tempo, l'escrezione dei prodotti di scarto dalla cellula viene interrotta, il che causa il disordine della sua funzione nel suo insieme.
7. Citoplasma.
L'azione degli agenti dannosi sulla cellula può causare una diminuzione o un aumento del contenuto di liquido nel citoplasma, proteolisi o coagulazione delle proteine e la formazione di inclusioni che non si trovano nella norma. I cambiamenti nel citoplasma, a loro volta, influenzano in modo significativo i processi metabolici che si verificano in esso, a causa del fatto che molti enzimi (ad esempio la glicolisi) sono nella matrice cellulare, la funzione degli organelli e i processi di percezione delle influenze regolatrici su la cellula.
MECCANISMI CELLULARI DI COMPENSAZIONE DEL DANNO
1. Compensazione per violazioni dell'approvvigionamento energetico delle cellule:
- intensificazione della sintesi di ATP nel processo di glicolisi, nonché respirazione dei tessuti nei mitocondri intatti;
- attivazione dei meccanismi di trasporto dell'ATP;
- attivazione dei meccanismi di utilizzo dell'energia ATP;
2. Protezione delle membrane cellulari e degli enzimi:
- aumento dell'attività dei fattori del sistema di difesa antiossidante;
- attivazione di sistemi tampone;
- aumento dell'attività degli enzimi di disintossicazione dei microsomi;
- attivazione di meccanismi per la sintesi di componenti di membrana ed enzimi;
3. Ridurre il grado o l'eliminazione dello squilibrio di ioni e liquidi nelle cellule:
- ridurre il grado di interruzione dell'approvvigionamento energetico;
- ridurre il grado di danno alle membrane e agli enzimi;
- attivazione di sistemi tampone;
4. Eliminazione delle violazioni nel programma genetico delle cellule:
- eliminazione delle rotture nei filamenti di DNA;
- eliminazione di sezioni alterate di DNA;
- sintesi di un frammento di DNA normale invece di uno danneggiato o perduto;
5. Compensazione dei disturbi della regolazione dei processi intracellulari:
- cambiamento nel numero di recettori cellulari “funzionanti”;
- cambiamento nell'affinità dei recettori cellulari per fattori regolatori;
- cambiamenti nell'attività dei sistemi adenilato e guanilato ciclasi;
- cambiamenti nell'attività e nel contenuto dei regolatori metabolici intracellulari (enzimi, cationi, ecc.);
6. Diminuzione dell'attività funzionale delle cellule.
7. Rigenerazione
8. Ipertrofia
9. Iperplasia.
1. Compensazione per violazioni del processo di approvvigionamento energetico delle cellule.
Uno dei modi per compensare i disturbi del metabolismo energetico dovuti al danno ai mitocondri è l'intensificazione del processo di glicolisi. Un certo contributo alla compensazione dei disturbi nell'approvvigionamento energetico dei processi intracellulari in caso di danno è dato dall'attivazione degli enzimi per il trasporto e l'utilizzo dell'energia ATP (adenina nucleotide transferasi, creatinfosfochinasi, ATPasi), nonché dalla diminuzione nell’attività funzionale della cellula. Quest'ultimo aiuta a ridurre il consumo di ATP.
2. Protezione delle membrane cellulari e degli enzimi.
Uno dei meccanismi di protezione delle membrane cellulari e degli enzimi è la limitazione delle reazioni dei radicali liberi e del perossido da parte degli enzimi di difesa antiossidante (superossido mutasi, catalasi, glutatione perossidasi). Un altro meccanismo per proteggere le membrane e gli enzimi dagli effetti dannosi, in particolare gli enzimi lisosomiali, potrebbe essere l'attivazione dei sistemi tampone cellulari. Ciò provoca una diminuzione del grado di acidosi intracellulare e, di conseguenza, un'eccessiva attività idrolitica degli enzimi lisosomiali. Un ruolo importante nella protezione delle membrane cellulari e degli enzimi dai danni è svolto dagli enzimi microsomiali che assicurano la trasformazione fisico-chimica degli agenti patogeni attraverso la loro ossidazione, riduzione, demetilazione, ecc. L'alterazione cellulare può essere accompagnata dalla derepressione genetica e, di conseguenza, dall'attivazione dei processi di sintesi dei componenti di membrana (proteine, lipidi, carboidrati) per sostituire quelli danneggiati o persi.
3. Compensazione dello squilibrio di ioni e liquido.
La compensazione dello squilibrio nel contenuto di ioni nella cellula può essere ottenuta attivando i meccanismi di approvvigionamento energetico delle "pompe" ioniche, nonché proteggendo le membrane e gli enzimi coinvolti nel trasporto degli ioni. Un certo ruolo nel ridurre il grado di squilibrio ionico ha l'azione dei sistemi tampone. L'attivazione dei sistemi tampone intracellulari (carbonato, fosfato, proteine) può aiutare a ripristinare i rapporti ottimali di ioni K+, Na+, Ca2+ in altri modi riducendo il contenuto di ioni idrogeno nella cellula. Una diminuzione del grado di squilibrio ionico, a sua volta, può essere accompagnata da una normalizzazione del contenuto del fluido intracellulare.
4. Eliminazione delle violazioni nel programma genetico delle cellule.
Le sezioni danneggiate del DNA possono essere rilevate ed eliminate con la partecipazione degli enzimi riparatori del DNA. Questi enzimi rilevano e rimuovono il segmento di DNA alterato (endonucleasi ed enzimi di restrizione), sintetizzano un frammento di acido nucleico normale invece di quello rimosso (DNA polimerasi) e inseriscono questo frammento appena sintetizzato al posto di quello rimosso (ligasi). Oltre a questi complessi sistemi enzimatici di riparazione del DNA, nella cellula sono presenti enzimi che eliminano i cambiamenti biochimici “su piccola scala” nel genoma. Questi includono demetilasi che rimuovono i gruppi metilici, ligasi che eliminano le rotture nelle catene del DNA che si verificano sotto l'azione delle radiazioni ionizzanti o dei radicali liberi.
5. Compensazione dei disturbi dei meccanismi di regolazione dei processi intracellulari.
Tali reazioni includono: un cambiamento nel numero di recettori per ormoni, neurotrasmettitori e altre sostanze fisiologicamente attive sulla superficie cellulare, nonché la sensibilità dei recettori a queste sostanze. Il numero di recettori può cambiare a causa del fatto che le loro molecole sono in grado di affondare nella membrana o nel citoplasma della cellula e salire sulla sua superficie. La natura e la gravità della risposta ad essi dipendono in gran parte dal numero e dalla sensibilità dei recettori che percepiscono gli stimoli regolatori.
L'eccesso o la carenza di ormoni e neurotrasmettitori o i loro effetti possono essere compensati anche a livello dei secondi mediatori: i nucleotidi ciclici. È noto che il rapporto tra cAMP e cGMP cambia non solo a causa dell'azione di stimoli regolatori extracellulari, ma anche di fattori intracellulari, in particolare fosfodiesterasi e ioni calcio. La violazione dell'attuazione degli influssi regolatori sulla cellula può essere compensata anche a livello dei processi metabolici intracellulari, poiché molti di essi si basano sulla regolazione dell'intensità del metabolismo in base alla quantità del prodotto della reazione enzimatica (il principio del feedback positivo o negativo).
6. Diminuzione dell'attività funzionale delle cellule.
Come risultato della diminuzione dell'attività funzionale delle cellule, viene assicurata una diminuzione del dispendio di energia e substrati necessari per l'implementazione della funzione e dei processi plastici. Di conseguenza, il grado e l'entità del danno cellulare sotto l'azione di un fattore patogeno sono significativamente ridotti e, dopo la cessazione della sua azione, si nota un ripristino più intenso e completo delle strutture cellulari e delle loro funzioni. I principali meccanismi che forniscono una diminuzione temporanea della funzione cellulare comprendono una diminuzione degli impulsi efferenti dai centri nervosi, una diminuzione del numero o della sensibilità dei recettori sulla superficie cellulare, la soppressione regolatoria intracellulare delle reazioni metaboliche e la repressione dell'attività dei singoli geni .
7. Rigenerazione
Con questo processo si intende la compensazione delle cellule o delle loro singole strutture in cambio di cellule morte, danneggiate o che abbiano completato il loro ciclo vitale. La rigenerazione delle strutture si accompagna al ripristino delle loro funzioni. Assegnare forme cellulari e intracellulari di rigenerazione. Il primo è caratterizzato dalla riproduzione cellulare mediante mitosi o amitosi. Il secondo è il ripristino degli organelli cellulari invece di quelli danneggiati o morti. La rigenerazione intracellulare, a sua volta, è divisa in organoide e intraorganoide. Per rigenerazione organoide si intende il ripristino e l'aumento del numero di strutture subcellulari e per rigenerazione intraorganoide si intende il numero dei loro singoli componenti (aumento delle creste nei mitocondri, lunghezza del reticolo endoplasmatico, ecc.).
8. Ipertrofia.
L'ipertrofia è un aumento del volume e della massa degli elementi strutturali di un organo, cellula. L'ipertrofia degli organelli cellulari intatti compensa la violazione o l'insufficienza della funzione dei suoi elementi danneggiati.
9. Iperplasia.
L'iperplasia è caratterizzata da un aumento del numero di elementi strutturali, in particolare degli organelli nella cellula. Spesso nella stessa cellula sono presenti segni sia di iperplasia che di ipertrofia. Entrambi questi processi forniscono non solo la compensazione del difetto strutturale, ma anche la possibilità di un aumento del funzionamento cellulare.
Le cellule - i principali elementi strutturali e funzionali dei tessuti, degli organi e dell'organismo nel suo complesso - mantengono la propria omeostasi per svolgere le proprie funzioni, effettuare il metabolismo e l'energia, implementare l'informazione genetica, trasmetterla alla prole e direttamente o indirettamente (attraverso la matrice intercellulare e i fluidi) forniscono le funzioni del corpo. Qualsiasi cella (Figura 4-1) funziona entro limiti normali (omeostasi), o adattarsi alla vita in condizioni mutevoli (adattamento), o muore quando le sue capacità adattative vengono superate (necrosi) o l'azione del segnale corrispondente (apoptosi).
omeostasi(omeocinesi) - equilibrio dinamico in una data cellula, con altre cellule, matrice extracellulare e umorale
Riso. 4-1. Omeostasi, adattamento e forme tipiche della patologia cellulare. A sinistra nell'ovale: i limiti della norma. Una proprietà essenziale dei tipici processi patologici è la loro reversibilità. Se l'entità del danno supera i limiti delle capacità adattative, il processo diventa irreversibile (esempi sono necrosi, apoptosi, displasia, crescita tumorale).
fattori che forniscono un supporto metabolico e informativo ottimale. La vita della cellula in condizioni di omeostasi - interazione costante con vari segnali e fattori.
Adattamento- adattamento in risposta ai cambiamenti nelle condizioni per l'esistenza delle cellule (compreso l'impatto di un fattore dannoso).
morte cellulare- cessazione irreversibile della vita. Si verifica a causa di un processo geneticamente programmato (apoptosi), o a seguito di una lesione mortale (necrosi).
Forme tipiche di patologia cellulare: distrofia, displasia, metaplasia, malnutrizione (atrofia), ipertrofia, nonché necrosi e forme patologiche di apoptosi.
DannoFattori dannosi
L'effetto del fattore dannoso può essere reversibile o irreversibile (Figura 4-2).
La natura del fattore dannoso tripletta: fisica, chimica o biologica (compreso il sociale).
Genesi. Per origine, i fattori dannosi si dividono in esogeni ed endogeni.
Riso. 4-2. Segni di danni reversibili e irreversibili.[su 4].
♦ Fattori esogeni(agire sulla cellula dall'esterno):
❖ influenze fisiche(meccanica, termica, radiazione, corrente elettrica);
❖ agenti chimici(acidi, alcali, etanolo, forti ossidanti);
❖ fattori infettivi(virus, rickettsie, batteri, endo- ed esotossine di microrganismi, elminti, ecc.).
♦ Agenti endogeni(formato e agire all'interno della cellula):
❖ natura fisica(ad esempio, eccesso di radicali liberi; fluttuazioni della pressione osmotica);
❖ fattori chimici(ad esempio, accumulo o carenza di ioni H+, K+, Ca 2 +, ossigeno, anidride carbonica, composti perossidici, metaboliti, ecc.);
❖ agenti biologici(ad esempio proteine, enzimi lisosomiali, metaboliti, Ig, fattori citotossici; carenza o eccesso di ormoni, enzimi, prostaglandine - Pg).
Effetti dei fattori dannosi raggiunto direttamente(fattori di danno primari) o indirettamente(quando si forma una catena di reazioni patologiche secondarie - fattori di danno secondari).
MECCANISMI DI DANNO CELLULARE
I meccanismi più importanti di alterazione cellulare includono:
♦ disturbi dell'approvvigionamento energetico della cellula;
♦ danni alle membrane e agli enzimi;
♦ attivazione dei processi dei radicali liberi e dei perossidi;
♦ squilibrio di ioni e acqua;
♦ disturbi nel genoma o nell'espressione genica;
♦ disturbi della regolazione delle funzioni cellulari.
Disturbi dell'approvvigionamento energetico della cellula
L'approvvigionamento energetico della cellula può essere disturbato nelle fasi di risintesi, trasporto e utilizzo dell'energia ATP. La causa principale dei disturbi è l'ipossia(apporto insufficiente di cellule con ossigeno e violazione dell'ossidazione biologica).
Risintesi dell'ATPè disturbato a causa di una carenza di ossigeno e di substrati metabolici, una diminuzione dell'attività della respirazione tissutale e degli enzimi della glicolisi, nonché il danneggiamento e la distruzione dei mitocondri (in cui le reazioni del ciclo di Krebs e il trasferimento di elettroni alle molecole ossigeno associato alla fosforilazione dell'ADP).
Trasporto energetico. L'energia dell'ATP racchiusa nei legami macroergici va alle strutture effettrici (miofibrille, ioni
pompe, ecc.) con l'aiuto della traslocasi ADP-ATP e del CPK. Se questi enzimi o membrane cellulari vengono danneggiati, la funzione delle strutture effettrici viene interrotta.
Recupero di energia può essere compromesso principalmente a causa di una diminuzione dell'attività delle ATPasi (miosina ATPasi, Na + K + -ATPasi della membrana plasmatica, protoni e potassio ATPasi, Ca 2 + -ATPasi, ecc.), CPK, adenina nucleotide transferasi.
Danno alla membrana
Il danno alle membrane cellulari si verifica a causa dei seguenti processi:
attivazione dell'idrolasi. Sotto l'influenza di fattori patogeni, l'attività delle lipasi, fosfolipasi e proteasi legate alla membrana, libere (solubilizzate) e lisosomiali può aumentare in modo significativo (ad esempio durante l'ipossia e l'acidosi). Di conseguenza, i fosfolipidi e le proteine di membrana subiscono idrolisi, che è accompagnata da un aumento significativo della permeabilità della membrana.
Disturbi della riparazione della membrana. Quando esposti a fattori dannosi, la sintesi riparativa delle macromolecole di membrana alterate o perse (nonché la loro sintesi de novo) soppressa, portando ad una riparazione inadeguata della membrana.
Violazioni della conformazione delle macromolecole(la loro struttura spaziale) porta a cambiamenti nello stato fisico-chimico delle membrane cellulari e dei loro recettori, che porta a distorsioni o perdita delle loro funzioni.
Rottura delle membrane. Lo stiramento eccessivo e la rottura delle membrane delle cellule e degli organelli gonfi a causa della loro iperidratazione (una conseguenza di un aumento significativo della pressione osmotica e oncotica) è un meccanismo importante per il danno della membrana e la morte cellulare.
Reazioni dei radicali liberi e dei perossidi- normalmente si tratta di un anello necessario nel trasporto degli elettroni, nella sintesi di Pg e leucotrieni, nella fagocitosi, nel metabolismo delle catecolamine, ecc. Le proteine, gli acidi nucleici e, soprattutto, i lipidi sono coinvolti nelle reazioni dei radicali liberi, data la presenza di un gran numero di essi nelle membrane cellulari (perossidazione lipidica dei radicali liberi - SPOL). Sotto l'influenza di fattori patogeni, la generazione di radicali liberi e LPOL aumenta significativamente, il che aumenta il danno cellulare.
♦ Fasi della SPOL: formazione di specie reattive dell'ossigeno - generazione di radicali liberi di sostanze organiche e inorganiche - produzione di perossidi e idroperossidi lipidici.
specie reattive dell'ossigeno- ❖ singoletto (Ό 2) ❖ radicale superossido (O 2 -)
❖ acqua ossigenata (H 2 O 2) ❖ radicale ossidrile (OH -).
♦ Proossidanti e antiossidanti. L'intensità della LPO è regolata dal rapporto tra i suoi fattori di attivazione (pro-ossidanti) e di soppressione (antiossidanti).
❖ Proossidanti- composti facilmente ossidabili che neutralizzano i radicali liberi (naftochinoni, vitamine A e D, agenti riducenti - NADPH 2, NADH 2, acido lipoico, prodotti metabolici di Pg e catecolamine).
❖ Antiossidanti- sostanze che limitano o addirittura arrestano le reazioni dei radicali liberi e dei perossidi (retinolo, carotenoidi, riboflavina, tocoferoli, mannitolo, superossido dismutasi, catalasi).
♦ Effetti detergenti degli anfifili. Come risultato dell'attivazione delle reazioni del perossido lipidico e delle idrolasi, si accumulano idroperossidi lipidici, acidi grassi liberi e fosfolipidi - anfifili (sostanze che possono essere fissate sia nelle zone idrofobiche che idrofile delle membrane). Ciò porta alla formazione di estesi cluster anfifilici (i canali transmembrana più semplici), microfratture e distruzione della membrana.
Squilibrio tra ioni e acqua
Il fluido intracellulare contiene circa il 65% di tutta l'acqua corporea ed è caratterizzato da basse concentrazioni di Na+ (10 mmol/l), Cl - (5 mmol/l), HCO 3 - (10 mmol/l), ma una elevata concentrazione di K+ (150 mmol/l) e PO 4 3- (150 mmol/l). La bassa concentrazione di Na+ e l'alta concentrazione di K+ sono dovute al lavoro della Na+,K+-ATPasi che pompa Na+ fuori dalle cellule in cambio di K+. Lo squilibrio cellulare di ioni e acqua si sviluppa in seguito a disturbi dell'approvvigionamento energetico e danni alla membrana.
Le manifestazioni degli squilibri ionici e idrici includono: ❖ cambiamenti nel rapporto dei singoli ioni nel citosol; ❖ violazione del rapporto transmembrana degli ioni; ❖ iperidratazione delle cellule; ❖ ipoidratazione cellulare; ❖ violazioni dell'elettrogenesi.
Cambiamenti nella composizione ionica a causa di danni alle ATPasi di membrana e difetti di membrana. Quindi, a causa dell'interruzione del lavoro di Na +, K + -ATPasi, il Na + in eccesso si accumula nel citosol e il K + viene perso dalla cellula.
Rigonfiamento osmotico e contrazione osmotica delle cellule. Lo stato delle cellule con un cambiamento di osmoticità è considerato in Fig. . 4-3.
Iperidratazione. Il motivo principale dell'iperidratazione delle cellule danneggiate è un aumento del contenuto di Na + , nonché di sostanze organiche, che è accompagnato da un aumento della pressione osmotica in esse e dal gonfiore cellulare. Questo è combinato con lo stretching e
Microrotture della membrana. Tale quadro si osserva, ad esempio, durante l'emolisi osmotica degli eritrociti (Fig. 4-3). Ipoidratazione si osserva cellule, ad esempio, con febbre, ipertermia, poliuria, malattie infettive (colera, febbre tifoide, dissenteria). Queste condizioni portano alla perdita di acqua da parte del corpo, che è accompagnata dal rilascio di liquidi dalle cellule, nonché di composti idrosolubili organici e inorganici.
Riso. 4-3. Stato degli eritrociti sospesi in soluzione NaCl. Ascissa: concentrazione (C) NaCl (mmol/l); lungo l'asse y: volume della cella (V). Con una concentrazione di NaCl di 154 mmol/l il volume delle cellule è uguale a quello del plasma sanguigno (soluzione isotonica di NaCl), mentre con l'aumento della concentrazione di NaCl (soluzione ipertonica di NaCl) l'acqua fuoriesce dai globuli rossi e questi si accartocciano. Con una diminuzione della concentrazione di NaCl (soluzione ipotonica di NaCl), l'acqua entra negli eritrociti e si gonfiano. Quando la soluzione è ipotonica, circa 1,4 volte il valore di una soluzione isotonica, la membrana viene distrutta. .
Disturbi dell'elettrogenesi(cambiamenti nelle caratteristiche del potenziale di membrana - MP e potenziali d'azione - AP) sono essenziali, poiché sono spesso uno dei segni importanti della presenza e della natura del danno cellulare. Un esempio sono i cambiamenti dell'ECG con danni alle cellule del miocardio, gli elettroencefalogrammi con patologia dei neuroni cerebrali, gli elettromiogrammi con cambiamenti nelle cellule muscolari.
Disturbi genetici
I cambiamenti nel genoma e nell’espressione genica sono un fattore significativo nel danno cellulare. Tali disturbi includono mutazioni, derepressioni e repressioni di geni, trasfezioni e disturbi mitotici.
Mutazioni(Pertanto, una mutazione nel gene dell'insulina porta allo sviluppo del diabete).
Derepressione gene patogeno (la depressione dell'oncogene è accompagnata dalla trasformazione di una cellula normale in una cellula tumorale).
Repressione un gene vitale (la soppressione dell'espressione del gene della fenilalanina 4-monoossigenasi provoca iperfenilalaninemia e lo sviluppo di oligofrenia).
Trasfezione(introduzione di DNA estraneo nel genoma). Ad esempio, la trasfezione del DNA del virus dell'immunodeficienza porta alla comparsa dell'AIDS.
Disturbi mitotici(ad esempio, nell'anemia megaloblastica si osserva la divisione dei nuclei degli eritrocariociti senza divisione del citoplasma) e meiosi(la violazione della divergenza dei cromosomi sessuali porta alla formazione di malattie cromosomiche).
MANIFESTAZIONI DI DANNO CELLULARE
Qualsiasi danno alla cellula provoca cambiamenti specifici e non specifici di vari gradi di gravità. Cambiamenti specifici svilupparsi con l'azione determinato fattore patogeno su celle diverse o alcuni tipi di cellule sotto l'azione di vari agenti dannosi.
fattori patogeni, causando cambiamenti specifici in varie cellule: pressione osmotica, disaccoppianti, iperaldosteronemia, ecc.
♦ pressione osmotica. Un aumento della pressione osmotica in una cellula è sempre accompagnato dalla sua iperidratazione, stiramento delle membrane e violazione della loro integrità (il fenomeno della "distruzione osmotica delle cellule").
♦ Disaccoppiatori. Sotto l'influenza di disaccoppiatori di ossidazione e fosforilazione (ad esempio acidi grassi superiori - VFA o Ca 2 +), l'accoppiamento di questi processi e l'efficienza dell'ossidazione biologica vengono ridotti o bloccati.
♦ Iperaldosteronemia. Un aumento del contenuto di aldosterone nel sangue e nell'interstizio porta all'accumulo di Na+ nelle cellule.
gruppi di cellule, reagendo con modifiche specifiche all'azione di vari agenti dannosi:
♦ Elementi muscolari reagiscono all'influenza di vari fattori patogeni di notevole forza sviluppando la loro contrattura.
♦ globuli rossi con lesioni varie subiscono emolisi con liberazione di Hb.
Cambiamenti non specifici(stereotipato, standard) svilupparsi quando vari tipi di cellule vengono danneggiate ed esposte ad una vasta gamma di agenti patogeni.Esempi: acidosi, eccessiva attivazione delle reazioni dei radicali liberi e del perossido, denaturazione delle molecole proteiche, aumento della permeabilità delle membrane cellulari, squilibrio degli ioni e dell'acqua, ridotta efficienza dell'ossidazione biologica.
Forme tipiche di patologia
Le principali forme tipiche di patologia cellulare sono la loro ipotrofia e atrofia, ipertrofia e distrofia, displasia, metaplasia, nonché necrosi e apoptosi.
ipotrofia e atrofia. L'ipotrofia è caratterizzata da una diminuzione delle dimensioni e della massa della cellula, il cui grado estremo è l'atrofia. L'ipotrofia e l'atrofia sono solitamente combinate con una diminuzione del numero di cellule: ipoplasia. Ciò porta ad una diminuzione del volume dell'organo, all'assottigliamento della pelle e delle mucose. Esempio: una diminuzione della massa e del numero di cellule in un tessuto o organo ischemico. Ipertrofia. L'ipertrofia è caratterizzata da un aumento delle dimensioni e della massa della cellula. Ciò è spesso accompagnato da un aumento del numero di cellule (iperplasia). Assegnare l'ipertrofia fisiologica e patologica.
Ipertrofia fisiologicaè adattivo (ad esempio, ipertrofia del muscolo scheletrico negli atleti).
Ipertrofia patologica ha (insieme a quello adattativo) un significato patologico. Esistono ipertrofia patologica lavorativa, indiretta e neuroumorale, combinata con il rimodellamento di un organo o tessuto.
♦ Ipertrofia lavorativa si sviluppa con un carico costantemente aumentato (ad esempio, ipertrofia miocardica patologica nell'ipertensione).
♦ Ipertrofia vicaria (sostitutiva). si sviluppa in uno degli organi accoppiati quando il secondo viene rimosso.
♦ Ipertrofia neuroumorale si sviluppa in violazione della regolazione neuroumorale (ad esempio acromegalia, ginecomastia).
Distrofia
Le distrofie cellulari sono disturbi metabolici accompagnati da disfunzione delle cellule.
I meccanismi delle distrofie sono vari:
❖ sintesi di sostanze anomale (normalmente non presenti nella cellula) (ad esempio il complesso proteina amiloide-polisaccaride);
❖ conversione eccessiva di alcuni composti in altri (ad esempio, i carboidrati in grassi nel diabete mellito);
❖ decomposizione (fanerosi): disintegrazione di strutture e sostanze subcellulari (ad esempio, complessi proteici-lipidici delle membrane nell'ipossia cronica);
❖ infiltrazione di cellule e sostanza intercellulare con composti organici e inorganici (ad esempio, lipoproteine a bassa densità - LDL e Ca 2 + intima arteriosa nell'aterosclerosi).
Classificazione. Il criterio principale per la classificazione delle distrofie cellulari è la violazione predominante del metabolismo di alcune classi di sostanze. In relazione a questo criterio, ci sono disproteinosi(distrofie proteiche), lipidosi(degenerazioni grasse), dispigmentosi(distrofie pigmentate), Distrofie di carboidrati e minerali. In un gruppo separato sono thesaurismi(malattia da accumulo).
❖ Disproteinosi. Le distrofie proteiche sono caratterizzate da un cambiamento nelle proprietà fisico-chimiche delle proteine cellulari. Assegnare la distrofia granulare, a goccia ialina e idropica.
❖ Lipidosi. Le degenerazioni grasse sono caratterizzate da un aumento del contenuto di lipidi intracellulari e dalla loro ridistribuzione nei tessuti e negli organi. Esistono lipidosi primarie e secondarie.
❖ Lipidosi primarie si osservano, di regola, nelle fermentopatie geneticamente determinate (ad esempio gangliosidosi, cerebrosidosi, sfingolipidosi).
❖ Lipidosi secondarie svilupparsi a seguito dell'esposizione a vari fattori patogeni, come ipossia, infezioni gravi, malattie sistemiche, avvelenamento (compresi alcuni farmaci - citostatici, antibiotici, barbiturici).
❖ distrofie dei carboidrati. Sono caratterizzati da disturbi nel metabolismo dei polisaccaridi (glicogeno, mucopolisaccaridi) e delle glicoproteine (mucine, mucoidi).
❖ Polisaccaridi. In caso di disturbi nel metabolismo dei polisaccaridi nelle cellule, diminuzione del contenuto di carboidrati (ad esempio glicogeno nel DM), assenza di carboidrati (aglicogenosi; ad esempio nella cirrosi epatica o nell'epatite cronica) e accumulo di eccessi carboidrati (ad esempio, glicogenosi di von Gierke - sindrome nefromegalica - infiltrazione di glicogeno nelle cellule) si possono osservare nei reni).
❖ Glicoproteine. Le distrofie dei carboidrati associate ad un alterato metabolismo delle glicoproteine sono caratterizzate, di regola, dall'accumulo di mucine e mucoidi che hanno una consistenza mucosa (a questo proposito sono anche chiamate distrofie mucose).
♦ Dispigmentosi. Le distrofie pigmentarie sono classificate in base alla loro origine (primaria e secondaria), al meccanismo di sviluppo, alla struttura del pigmento, alle manifestazioni e alla prevalenza (locale e sistemica). Esempi:
❖ Particelle di fuliggine, carbone e così via. si accumulano nei macrofagi dei polmoni a causa dell'atmosfera inquinata. A questo proposito, il tessuto polmonare acquisisce un colore grigio scuro.
❖ Emosiderina. Durante l'emolisi degli eritrociti, l'Hb viene rilasciato, viene catturato dai macrofagi del fegato, della milza e del midollo osseo rosso e convertito in un pigmento marrone: l'emosiderina.
♦ Distrofie minerali. Tra le distrofie minerali, la massima importanza clinica sono i disordini metabolici di calcio, potassio, ferro, zinco, rame sotto forma di depositi salini di questi elementi chimici (ad esempio calcinosi, siderosi, deposizione di rame nella distrofia epatocerebrale).
♦ Thesaurismi(dal greco. thesauros- tesoreria) - malattie da conservazione prodotti intermedi del metabolismo dei carboidrati, glicosaminoglicani, lipidi e proteine. La maggior parte dei thesaurismosi sono il risultato di fermentopatie ereditarie. A seconda del tipo di sostanze accumulate, i thesaurismosi si dividono in lipidi (lipidosi), glicogeno (glicogenosi), amminoacidi, nucleoproteine, mucopolisaccaridi (mucopolisaccaridosi), mucolipidi (mucolipidosi). In gruppi separati si distinguono le malattie da accumulo lisosomiale e perossisomiale. Esempi:
❖ malattia di Tay-Sachs- deficit congenito dei neuroni dell'esosaminidasi A lisosomiale - caratterizzato dall'accumulo di gangliosidi nel citoplasma delle cellule nervose.
❖ Sindrome cerebroepatorenale(Sindrome di Zellweger) - tipico malattia da accumulo lisosomiale, sviluppandosi a causa di difetti nei geni che codificano per le proteine del perossisoma (nel plasma sanguigno e nei tessuti, il contenuto di acidi grassi a catena lunga aumenta).
❖ Malattia di Gaucher- accumulo di glucocerebrosidi in eccesso nelle cellule fagocitiche della milza e del midollo osseo rosso.
❖ Glicogenosi- accumulo nel citoplasma delle cellule degli organi interni di varie forme di glicogeno anormale.
Metaplasia
Metaplasia- sostituzione delle cellule caratteristiche di un dato organo con cellule normali di tipo diverso. Esempi:
♦ Le malattie infiammatorie croniche dei polmoni, la carenza di vitamina A, il fumo portano alla comparsa di isole di epitelio squamoso stratificato tra le cellule dell'epitelio ciliato dei bronchi.
♦ Nella cervicite cronica è possibile sostituire un epitelio cilindrico monostrato con uno squamoso stratificato.
♦ In seguito al reflusso (reflusso) del contenuto acido dello stomaco, l'epitelio squamoso stratificato della mucosa esofagea viene sostituito da un epitelio monostrato caratteristico dell'intestino tenue (esofago di Barrett).
La metaplasia è considerata come stato di confine(al limite della normalità). In alcuni casi, le aree di metaplasia diventano displastiche, il che è irto della loro trasformazione tumorale. Displasia- violazioni della differenziazione cellulare, accompagnate da cambiamenti persistenti nella loro struttura, metabolismo e funzione (atipia cellulare). A differenza delle metaplasie, le displasie sono caratterizzate dalla comparsa di segni di atipia cellulare con struttura e architettura tissutale intatte. La displasia precede la crescita del tumore (condizioni precancerose).
MORTE CELLULARE
Le cellule muoiono sia in condizioni normali che patologiche. Distinguere due varianti fondamentalmente diverse della morte cellulare- necrosi(morte cellulare dovuta alla sua significativa - letale - danno) e apoptosi(morte cellulare a seguito dell'attivazione di uno speciale programma di morte).
Necrosi
Necrosi(dal greco. necro- morto) - morte patologica delle cellule a seguito dell'azione di fattori dannosi su di esse.
La necrosi è lo stadio finale delle distrofie cellulari o una conseguenza dell'azione diretta di fattori dannosi di forza significativa (distruttiva) sulla cellula. I principali collegamenti nella patogenesi della necrosi sono gli stessi del danno cellulare, ma con lo sviluppo della necrosi si intensificano al massimo e si sviluppano sullo sfondo della mancanza di meccanismi adattativi (protezione e rigenerazione delle strutture danneggiate, compensazione dei processi disturbati) . L'irreversibilità del danno cellulare è solitamente evidenziata da rotture della membrana plasmatica e cambiamenti pronunciati nella struttura del nucleo. (carioresi- pause
membrana nucleare, frammentazione nucleare; cariolisi- sputtering della cromatina; cariopicnosi- increspamento del contenuto del nucleo).
♦ Paranecrosi e necrobiosi. La necrosi è preceduta dalla paranecrosi (cambiamenti simili alla necrosi, ma comunque reversibili nel metabolismo e nella struttura cellulare) e dalla necrobiosi (un insieme di cambiamenti distrofici irreversibili che portano alla necrosi).
♦ Lisi e autolisi. Le cellule necrotizzate subiscono la distruzione (lisi). Se la decomposizione viene effettuata con l'aiuto di enzimi lisosomiali e radicali liberi delle cellule morte, il processo si chiama autolisi.
♦ Eterolisi. La distruzione delle cellule danneggiate e morte con la partecipazione di altre cellule (intette) (che migrano nella zona di alterazione dei fagociti, così come i microbi che vi sono entrati) è detta eterolisi.
Eziologia e patogenesi della necrosi. Esistono diversi principali fattori eziologici della necrosi: traumatici, tossici, trofonevrotici, circolatori e immunogenici. L'ischemia, l'iperemia venosa e la linfostasi che si sviluppano a causa dell'azione di questi fattori sono accompagnate da ipossia e attivazione di meccanismi di danno cellulare, che alla fine portano alla necrosi.
♦ Necrosi traumatica.È il risultato dell'azione diretta sul tessuto di fattori fisici (meccanici, temperatura, vibrazioni, radiazioni) e di altri fattori.
♦ Necrosi tossica. Si sviluppa sotto l'azione delle tossine, più spesso microbiche, sui tessuti.
♦ Necrosi trofonevrotica si sviluppa in violazione dell'afflusso di sangue o dell'innervazione dei tessuti con danni al sistema nervoso periferico. Un esempio di necrosi trofoneurotica è piaghe da decubito.
♦ Necrosi immunogenica- il risultato della citolisi durante reazioni immunitarie e allergiche autoaggressive. Un esempio potrebbe essere necrosi fibrinoide con il fenomeno di Arthus. La citolisi che coinvolge linfociti T killer, cellule NK e fagociti porta alla necrosi dei siti epatici nell'epatite cronica.
♦ Necrosi circolatoria. Causato da insufficienza di circolazione sanguigna nei vasi sanguigni e linfatici a causa della loro trombosi, embolia, spasmo prolungato, compressione dall'esterno. Una circolazione insufficiente nel tessuto provoca ischemia, ipossia e necrosi.
apoptosi
apoptosi(dal greco. apoptosi- foglie che cadono) - morte cellulare programmata.
Questa è la differenza fondamentale tra apoptosi e necrosi. L'apoptosi è una componente di molti processi fisiologici e viene osservata anche durante l'adattamento cellulare a fattori ambientali. Il ruolo biologico dell'apoptosi è quello di mantenere un equilibrio tra i processi di proliferazione e morte cellulare. L’apoptosi è un processo dipendente dall’energia. Le violazioni o il blocco dell'apoptosi possono causare patologie (crescita di tumori, reazioni di autoaggressione immunitaria, immunodeficienze, ecc.).
Esempi di apoptosi
♦ Morte cellulare programmata durante lo sviluppo embrionale, l'istogenesi e la morfogenesi degli organi. Esempio: la morte dei neuroblasti (dal 25 al 75%) in determinate fasi dello sviluppo cerebrale.
♦ Morte delle cellule che hanno adempiuto alla loro funzione(ad esempio, cellule immunocompetenti dopo la fine della risposta immunitaria o eosinofili dopo la degranulazione).
♦ Eliminazione dei linfociti T autoaggressivi in determinate fasi dello sviluppo del timo o dopo la fine della risposta immunitaria.
♦ Invecchiamento accompagnato da involuzione ormone-dipendente e apoptosi delle cellule endometriali, atresia dei follicoli ovarici nelle donne in menopausa, nonché della prostata e del tessuto testicolare negli uomini anziani.
♦ Trasfezione- l'introduzione di un frammento dell'acido nucleico del virus nella cellula (ad esempio nell'epatite virale, nella miocardite, nell'encefalite, nell'AIDS) spesso ne provoca l'apoptosi.
♦ crescita del tumore naturalmente accompagnato dall'apoptosi di un gran numero di cellule trasformate.
Meccanismo dell'apoptosi
Nel corso dell'apoptosi si distinguono quattro fasi: iniziazione, programmazione, implementazione del programma e rimozione della cellula morta. Fase di iniziazione. In questa fase, i segnali informativi vengono percepiti dai recettori cellulari e i segnali vengono trasmessi all'interno della cellula.
♦ Segnali transmembrana suddivisi in “negativi”, “positivi” e misti. ❖ Un segnale “negativo” significa che l'effetto sulla cellula è cessato, oppure che nel tessuto non sono presenti fattori di crescita o citochine che regolano la divisione e la maturazione cellulare, nonché ormoni che controllano lo sviluppo cellulare. ❖ Un segnale “positivo” implica che la cellula è esposta a un agente che innesca il programma di apoptosi. Ad esempio, il legame del TNF al suo recettore di membrana CD95 attiva il programma di morte cellulare. ❖ Segnale misto: una combinazione di segnali del primo e del secondo gruppo. Pertanto, i linfociti stimolati da un mitogeno, ma non in contatto con Ag estraneo, vanno incontro ad apoptosi; muoiono anche i linfociti, sui quali
Ag ha agito, ma non ha ricevuto altri segnali (ad esempio mitogenici).
♦ Tra stimoli intracellulari per l'apoptosi i più importanti sono: ❖ eccesso di H+ e radicali liberi; ❖ temperatura elevata; ❖ Virus intracellulari e ❖ Ormoni che forniscono il loro effetto attraverso i recettori nucleari (ad esempio glucocorticoidi).
Fase di programmazione(controllo e integrazione dei processi di apoptosi). Esistono due opzioni per implementare la fase di programmazione: l'attivazione diretta delle caspasi e delle endonucleasi effettrici (bypassando il genoma cellulare) e la loro attivazione indiretta attraverso l'espressione di determinati geni.
♦ Trasmissione diretta del segnale. Viene effettuato attraverso proteine adattatrici, granzimi e citocromo C. La trasmissione diretta del segnale si osserva nelle cellule non nucleari (ad esempio negli eritrociti).
♦ Trasduzione del segnale mediata dal genoma. In questa fase, proteine specializzate bloccano un segnale potenzialmente letale oppure segnalano l’apoptosi attivando il programma esecutivo.
❖ Proteine inibitorie apoptosi (prodotti di espressione di geni anti-apoptotici Bcl-2, Bcl-XL) bloccare l'apoptosi (ad esempio, riducendo la permeabilità delle membrane mitocondriali, in relazione alla quale diminuisce la probabilità di rilascio di uno dei fattori scatenanti dell'apoptosi, il citocromo C, nel citosol).
❖ Proteine promotrici apoptosi (ad esempio, proteine la cui sintesi è controllata dai geni Cattivo, Bax, anti-oncogeni Rb o p 53) attivano le proteasi effettrici della cisteina (caspasi ed endonucleasi).
Fase di attuazione del programma(esecutivo, effettore) consiste nella morte cellulare, effettuata attraverso l'attivazione di proteasi ed endonucleasi. Gli esecutori diretti dell '"uccisione" della cellula sono le endonucleasi dipendenti da Ca 2 +, Mg 2 + (catalizzano la scomposizione degli acidi nucleici) e le caspasi effettrici (scindono le proteine). Allo stesso tempo, nella cellula si formano frammenti contenenti i resti di organelli, citoplasma, cromatina e citolemma e si staccano da essa - corpi apoptotici.
Lo stadio di rimozione di frammenti di cellule morte. Sulla superficie dei corpi apoptotici sono presenti ligandi con cui interagiscono i recettori delle cellule fagocitiche. I fagociti rilevano, fagocitano e distruggono i corpi apoptotici (eterolisi). Di conseguenza, il contenuto della cellula distrutta non entra nello spazio intercellulare e durante l'apoptosi non c'è risposta infiammatoria.
NECROPTOSI
Negli ultimi anni è stata descritta un'altra variante della morte cellulare, che differisce sia dall'apoptosi che dalla necrosi. È etichettato come necroptosi. Il programma di necroptosi può essere stimolato, come l'apoptosi, dai ligandi dei recettori cellulari della famiglia dei fattori di necrosi tumorale (TNFα). Tuttavia, la morte cellulare avviene senza l'attivazione delle proteasi legate alle caspasi (la necroptosi si sviluppa con la completa soppressione dell'attività della caspasi).
Il meccanismo di distruzione cellulare nella necroptosi è più simile all'autolisi. Si ritiene che la necroptosi sia uno dei peculiari meccanismi di morte delle cellule nervose negli ictus.
Adattamento cellulare
MECCANISMI DI ADATTAMENTO CELLULARE AL DANNO
Il complesso delle reazioni adattative delle cellule è diviso in intracellulare e intercellulare.
Meccanismi adattativi intracellulari
I meccanismi di adattamento intracellulari si realizzano nelle stesse cellule danneggiate. Tali meccanismi comprendono: ❖ compensazione dei disturbi nell'approvvigionamento energetico della cellula; ❖ protezione delle membrane cellulari e degli enzimi; ❖ riduzione o eliminazione dello squilibrio di ioni e acqua nella cellula; ❖ eliminazione dei difetti nell'attuazione del programma genetico della cellula;
Compensazione dei disturbi della regolazione dei processi intracellulari;
Diminuzione dell'attività funzionale delle cellule; ❖ azione delle proteine da shock termico; ❖ rigenerazione; ❖ ipertrofia; ❖ iperplasia.
Compensazione dei disturbi energeticiè fornito dall'attivazione dei processi di risintesi e trasporto di ATP, una diminuzione dell'intensità del funzionamento delle cellule e dei processi plastici in esse.
Eliminazione dello squilibrio di ioni e acqua nella cellula avviene attivando i sistemi cellulari tampone e di trasporto.
Eliminazione dei difetti genetici si ottiene mediante la riparazione del DNA, l'eliminazione dei frammenti di DNA alterati, la normalizzazione della trascrizione e della traduzione.
Compensazione dei disturbi della regolazione dei processi intracellulari consiste nel modificare il numero di recettori, la loro sensibilità ai ligandi, la normalizzazione dei sistemi mediatori.
Diminuzione dell'attività funzionale delle cellule consente di risparmiare e ridistribuire le risorse e, quindi, di aumentare la capacità di compensare i cambiamenti causati da un fattore dannoso. Di conseguenza, il grado e l'entità del danno cellulare sotto l'azione di
del fattore patogeno si riducono e, al termine della sua azione, si nota un ripristino più intenso e completo delle strutture cellulari e delle loro funzioni.
Proteine da shock termico(HSP, da Proteine da shock termico; proteine dello stress) vengono sintetizzate intensamente quando le cellule sono esposte a fattori dannosi. Queste proteine sono in grado di proteggere la cellula dai danni e prevenirne la morte. Gli HSP più comuni hanno pesi molecolari di 70.000 (hsp70) e 90.000 (hsp90). Il meccanismo d'azione di queste proteine è vario e consiste nella regolazione dei processi di assemblaggio e conformazione di altre proteine.
Meccanismi adattativi intercellulari
I meccanismi di adattamento intercellulari (sistemici) sono implementati dalle cellule intatte nel processo di interazione con quelle danneggiate.
Meccanismi di interazione cellulare:
♦ scambio di metaboliti, citochine locali e ioni; ❖ implementazione delle reazioni del sistema IBN;
♦ cambiamenti nella circolazione linfatica e sanguigna;
♦ influenze endocrine;
♦ influenze nervose.
Esempi
♦ Ipossia. Una diminuzione del contenuto di ossigeno nel sangue e nelle cellule stimola l'attività dei neuroni del centro respiratorio, l'attività del sistema cardiovascolare e il rilascio di globuli rossi dal midollo osseo. Di conseguenza, il volume della ventilazione alveolare, la perfusione tissutale con il sangue, il numero di eritrociti nel sangue periferico aumentano, il che riduce o elimina la mancanza di ossigeno e attiva il metabolismo nelle cellule.
♦ Ipoglicemia. Il danno cellulare in condizioni di ipoglicemia può essere ridotto a seguito dell'increzione di glucagone, adrenalina, glucocorticoidi, ormone somatotropo (GH), che aumentano il livello di glucosio nel plasma sanguigno e trasportano il glucosio nelle cellule.
♦ Ischemia. Una diminuzione dell'afflusso di sangue arterioso a qualsiasi area del tessuto, di regola, è accompagnata da un aumento del flusso sanguigno attraverso i vasi collaterali (bypass), che ripristina la fornitura di ossigeno e substrati metabolici alle cellule.
Aumento della resistenza cellulare ai danni
Misure e mezzi che aumentano la resistenza delle cellule intatte all'azione di fattori patogeni e stimolano i meccanismi di adattamento in caso di danno cellulare sono suddivisi in:
♦ per uso previsto per scopi medici e profilattici;
♦ per natura in farmaci, non farmaci e combinati;
♦ concentrandosi sugli aspetti etiotropici, patogenetici e sanogenetici.
Misure preventive e curative
agenti non farmaceutici. Gli agenti non farmacologici vengono utilizzati per prevenire il danno cellulare. Questi agenti aumentano la resistenza delle cellule a numerosi agenti patogeni.
Esempio. Allenare il corpo (secondo un determinato schema) con ipossia moderata, fattori di stress, attività fisica e raffreddamento aumenta la resistenza a ipossia significativa, ischemia, freddo, agenti infettivi e altri. L'aumento della resistenza cellulare durante l'allenamento si basa sull'aumento dell'affidabilità e della potenza dei sistemi regolatori, sui meccanismi di approvvigionamento energetico e plastico delle cellule, sulle loro reazioni compensatorie, di recupero e protettive, sui meccanismi di sintesi proteica e di riparazione del DNA, sui processi di formazione di strutture subcellulari e altri cambiamenti.
Farmaci. I farmaci (PM) vengono utilizzati principalmente per attivare meccanismi adattativi dopo l'esposizione ad un agente patogeno. La maggior parte dei farmaci viene utilizzata a scopo di terapia etiotropica o patogenetica.
Le principali influenze volte a ridurre la forza dell'effetto patogeno sulle cellule o a bloccare il meccanismo di sviluppo del processo patologico includono: ridurre il grado o eliminare le violazioni dell'approvvigionamento energetico delle cellule; correzione e protezione dei meccanismi di trasporto transmembrana, distribuzione intracellulare degli ioni e controllo del volume cellulare; prevenzione dei danni all'apparato genetico della cellula; ? correzione dei meccanismi di regolazione e integrazione dei processi intracellulari.
Impatti combinati dare il massimo effetto (sia terapeutico che profilattico).
Principi generali di terapia e prevenzione
I principi generali di terapia e prevenzione comprendono principi etiotropici, patogenetici e sanogenetici.
Effetti etiotropici mirato a prevenire l'azione (prevenzione) o ad eliminare, fermare, ridurre la forza o la durata dell'influenza dei fattori patogeni sulle cellule, nonché ad eliminare le condizioni favorevoli all'attuazione di questa azione (trattamento).
Misure sanogenetiche mirano ad attivare meccanismi di adattamento (compensazione, protezione, ripristino e adattamento delle cellule) alle mutevoli condizioni, che impediscono lo sviluppo della malattia (prevenzione) o accelerare il recupero del corpo (trattamento).
Influenze patogenetiche mirato a rompere i legami della patogenesi proteggendo i meccanismi di fornitura di energia alle cellule, correggendo il trasferimento transmembrana, la distribuzione intracellulare degli ioni e controllando il volume cellulare; prevenendo l'azione di fattori che causano cambiamenti nell'apparato genetico delle cellule.
Nel sistema nervoso centrale.
Modelli generali
I processi di compensazione nel sistema nervoso sono più spesso considerati come reazioni che si verificano dopo lesioni, interventi chirurgici o determinati fenomeni patologici. In un numero significativo di casi, i medici si trovano ad affrontare una condizione in cui un processo patologico si sta già sviluppando nel sistema nervoso, ma non causa ancora disturbi funzionali e non viene rilevato senza studi speciali.
I processi compensatori vengono inizialmente implementati grazie a meccanismi intrastrutturali che si verificano, ad esempio, all'interno di un nucleo del sistema nervoso. Tale compensazione si basa su una serie di complessi riarrangiamenti della struttura stessa. Ciò è possibile attraverso l'utilizzo delle riserve disponibili della struttura e attraverso il vicariato.
La vicariazione in questo caso dovrebbe essere intesa come un aumento dell'attività e della funzionalità degli elementi strutturali conservati. Ad esempio, la transizione dei neuroni monomodali a polimodali, dei neuroni monosensoriali a polisensoriali. Questo meccanismo in caso di disturbi del sistema nervoso centrale si basa sul fatto che ciascuna delle sue strutture è potenzialmente polifunzionale. La compensazione infrastrutturale dipende spesso dalle caratteristiche individuali dell'organizzazione degli analizzatori nell'uomo. Quindi, il 17° campo di alcune persone può essere due volte più grande di quello di altri. Alcune persone hanno notato l'espansione del campo della zona maculare 17 o della parte anteriore di questo campo, l'area della visione periferica. È anche noto che in alcuni individui i corpi genicolati laterali
superare la media del 185%. Naturalmente in tutti questi casi le possibilità compensative sono molto più ampie.
È previsto un altro modo di risarcimento intrasistema interazioni, ad esempio, all'interno del sistema striopallidar, quando la disfunzione del nucleo caudato nella regolazione della motilità può essere compensata dal putamen.
Viene realizzata la terza via di compensazione intersistema interazioni. La compensazione, come processo intersistemico, è dovuta principalmente alla partecipazione all'eliminazione della patologia in via di sviluppo di una struttura da parte di strutture funzionalmente correlate di altri sistemi. In questo caso un altro sistema, grazie alla formazione di nuove connessioni temporanee, può garantire la conservazione della funzione che il sistema danneggiato dal processo patologico è primariamente chiamato a svolgere.
Va notato che tutte le modalità di compensazione vengono attuate in parallelo, ma il peso della partecipazione di ciascuna di esse nelle diverse fasi dello sviluppo della patologia è diverso. Nelle fasi iniziali, gran parte della compensazione viene effettuata a causa di processi intrastrutturali, con l'aumento della patologia diventa più importante la compensazione intra-sistema, quindi inter-sistema.
Molto spesso non esiste alcun parallelo tra i disturbi morfologici del sistema nervoso centrale e la capacità di questa struttura di svolgere la sua funzione intrinseca. Ad esempio, in caso di danno al cervelletto causato da un tumore in crescita, la compensazione è così perfetta che i sintomi clinici compaiono quando la maggior parte del cervelletto è morta. La compensazione delle funzioni viene realizzata con maggiore successo con un processo patologico a crescita lenta in giovane età.
Pertanto, è noto che Louis Pasteur in gioventù subì un'emorragia cerebrale, che portò ad una significativa distruzione della corteccia dell'emisfero destro del suo cervello. Tuttavia, ciò non ha impedito a Pasteur di mantenere e sviluppare le sue capacità mentali e di svolgere un lavoro eccezionale nel campo della biologia.
In un altro caso ben noto, un bambino di 12 anni ha quasi subito la rimozione della maggior parte del cervelletto sinistro dopo aver subito un quadruplo intervento chirurgico per un tumore al cervello. Immediatamente dopo ogni operazione, il bambino ha manifestato disturbi nella sfera motoria, nella parola e in altre funzioni cerebrali. Tuttavia, queste violazioni sono state rapidamente compensate.
Le capacità compensatorie del cervello diminuiscono con l'età, ciò è dovuto all'indebolimento della labilità nella formazione di nuove connessioni funzionali.
Caratteristiche del sistema nervoso centrale
Fornire meccanismi di compensazione
Funzioni compromesse
I meccanismi fisiologici di compensazione delle disfunzioni delle formazioni del sistema nervoso centrale si basano sulle proprietà specifiche dei neuroni nelle strutture sottocorticali e corticali del cervello.
Queste proprietà includono:
La multifunzionalità di ciascuno degli elementi
sistema nervoso;
Neuroni polisensoriali;
Specializzazione relativa dei neuroni
altre aree del cervello;
Localizzazione delle funzioni nella corteccia;
Elaborazione parallela (simultanea) di diversi
informazioni sensoriali;
Capacità di autoregolamentazione, auto-organizzazione;
meccanismo dominante;
Principio riflesso di funzionamento;
Feedback;
La ridondanza è strutturale e funzionale;
Affidabilità;
Asimmetria funzionale;
Il principio di un percorso finale comune;
La capacità degli elementi nervosi di sincronizzarsi
zioni di attività;
Plasticità dei centri nervosi e di quelli individuali
ronov;
Principio di irradiazione e concentrazione attiva
sti;
Integrazione del sistema nervoso.
Polifunzionalità. La funzione principale del sistema nervoso è raccogliere, elaborare, archiviare, riprodurre e trasmettere informazioni al fine di organizzare attività intellettuali e comportamentali, regolare il funzionamento di organi, sistemi di organi e garantire la loro interazione.
Molte di queste funzioni sono già implementate a livello subneuronale. Pertanto, microtubuli, sinapsi, dendriti, membrane neuronali hanno la capacità di svolgere tutte le funzioni informative del sistema nervoso: percezione, elaborazione, archiviazione, riproduzione multipla e trasmissione di informazioni. Questo è il principio fondamentale del funzionamento del sistema nervoso: il principio della multifunzionalità.
La polifunzionalità è inerente alla maggior parte delle strutture del sistema nervoso centrale. Ad esempio, la stimolazione della stessa struttura del globo pallido con diverse frequenze di impulso può causare una risposta motoria o autonomica. La corteccia sensomotoria è in grado di percepire segnali provenienti dalla pelle, dalla vista, dall'udito e da altri tipi di ricezione. IN
in risposta a questi segnali nella corteccia sensomotoria, si formano reazioni che di solito si verificano durante la normale attività dell'estremità corticale dell'analizzatore visivo, uditivo o di altro tipo.
Pertanto, grazie alla multifunzionalità, la stessa funzione può essere svolta da diverse strutture cerebrali. Questo punto fondamentale testimonia le possibilità quasi illimitate di compensazione della funzione nel sistema nervoso centrale.
Le proprietà della polifunzionalità dei centri nervosi sono strettamente correlate alla proprietà polisensoriale neuroni.
La polisensorialità è la capacità di un neurone di rispondere a segnali provenienti da diversi sistemi afferenti. I neurofisiologi distinguono i neuroni monosensoriali, che rispondono a un solo tipo di segnale, bi-sensoriali - reagendo a due segnali diversi, ad esempio, alcuni neuroni della corteccia visiva possono rispondere a stimoli visivi e uditivi. Infine, nella corteccia cerebrale ci sono neuroni che rispondono a tre o più tipi di segnali. Questi neuroni sono chiamati polisensoriali.
Oltre alla capacità di rispondere agli stimoli provenienti da diversi sistemi sensoriali, i neuroni in alcune aree del cervello sono in grado di rispondere solo a una caratteristica dello stimolo sensoriale, ad esempio a una certa frequenza di un suono o solo a un colore. Tali neuroni sono chiamati monomodale.
I neuroni monomodali sono altamente selettivi e altamente sensibili a determinati tipi di stimoli, ad es. questi neuroni sono specializzato. I neuroni specializzati sono localizzati nelle aree delle proiezioni primarie
analizzatori. Tali zone sono le aree primarie delle zone visive, uditive, cutanee e di altre zone corticali.
Determina la posizione predominante dei neuroni monosensoriali localizzazione delle funzioni nella corteccia. Nella storia dello studio della localizzazione delle funzioni nella corteccia cerebrale si possono distinguere due idee: secondo una di esse, le funzioni motorie e sensoriali sono rappresentate da aree strettamente locali, il cui danno dovrebbe escludere per sempre l'una o l'altra funzione. La visione opposta è giustificata equipotenzialità corteccia nell’implementazione delle abilità sensoriali e motorie.
Come risultato di molti anni di ricerca sul sistema nervoso centrale, si è formata una visione di compromesso. Allo stato attuale, si può considerare accertato che la localizzazione delle funzioni nella corteccia è determinata principalmente dai neuroni monosensoriali, che hanno le soglie di sensibilità più basse ai loro stimoli adeguati. Tuttavia, accanto a questi neuroni ci sono sempre neuroni polisensoriali che garantiscono l'interazione della struttura locale con altre strutture cerebrali, e quindi la possibilità di formare una connessione temporanea, compensando le violazioni delle funzioni della loro struttura e delle strutture ad essa associate.
Nei casi in cui un neurone risponde a due segni dello stesso stimolo sensoriale, ad esempio due colori di stimolazione visiva o due toni di stimolazione uditiva, questi neuroni sono classificati come bimodali. I neuroni che rispondono a tre o più segnali di un canale sensoriale sono detti polimodali.
I neuroni polimodali forniscono una compensazione intrasistemica per le funzioni compromesse.
Parallelamente a questo, è possibile anche un altro meccanismo di compensazione, dovuto alla capacità dei neuroni monomodali di diventare bi- e polimodali.
Negli esperimenti con la registrazione dell'attività dei singoli neuroni, è stato dimostrato che i neuroni monomodali della corteccia uditiva che rispondono a un tono con una frequenza di 1.000 Hz, quando viene applicato un tono con una frequenza di 500 Hz, inizialmente non rispondono a questo segnale , e dopo una serie di combinazioni di un tono a 500 Hz con depolarizzazione extracellulare di un neurone monomodale attraverso un microelettrodo, quest'ultimo è stato addestrato a rispondere ad un tono a 500 Hz. Di conseguenza, il neurone è diventato bimodale e, per questo, poteva compensare i disturbi causati dalla morte dei neuroni capaci di rispondere a segnali con una frequenza di 500 Hz.
Fondamentalmente lo stesso meccanismo di connessione temporale è alla base dell’addestramento dei neuroni monosensoriali a rispondere a stimoli di diversa sensibilità, cioè ai segnali di diversi sistemi di analisi. In questo caso parliamo di compensazione inter-analizzatore, inter-sistema.
Non esiste una zona nella corteccia cerebrale che sarebbe associata all'implementazione di una sola funzione. Diverse parti del cervello hanno un numero diverso di neuroni polisensoriali e polimodali. Il maggior numero di tali neuroni si trova nelle zone associative e secondarie, terziarie dell'estremità corticale degli analizzatori. Una parte significativa dei neuroni della corteccia motoria (circa il 40%) è anche polisensoriale; rispondono alle irritazioni della pelle, al suono e alla luce. Nel 17° campo della corteccia visiva, circa il 15% dei neuroni appartiene al polisensoriale e nei campi 18-19 della stessa corteccia più del 60% di tali neuroni. Nei corpi a gomito, fino al 70% dei neuroni risponde all'irritazione del suono e della luce e il 24% all'irritazione della pelle. I neuroni non specializzati hanno anche la proprietà polisensoriale
nuclei fisici del talamo, il nucleo rosso del mesencefalo, il nucleo caudato, il putamen, i nuclei del sistema uditivo del tronco cerebrale, la formazione reticolare.
Il numero di neuroni polisensoriali nelle strutture cerebrali varia a seconda dello stato funzionale del sistema nervoso e del compito svolto in un dato momento. Pertanto, durante il periodo di apprendimento con la partecipazione di analizzatori visivi e motori, aumenta il numero di neuroni polisensoriali in queste aree della corteccia. Di conseguenza, l'apprendimento diretto crea le condizioni per un aumento dei neuroni polisensoriali e, quindi, per un aumento delle capacità compensatorie del sistema nervoso.
La presenza di neuroni polisensoriali, un aumento del loro numero sotto carichi funzionali sul sistema nervoso determinano le possibilità dinamiche di compensare le sue strutture in varie disfunzioni.
È importante anche per la medicina clinica che alcuni neuroni della corteccia cerebrale, in seguito all'allenamento, siano in grado di diventare polisensoriali, cioè se prima di applicare una combinazione di stimoli condizionati e incondizionati, il neurone rispondeva solo allo stimolo incondizionato, dopo una serie di combinazioni questo neurone diventa in grado di rispondere anche allo stimolo condizionato.
La polimodalità e la polisensorialità consentono al neurone di percepire simultaneamente stimoli da diversi analizzatori o, se provenienti da un analizzatore, di percepire simultaneamente segnali con caratteristiche diverse. La percezione parallela simultanea dei segnali implica la loro elaborazione parallela simultanea. Ciò è evidenziato da esperimenti sui riflessi condizionati, in cui è dimostrato che come risultato dello sviluppo di un riflesso condizionato a un complesso simultaneo di segnali,
presentato a diversi analizzatori (ad esempio uditivo e visivo), può essere causato da qualsiasi segnale separato di questo complesso.
La polifunzionalità e la polisensorialità sono associate ad un'altra proprietà del funzionamento del cervello: la sua affidabilità. L'affidabilità è fornita, oltre alla polisensorialità e alla polifunzionalità, da meccanismi come la ridondanza, la modularità, la cooperazione.
La ridondanza, come elemento per garantire l'affidabilità del funzionamento del cervello, si ottiene in diversi modi. La più comune è la prenotazione degli elementi. Nell'uomo, solo una frazione percentuale dei neuroni è costantemente attiva nella corteccia, ma è sufficiente per mantenere il tono della corteccia, necessario per lo svolgimento della sua attività. Quando il funzionamento della corteccia è disturbato, il numero di neuroni attivi in fondo aumenta in modo significativo.
La ridondanza di elementi nel SNC garantisce la preservazione delle funzioni delle sue strutture anche se una parte significativa di esse è danneggiata. Ad esempio, la rimozione di una parte significativa della corteccia visiva non porta a disturbi della vista. Il danno uniemisferico alle strutture del sistema limbico non causa sintomi clinici specifici del sistema limbico. La prova che il sistema nervoso ha grandi riserve sono i seguenti esempi. Il nervo oculomotore svolge normalmente le sue funzioni di regolazione dei movimenti del bulbo oculare, mentre nel suo nucleo è conservato solo il 45% dei neuroni. Il nervo abducente normalmente innerva il suo muscolo preservando il 38% dei neuroni del suo nucleo, mentre il nervo facciale svolge le sue funzioni preservando solo il 10% del numero di neuroni situati nel nucleo di questo nervo.
L'elevata affidabilità del sistema nervoso è dovuta anche alle numerose connessioni delle sue strutture, al gran numero di sinapsi sui neuroni. Quindi, i neuroni cerebellari hanno fino a 60mila sinapsi sul loro corpo e dendriti, neuroni piramidali della corteccia motoria - fino a 10mila, motoneuroni alfa del midollo spinale - fino a 6mila sinapsi.
La ridondanza si manifesta in una varietà di modi di segnalazione; Pertanto, un segnale motorio duplicato proveniente dalla corteccia ai motoneuroni del midollo spinale può raggiungerli non solo dai neuroni piramidali del 4° campo della corteccia, ma anche dalla zona motoria aggiuntiva, da altri campi di proiezione, dal gangli della base, nucleo rosso, formazione reticolare e altre strutture. Pertanto, il danno alla corteccia motoria non dovrebbe portare ad una completa perdita di informazioni motorie ai motoneuroni del midollo spinale.
Di conseguenza, oltre alla ridondanza, l'affidabilità del sistema nervoso si ottiene attraverso la duplicazione, che consente di introdurre tempestivamente, secondo necessità, elementi aggiuntivi per implementare una particolare funzione. Un esempio di tale duplicazione è la trasmissione multicanale di informazioni, ad esempio, in un analizzatore visivo.
Quando l'affidabilità del funzionamento del cervello non è garantita a causa di duplicazione e ridondanza, si attiva il meccanismo di partecipazione probabilistica dei neuroni all'attuazione di una determinata funzione. Il meccanismo probabilistico crea una ridondanza operativa nella partecipazione di cellule nervose di vari moduli per l'organizzazione di una particolare reazione. Il principio probabilistico del funzionamento del sistema nervoso è che i neuroni non agiscono isolatamente, ma in una popolazione. Naturalmente, un unico stato di tutto lei
della popolazione quando arriva un segnale è impossibile. La partecipazione di un singolo neurone all'organizzazione della reazione è determinata dal suo stato (soglia di eccitabilità, generalizzazione dell'impulso, ecc.). A questo proposito, la partecipazione alla reazione può essere realizzata o meno, ad es. è probabilistico.
La modularità è il principio dell'organizzazione strutturale e funzionale della corteccia cerebrale, che risiede nel fatto che in un modulo neurale viene effettuata l'elaborazione locale delle informazioni dai recettori di una modalità. Esistono due tipologie di moduli: micromoduli e macromoduli. I micromoduli nella corteccia somatosensoriale sono un'associazione di 5-6 neuroni, tra i quali ci sono neuroni piramidali, i loro dendriti apicali formano un fascio dendritico. Tra i dendriti di questo fascio si verificano non solo connessioni sinaptiche, ma anche contatti elettrotonici. Questi ultimi garantiscono il funzionamento sincrono dei neuroni del micromodulo, aumentando l'affidabilità della trasmissione delle informazioni.
Il micromodulo contiene anche cellule stellate. Hanno sinapsi sui neuroni piramidali del loro modulo e contatti dalle fibre talamo-corticali ascendenti. Alcune cellule stellate inviano assoni lungo la superficie della corteccia, creando così le condizioni per il trasferimento di informazioni da un modulo corticale all'altro e formando un ambiente inibitorio attorno al modulo attivo.
I micromoduli sono combinati in macromoduli: colonne orientate verticalmente (secondo Mountcastle), il loro diametro raggiunge 500-1000 micron. Mountcastle ha scoperto che quando il microelettrodo viene immerso perpendicolarmente alla superficie della corteccia, tutti i neuroni registrati in questo caso rispondono alla stimolazione di un input sensoriale (ad esempio, alla luce).
Quando il microelettrodo veniva immerso obliquamente rispetto alla superficie corticale, lungo il suo percorso si incontravano neuroni con sensibilità diverse; rispondere a segnali diversi (ad esempio, alla luce, al suono).
Si ritiene che in questo caso il microelettrodo penetri nelle colonne adiacenti e registri neuroni con sensibilità diverse. Sulla base degli studi di Mountcastle et al., viene riconosciuta la monofunzionalità monosensoriale della colonna.
Questa conclusione contraddice il principio dei neuroni polisensoriali. In un modulo dovrebbero esserci sia neuroni monosensoriali o monomodali che neuroni polisensoriali, altrimenti l'affidabilità delle informazioni del sistema nervoso, la sua plasticità e, quindi, la capacità di formare nuove connessioni compensatorie funzionali sono drasticamente ridotte.
Nella corteccia visiva c'è un'alternanza di colonne, i cui neuroni rispondono agli stimoli visivi solo nell'occhio destro o solo nell'occhio sinistro. Di conseguenza, nella corteccia visiva di entrambi gli emisferi del cervello ci sono colonne dominanti negli occhi, ad es. colonne che rispondono alla stimolazione di un occhio.
Nella corteccia uditiva si distinguono colonne capaci di differenziare i segnali provenienti da entrambe le orecchie e colonne che non sono capaci di tale differenziazione.
Nella corteccia sensomotoria, le colonne vicine eseguono reazioni multidirezionali: ad esempio, alcune eccitano i motoneuroni del midollo spinale, mentre altre li inibiscono.
Il principio modulare dell'organizzazione strutturale e funzionale del cervello è una manifestazione della natura cooperativa del funzionamento dei neuroni cerebrali. La cooperatività consente ai neuroni del modulo di partecipare all'implementazione della funzione secondo il metodo probabilistico
tipo mu, che crea la possibilità di relativa intercambiabilità dei neuroni e, quindi, aumenta l'affidabilità dell'attività nervosa. Di conseguenza, il funzionamento del sistema diventa poco dipendente dallo stato di una singola cellula nervosa. D'altra parte, la struttura mobile di tali unità lavorative, formata dalla partecipazione probabilistica delle cellule nervose in esse, determina la maggiore flessibilità delle connessioni interneuronali e la facilità dei loro riarrangiamenti, che determinano le proprietà di plasticità caratteristiche delle parti superiori del cervello.
La cooperazione consente alla struttura di svolgere funzioni che non sono inerenti ai suoi singoli elementi. Quindi, un singolo neurone del cervello non è in grado di apprendere, ma essendo in una rete di neuroni, acquisisce tale capacità.
La cooperatività consente di mettere in atto i meccanismi di autoregolazione e autorganizzazione inerenti al sistema nervoso fin dalle prime fasi della sua organizzazione.
L'autoregolazione è una proprietà delle strutture del sistema nervoso per stabilire e mantenere automaticamente il proprio funzionamento ad un certo livello. Il principale meccanismo di autoregolamentazione è il meccanismo di feedback. Questo meccanismo è ben illustrato dall'esempio del sostegno del riverbero durante lo sviluppo interemisferico di uno stato convulsivo epilettico. Il feedback nel sistema nervoso ha un valore amplificativo, inibitorio o puramente informativo sui risultati dell'attività, sulla reazione del sistema a cui è stato indirizzato il segnale.
Il feedback semplifica, restringe l'insieme di opzioni per il passaggio del segnale, creando un ambiente inibitorio per il percorso di eccitazione dei neuroni inattivi.
Il meccanismo della sua auto-organizzazione è strettamente connesso con l'autoregolazione del sistema nervoso. I sistemi auto-organizzati generalmente hanno una serie di caratteristiche inerenti al sistema nervoso centrale:
Molti input;
Molte uscite;
Alto livello di complessità dell'interazione
i loro elementi;
Un gran numero di elementi funzionanti
Compagno;
La presenza di determinanti probabilistiche e rigide
connessioni forgiate;
La presenza di una funzione di stati di transizione;
Molte funzionalità;
La presenza di una funzione di uscita con feedback.
A causa del principio di auto-organizzazione del compenso
la funzione nel sistema nervoso è fornita da
i cambiamenti nei pesi del funzionamento delle connessioni, delle forme
formazione di nuove connessioni basate sull'inclusione nel
attività di potenziali sinapsi, utilizzando
esperienza accumulata dall’individuo.
Lo sviluppo del sistema nervoso nella filogenesi e nell'ontogenesi porta ad una continua complicazione dell'interazione dei suoi sistemi. Più forme, tipi, numero di riflessi condizionati sono organizzati nell'ontogenesi, più connessioni vengono stabilite tra le strutture del sistema nervoso.
Di importanza decisiva è l'aumento del numero di connessioni funzionali tra le strutture del sistema nervoso, poiché in questo caso aumenta il numero di opzioni di passaggio del segnale e le possibilità di compensazione delle funzioni compromesse vengono notevolmente ampliate.
A causa dell'autorganizzazione, lo sviluppo di segni clinici della patologia del sistema nervoso non si manifesta ad un certo stadio.
L'auto-organizzazione porta a cambiamenti qualitativi nell'interazione dei sistemi, che rendono possibile implementare una funzione disturbata dalla patologia. È importante qui che il sistema nervoso, oltre alla possibilità di un'ampia scelta di modi per raggiungere l'obiettivo, sia in grado di amplificare o indebolire selettivamente i segnali.
Nel primo caso, quando il segnale viene amplificato, è assicurata una trasmissione affidabile delle informazioni con parziale conservazione morfologica della struttura.
Nel secondo caso, quando il segnale viene indebolito, diventa possibile ridurre le interferenze provenienti da altre fonti. Poiché il sistema nervoso è in grado di filtrare selettivamente il segnale desiderato, ciò gli consente, evidenziando il segnale desiderato ma debole, da un lato di amplificarlo direttamente e, dall'altro, di avvantaggiarlo nel passaggio alla struttura percettiva riducendone il segnale. la forza dei segnali non necessari e interferenti.
Le capacità compensatorie del sistema nervoso sono anche associate alla localizzazione specifica delle funzioni nella corteccia cerebrale, che non è assoluta. Innanzitutto, ciascuna estremità corticale dell'analizzatore ha campi primari, secondari e terziari.
I campi primari della corteccia corrispondono ai campi architettonici della corteccia, in cui terminano le vie di proiezione sensoriale. Queste zone sono collegate con i sistemi recettoriali periferici nel modo più diretto, hanno una chiara localizzazione somatotopica e in esse viene effettuata un'analisi qualitativa dei segnali specifici in arrivo. La sconfitta di queste zone porta a disturbi elementari della sensibilità.
I campi secondari della crosta sono vicini a quelli primari. Nei campi secondari associati ai sistemi recettoriali direttamente e indirettamente, continuando
viene eseguita l'elaborazione del segnale, viene determinato il suo significato biologico, vengono stabilite connessioni con altri analizzatori e con l'esecutivo, più spesso con il sistema motorio. La sconfitta di questa zona porta a disturbi specifici di questo analizzatore di memoria e percezione.
Le zone terziarie o associative si trovano in aree di reciproca sovrapposizione degli analizzatori e occupano gran parte della rappresentazione corticale di questo analizzatore in una persona.
Le associazioni neuronali di queste zone sono le più adatte a stabilire una comunicazione con altre aree del cervello e quindi sono le più adatte all'attuazione dei processi compensatori. Il danno alle aree associative non porta a disturbi delle funzioni specifiche degli analizzatori, ma si manifesta nelle forme più complesse di attività analitica e sintetica (gnosi, prassi, discorso, comportamento intenzionale) associate alla funzione di questo analizzatore.
La localizzazione strutturale delle funzioni suggerisce che il cervello abbia percorsi deterministici, sistemi che implementano la trasmissione del segnale, l'organizzazione di una particolare reazione, ecc. Tuttavia, oltre alle connessioni rigidamente determinate nel cervello, si realizzano connessioni funzionali che si sviluppano nell'ontogenesi.
Quanto più rafforzate e fisse sono le connessioni tra le strutture del cervello nel processo di sviluppo individuale, tanto più difficile è utilizzare le possibilità compensative nelle patologie.
Sulla base del principio della struttura, viene implementato il meccanismo della gerarchia. Consiste non tanto nella subordinazione quanto nell'organizzazione di processi compensativi. Ciascuna struttura sovrastante partecipa all'implementazione delle funzioni di quella sottostante, ma de-
abbaia quando la struttura sottostante fatica a svolgere le sue funzioni.
Le strutture del cervello durante l'apprendimento, con disfunzione di una di esse, non localizzano l'eccitazione entro i loro confini, ma le consentono di diffondersi ampiamente in tutto il cervello: il principio dell'irradiazione.
L'irradiazione dello stato di attività si diffonde ad altre strutture cerebrali sia attraverso connessioni dirette che attraverso vie indirette. Il verificarsi di irradiazione in caso di ipofunzione di una struttura coinvolta nell'implementazione di un particolare processo consente di trovare modi per compensare l'ipofunzione e realizzare la reazione desiderata.
La ricerca di un nuovo percorso è fissata secondo il principio riflesso e termina con la concentrazione dell'attività in alcune strutture interessate a realizzare la reazione.
La convergenza e il principio di un percorso finale comune sono strettamente correlati alla concentrazione dell'attività in alcune strutture cerebrali. Questo principio è implementato su un neurone separato e a livello di sistema. Nel primo caso l'informazione nel neurone viene raccolta sui dendriti, nel soma del neurone, e viene trasmessa principalmente attraverso l'assone. Le informazioni provenienti da un neurone possono essere trasmesse non solo attraverso l'assone, ma anche attraverso le sinapsi dendritiche. L'informazione viene trasmessa attraverso l'assone ai neuroni di altre strutture cerebrali, UN attraverso le sinapsi dei dendriti solo ai neuroni vicini.
La presenza di un percorso finale comune consente al sistema nervoso di avere diverse opzioni per ottenere l'effetto desiderato attraverso diverse strutture che hanno accesso allo stesso percorso finale.
Le difficoltà di compensazione, riscontrabili in età avanzata, non sono dovute al fatto che le riserve cerebrali siano esaurite, ma al fatto che una grande
il numero di modi ottimali per implementare la funzione, che, sebbene siano attivati in caso di patologia, ma a causa di essa non possono essere implementati. Più spesso, la patologia richiede la formazione di nuovi modi per implementare una particolare funzione.
La formazione di nuovi modi, nuove funzioni della struttura cerebrale si basa sul seguente principio del suo funzionamento: il principio della plasticità.
La plasticità consente al sistema nervoso, sotto l'influenza di vari stimoli, di riorganizzare le connessioni per preservare la funzione principale o per implementare una nuova funzione.
La plasticità consente ai centri nervosi di realizzare funzioni che prima non erano loro inerenti, ma grazie alle connessioni esistenti e potenziali, questi centri diventano in grado di partecipare alla compensazione delle funzioni disturbate in altre strutture. Le strutture polifunzionali hanno grandi possibilità di plasticità. A questo proposito, i sistemi non specifici del cervello, le strutture associative, le zone di proiezione secondaria degli analizzatori, in quanto aventi un numero significativo di elementi polifunzionali, sono più capaci di plasticità rispetto alle zone delle proiezioni primarie degli analizzatori. Un chiaro esempio della plasticità dei centri nervosi è la classica esperienza di P.K. Anokhin con un cambiamento nelle connessioni dei centri dei nervi frenico e brachiale.
In questo esperimento, i nervi frenico e brachiale furono tagliati e l'estremità centrale del nervo frenico fu attaccata all'estremità periferica del nervo brachiale e, viceversa, l'estremità centrale del nervo brachiale al frenico periferico. Dopo qualche tempo dall'intervento, nell'animale è stata ripristinata la corretta regolazione della respirazione e la corretta sequenza dei movimenti volontari.
Di conseguenza, i centri nervosi ricostruirono la loro funzione nel modo richiesto dal sistema muscolare periferico, con il quale si stabilì una nuova connessione.
Nelle prime fasi dell'ontogenesi, una ristrutturazione di questo tipo procede in modo più completo e dinamico.
Il ruolo più significativo nel compensare le disfunzioni delle strutture cerebrali è svolto da riflesso il principio del suo funzionamento. Ogni nuova connessione riflessa tra le strutture del cervello è il suo nuovo stato, che consente di implementare la funzione richiesta al momento.
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