Действие на клетку патогенных факторов сопровождается активацией различных реакций и процессов, направленных на устранение либо уменьшение степени повреждения и его последствий, а также обеспечивающих устойчивость клеток к повреждению. Совокупность этих, реакций обеспечивает приспособление (адаптацию) клетки к изменившимся условиям ее жизнедеятельности. В этой ситуации обязанность врача заключается в стимуляции защитных систем клетки.
Любое повреждение. клетки вызывает в ней разной степени выраженности специфические и неспецифические изменения,
Специфические. изменения клеток при повреждении характерны для данного патогенного фактора при действии его на различные клетки. Так, повышение осмотического давления в клетке, сопровождается ее гипергидратацией, растяжением мембран и нарушением их целостности. Под влиянием разобщителей окисления и фосфорилирования снижается или блокируется сопряжение этих процессов и уменьшается эффективность биологического окисления. Повышенное содержание в крови гормона коры надпочечников- альдостерона - ведет к накоплению в клетке Na + .
Неспецифические изменения в клетках находят при альтерации различных видов клеток и действии на них широкого спектра патогенных агентов: при гипоксии, ацидозе, чрезмерной активации свободнорадикальных и перекисных реакций; денатурации молекул s белка; повышении проницаемости клеточных мембран; дисбалансе ионов и воды. Комплекс адаптивных реакций клеток условно подразделяют на внутриклеточные и межклеточные, или системные.
К внутриклеточным адаптивным механизмам относятся следующие реакции и Процессы: компенсация нарушений энергетического обеспечения клетки; защита мембран и ферментов клетки; уменьшение выраженности или устранение дисбаланса ионов и воды в клетке; устранение дефектов генетической программы клетки и механизмов ее реализации; компенсация расстройств механизмов регуляции внутриклеточных процессов; снижение функциональной активности клеток; регенерация; гипертрофия; гиперплазия.
Для межклеточных (системных) механизмов адаптации к повреждению характерно усиление взаимодействия клеток друг с другом. Такое взаимодействие осуществляется следующими путями: обмен метаболитами, местными биологически активными веществами - цитокинами, ионами; изменение лимфо- и. кровообращения; эндокринные влияния; нервные воздействия.
Все многообразные защитно-компенсаторные реакции клетки в ответ на её повреждение делятся на две группы:
1)реакции, направленные на восстановление нарушенного, внутриклеточного гомеостаза: а) активация механизмов активного транспорта веществ (Na-K-Са-насосов, Na- Са-, Na-H-обменных механизмов, микроциркулярного транспорта); б) усиление регенерации антиоксидантов; в) связывания, свободных жирных кислот (синтез триглицеридов); г) адаптация синтеза белков, нуклеиновых кислот, фосфолипидов. Непременными условиями реализации этих механизмов является достаточное энергообеспечение клетки. Это достигается повышением интенсивности энергетического обмена (активация гликолиза, клеточного дыхания, пентозного цикла) и перераспределением имеющихся в клетке энергетических ресурсов
2) реакции, направленные на создание функционального покоя поврежденной клетки. Их цель состоит в том,чтобы устранить возможные дополнительные сдвиги внутриклеточного гомеостаза при действии физиологических возмущающих факторов (стабилизация повреждения) и свести к минимуму энергетические затраты на исполнение специфических функций клетки. К таким реакциям можно отнести:
а) образование клеткой простагландинов и блокада ими в-адренорецепторов;
б) ингибирование аденилатциклазы и повышение активности фосфодиэстеразы, разрушающей цАМФ;
в) образование аденозина - естественного блокатора Са - каналов.
Действие на клетку патогенных факторов закономерно сопровождается активацией (или включением) реакций, направленных на устранение либо уменьшение степени повреждения и его последствий. Комплекс этих реакций обеспечивает приспособление (адаптацию) клетки к изменившимся условиям ее жизнедеятельности. К числу основных адаптивных механизмов относят реакции компенсации, восстановления, замещения утраченных или поврежденных структур и нарушений функций, защиты клеток от действия патогенных агентов, а также регуляторное снижение их функциональной активности. Весь комплекс адаптивных реакций условно можно разделить на две группы: внутриклеточные и межклеточные.
Внутриклеточные адаптивные механизмы при повреждении.
К их числу можно отнести следующие.
1. Компенсация нарушений энергетического обеспечения клеток:
1) интенсификация ресинтеза АТФ в процессе гликолиза, а также тканевого дыхания в неповрежденных митохондриях;
2) активация механизмов транспорта энергии АТФ;
3) активация механизмов утилизации энергии АТФ.
2. Защита мембран и ферментов клетки:
1) повышение активности факторов системы антиоксидантной защиты;
2) активация буферных систем;
3) повышение активности ферментов детоксикации микросом;
4) активация механизмов репарации компонентов мембран и ферментов.
3. Уменьшение степени или устранение дисбаланса ионов и жидкости в клетках:
1) снижение степени нарушения энергообеспечения;
2) снижение степени повреждения мембран и ферментов;
3) активация буферных систем.
4. Устранение нарушений генетической программы клеток:
1) устранение разрывов в нитях ДНК;
2) ликвидация (блокада) измененных участков ДНК;
3) синтез нормального фрагмента ДНК вместо поврежденного или утраченного.
5. Компенсация расстройств механизмов регуляции внутриклеточных процессов:
1) изменение числа «функционирующих» рецепторов клетки;
2) изменение сродства рецепторов клетки к регулирующим факторам;
3) изменение активности аденилат- и(или) гуанилатциклазной систем, других «посреднических» систем;
4) изменение активности и(или) содержания внутриклеточных регуляторов метаболизма (ферментов, катионов и др.).
6. Снижение функциональной активности клеток.
7. Регенерация.
8. Гипертрофия.
9. Гиперплазия.
Компенсация нарушений энергетического обеспечения клеток.
При повреждении клетки, как правило, в большей или меньшей мере страдают митохондрии и снижается ресинтез АТФ в процессе тканевого дыхания. Это служит сигналом для увеличения «продукции» АТФ в системе гликолиза. При слабой или умеренной степени повреждения активация ресинтеза АТФ может быть достигнута за счет повышения активности ферментов, принимающих участие в процессах окисления и фосфорилирования.
Определенный вклад в компенсацию нарушений энергообеспечения внутриклеточных процессов при повреждении вносит активация ферментов транспорта и утилизации энергии АТФ (адениннуклеотидтрансферазы, креатинфосфокиназы, АТФазы), а также ограничение функциональной активации клетки. Последнее способствует существенному уменьшению расхода энергии АТФ.
Защита мембран и ферментов клеток.
Одним из значимых механизмов повреждения мембранного аппарата и энзимов клетки является интенсификация свободно-Радикальных и перекисных реакций. Интенсивность этих реакций ограничивается главным образом ферментами антиоксидантной защиты - супероксиддисмутазой (инактивирующей радикалы кислорода), каталазой и глютатионпероксидазами, расщепляющими соответственно перекись водорода и липидов.
Другим механизмом защиты мембран и энзимов от повреждающего действия, в частности ферментов лизосом, может быть активация буферных систем клетки. Это обусловливает уменьшение степени внутриклеточного ацидоза и, как следствие, избыточной гидролитической активности лизосомальных энзимов.
Важную роль в защите мембран и ферментов клеток от повреждения играют ферменты микросом (прежде всего эндоплазматической сети), обеспечивающие физико-химическую трансформацию патогенных агентов путем их окисления, восстановления, деметилирования и т. д. Альтерация клеток может сопровождаться дерепрессией генов и, как следствие, активацией процессов синтеза и репарации компонентов мембран (белков, липидов, углеводов) взамен поврежденных или утраченных.
Уменьшение степени или устранение дисбаланса ионов и жидкости в клетках. При повреждении клеток устранение дисбаланса ионов и жидкости может быть достигнуто путем активации механизмов энергетического обеспечения ионных «насосов», а также защиты мембран и ферментов, принимающих участие в транспорте ионов. Определенную роль в снижении степени ионного дисбаланса играет изменение интенсивности характера метаболизма, а также действие внутриклеточных буферных систем. Так, усиление гликолиза, сочетающегося с распадом гликогена, сопровождается высвобождением из его молекул ионов калия, содержание которого в поврежденных клетках понижено в связи с повышением проницаемости их мембран. Активация внутриклеточных буферных систем (карбонатной, фосфатной, белковой) может способствовать восстановлению оптимального соотношения в гиалоплазме и трансмембранного распределения ионов калия, натрия, кальция и др., в частности путем уменьшения содержания в клетке ионов водорода. Снижение степени дисбаланса ионов в свою очередь может сопровождаться нормализацией содержания и циркуляции внутриклеточной жидкости, объема клеток и их органелл, а также электрофизиологических параметров.
Устранение нарушений в генетической программе клеток. Изменения структуры ДНК, ведущие к повреждению клеток, могут быть обнаружены и устранены с участием ферментов репаративного синтеза ДНК. Эти ферменты обеспечивают обнаружение и удаление измененного участка ДНК (они получили название эн-донуклеаз или рестриктаз), синтез нормального фрагмента нуклеиновой кислоты взамен удаленного (с помощью ДНК-полимераз) и встраивание вновь синтезированного фрагмента на место удаленного (с участием лигаз). Помимо этих сложных ферментных систем репарации ДНК в клетке имеются энзимы, устраняющие «мелкомасштабные» биохимические изменения в геноме. К их числу относятся демителазы, удаляющие метальные группы; лигазы, устраняющие разрывы в цепях ДНК, возникающие под действием ионизирующего излечения или свободных радикалов, и др.
Компенсация расстройств механизмов регуляции внутриклеточных процессов.
К числу реакций, эффективно компенсирущих нарушения механизмов восприятия клеткой регулирующих влияний, относится изменение числа рецепторов гормонов, неиромедиаторов и других физиологически активных веществ на поверхности клетки и ее органелл, а также чувствительности (сродства) рецепторов к этим веществам. Количество рецепторов может меняться, в частности, благодаря тому, что молекулы их способны погружаться в мембрану или цитоплазму клетки и подниматься на ее поверхность. От числа и чувствительности рецепторов, воспринимающих регулирующие стимулы, в значительной мере зависят характер и выраженность ответа на них.
Избыток или недостаток гормонов и неиромедиаторов, а также существенные колебания их активности могут быть «сдемпфиованы» на уровне так называемых вторых посредников реализации нервного стимула, в частности циклических нуклеотидов и фосфоинозитольной системы. Известно, например, что соотношение цАМФ и цГМФ изменяется не только в результате действия внутриклеточных регуляторных стимулов, но и внутриклеточных факторов, в частности фосфодиэстераз и ионов кальция. Нарушение реализации регулирующих влияний на клетку может в определенной мере компенсироваться и на уровне внутриклеточных метаболических процессов, поскольку многие из них протекают на основе регуляции интенсивности обмена веществ количеством продукта ферментной реакции (принцип положительной или отрицательной обратной связи).
Снижение функциональной активности клеток.
Важное значение среди адаптивных механизмов поврежденных клеток имеет управляемое, регулируемое снижение их функциональной активности. Это обусловливает уменьшение расхода энергии АТФ, субстратов метаболизма и кислорода, необходимых для осуществления функции и обеспечения пластических процессов. В результате этого степень и масштаб повреждения клеток при действии патогенного фактора существенно снижаются, а после прекращения его действия отмечается более интенсивное и полное восстановление клеточных структур и их функции. К числу главных механизмов, обусловливающих временное понижение функции клеток, можно отнести уменьшение эффективных центров, снижение числа или чувствительности рецепторов на поверхности клетки, внутриклеточное регуляторное подавление метаболических реакций, репрессию активности отдельных генов.
Адаптация клеток в условиях повреждения происходит не только на метаболическом и функциональном уровнях. Длительное повторное или значительное повреждение обусловливает существенные структурные перестройки в клетке, имеющие адаптивное значение. Они достигаются за счет процессов регенерации, гипертрофии, гиперплазии.
Регенерация (от лат. regeneratio - возрождение, восстановление). Означает возмещение клеток и (или) отдельных структурных элементов взамен погибших, поврежденных или закончивших свой жизненный цикл. Регенерация структур сопровождается восстановлением их функций. Выделяют так называемую клеточную и внутриклеточную (субклеточную) формы регенерации. Первая характеризуется размножением клеток путем митоза или амитоза. Внутриклеточная регенерация проявляется восстановлением органелл: митохондрий, ядра, эндо-плазматической сети и других вместо поврежденных или погибших.
Гиперплазия (от греч. hyper-чрезмерно, увеличение + греч. plasis - образование, формирование). Характеризуется увеличением числа структурных элементов, в частности органелл в клетке. Нередко в одной и той же клетке наблюдаются признаки и гиперплазии, и гипертрофии. Оба процесса обеспечивают не только компенсацию структурного дефекта, но и возможность повышенного функционирования клетки.
Межклеточные (системные) механизмы адаптации клеток при их повреждении.
В пределах тканей и органов клетки не разобщены. Они взаимодействуют друг с другом путем обмена метаболитами, Ф АВ, ионами. В свою очередь взаимодействие клеток и органов в организме в целом обеспечиваются функционированием систем и кровообращения, иммунобиологического надзора, эндокринными и нервными влияниями.
Так, уменьшение содержания кислорода в крови (что обусловливает или может обусловить повреждение клеток, прежде всего, мозга) рефлекторно через раздражение хеморецепторов стимулирует нейроны дыхательного центра. Это приводит к увеличению объема альвеолярной вентиляции и ликвидирует или уменьшает степень недостатка кислорода в крови и тканях. Повреждение в результате увеличения выработки гормонов, способствующих повышению в крови уровня глюкозы и транспорта ее в клетки: адреналина, глюкокортикоидов, соматотропного гормона и др.
Примером адаптивной реакции циркуляторного типа может быть увеличение притока крови по коллатеральным (обходным) сосудам при закрытии просвета магистральной артерии какого-либо органа или ткани.
Иммунные механизмы надзора и защиты включаются при действии патогенного фактора антигенной природы. Иммунокомпетентная система с участием фагоцитов, антител и (или) Т-лимфоцитов инактивирует эндо- и экзогенные антигены, способные повредить клетки организма. В норме указанные выше и другие системы обеспечивают адекватное реагирование организма в целом на различные воздействия эндо- и экзогенного происхождения. В патологии они участвуют в регуляции и реализации механизмов защиты, компенсации и восстановления поврежденных структур и нарушенных функций клеток и тканей.
Характерной чертой межклеточных механизмов адаптации является то, что они реализуются в основном при участии клеток, которые не подвергались непосредственному воздействию патогенного фактора (например, гиперфункция кар-диомиоцитов за пределами зоны некроза при инфаркте миокарда).
По уровню реализации реакции межклеточной адаптации при повреждении клеток можно разделить на органно-тканевые, внутрисистемные, межсистемные.
Примером реакции органно-тканевого уровня может служить активация функции поврежденных клеток печени или почки при повреждении клеток части органа. Это снижает нагрузку на клетки, подвергшиеся патогенному воздействию, способствует уменьшению степени их альтерации и реализации репаративных процессов.
К числу внутрисистемных реакций относится сужение артериол при снижении работы сердца (например, при инфаркте миокарда), что обеспечивает поддержание высокого уровня перфузионного давления в тканях и предотвращает (или уменьшает степень) повреждения их клеток.
Вовлечение в адаптивные реакции нескольких физиологических систем наблюдается, например, при общей гипоксии. При этом активируется работа систем дыхания, кровообращения, крови и тканевого метаболизма, что снижает недостаток кислорода и субстратов метаболизма в тканях, повышает их утилизацию и уменьшает благодаря этому степень повреждения их клеток.
Активация внутриклеточных и межклеточных механизмов адаптации при повреждении, как правило, предотвращает гибель клеток, обеспечивает выполнение ими функций и способствует ликвидации последствий действия патогенного фактора. В этом случае говорят об обратимых изменениях в клетках. Если сила патогенного агента велика и (или) защитно-приспособительные механизмы недостаточны, развивается необратимое повреждение клеток и они погибают.
Действие на клетку патогенных факторов и развитие повреждения сопровождается активацией или включением реакций, направленных на устранение либо уменьшение степени повреждения и его последствий. Комплекс этих реакций обеспечивает приспособление клетки к изменившимся условиям ее жизнедеятельности. К числу основных приспособительных механизмов относят реакции компенсации, восстановления и замещения утраченных или поврежденных структур и нарушенных функций, защиты клеток от действия патогенных агентов, а также регуляторное снижение их функциональной активности. Весь комплекс таких реакций условно можно разделить на две группы: внутриклеточные и внеклеточные (межклеточные) механизмы компенсации.
К числу основных внутриклеточных механизмов компенсации при повреждении можно отнести следующие.
Компенсация нарушений процесса энергетического обеспечения клеток. Одним из способов компенсации нарушений энергетического обмена является интенсификация процесса гликолиза. Определенный вклад в компенсацию нарушений энергообеспечения внутриклеточных процессов при повреждении вносит активация ферментов транспорта и утилизации энергии АТФ (креатинфосфокиназы, АТФазы), а также снижение функциональной активности клетки. Последнее способствует уменьшению расхода АТФ.
Защита мембран и ферментов клеток . Одним из механизмов защиты мембран и ферментов клеток является ограничение свободно-радикальных реакций и процессов ПОЛ ферментами антиоксидантной защиты (супероксиддисмутазой, каталазой, глютатионпероксидазой). Другим механизмом защиты мембран и энзимов от повреждающего действия, в частности, ферментов лизосом, может быть активация буферных систем клетки. Это обусловливает уменьшение степени внутриклеточного ацидоза и, как следствие, избыточной гидролитической активности лизосомальных энзимов. Важную роль в защите мембран и ферментов клеток от повреждения играют ферменты микросом, обеспечивающие физико-химическую трансформацию патогенных агентов путем их окисления, восстановления, деметилирования и т.д.
Компенсация дисбаланса ионов и жидкости. Компенсация дисбаланса содержания ионов в клетке может быть достигнута путем активации механизмов энергетического обеспечения ионных «насосов», а также защиты мембран и ферментов, принимающих участие в транспорте ионов. Определенную роль в снижении степени ионного дисбаланса имеет действие буферных систем. Активация внутриклеточных буферных систем может способствовать восстановлению оптимальных соотношений К + , Na + и Са ++ . Снижение степени дисбаланса ионов, в свою очередь, может сопровождаться нормализацией содержания внутриклеточной жидкости.
Устранение нарушений в генетической программе клеток. Повреждения участка ДНК могут быть обнаружены и устранены с участием ферментов репаративного синтеза ДНК. Эти ферменты обнаруживают и удаляют измененный участок ДНК (эндонуклеазы и рестриктазы), синтезируют нормальный фрагмент нуклеиновой кислоты взамен удаленного (ДНК-полимеразы) и встраивают этот вновь синтезированный фрагмент на место удаленного (лигазы). Помимо этих ферментных систем репарации ДНК в клетке имеются энзимы, устраняющие «мелкомасштабные» биохимические изменения в геноме. К их числу относятся деметилазы, удаляющие метильные группы, лигазы, устраняющие разрывы в цепях ДНК, возникающие под действием ИИ или свободных радикалов.
Компенсация расстройств внутриклеточных метаболических процессов, вызванных нарушением регуляторных функций клеток. Сюда относят изменение числа рецепторов гормонов, нейромедиаторов и других ФАВ на поверхности клетки, а также чувствительности рецепторов к этим веществам. Количество рецепторов может меняться благодаря тому, что молекулы их способны погружаться в мембрану или цитоплазму клетки и подниматься на ее поверхность. От числа и чувствительности рецепторов, воспринимающих регулирующие стимулы, в значительной мере зависит характер и выраженность ответа на них.
Избыток или недостаток гормонов и нейромедиаторов или их эффектов может быть скомпенсирован также на уровне вторых посредников – циклических нуклеотидов. Известно, что соотношение цАМФ и цГМФ изменяется не только в результате действия внеклеточных регуляторных стимулов, но и при действии внутриклеточных факторов, в частности, фосфодиэстераз и Са ++ . Нарушение реализации регулирующих влияний на клетку может компенсироваться и на уровне внутриклеточных метаболических процессов, поскольку многие из них протекают на основе регуляции интенсивности обмена веществ количеством продукта ферментной реакции (принцип положительной или отрицательной обратной связи).
Снижение функциональной активности клеток . В результате снижения функциональной активности клеток обеспечивается уменьшение расходования энергии и субстратов, необходимых для осуществления пластических процессов. В результате этого степень и масштаб повреждения клеток при действии патогенного фактора существенно снижаются, а после прекращения его действия отмечается более интенсивное и полное восстановление клеточных структур и их функции. К числу главных механизмов, обеспечивающих временное понижение функции клеток, можно отнести уменьшение эфферентной импульсации от нервных центров, снижение числа или чувствительности рецепторов на поверхности клетки, внутриклеточное регуляторное подавление метаболических реакций.
Приспособление клеток в условиях повреждения происходит не только на метаболическом и функциональном уровнях. Повреждение обусловливает существенные структурные перестройки в клетке, имеющие приспособительное значение. Они достигаются за счет процессов регенерации, гипертрофии, гиперплазии, гипотрофии.
Регенерация (от лат. regeneratio – возрождение; восстановление) означает возмещение клеток и (или) ее отдельных структурных элементов взамен погибших, поврежденных или закончивших свой жизненный цикл. Регенерация структур сопровождается восстановлением их функций. Выделяют так называемую клеточную и внутриклеточную формы регенерации. Первая характеризуется увеличением числа клеток путем митоза или амитоза. Внутриклеточная регенерация проявляется восстановлением органелл – митохондрий, ядра, эндоплазматической сети и других структур клетки вместо поврежденных или погибших.
Гипертрофия (от греч. hyper – чрезмерно, увеличение; trophe – питаю) – увеличение объема и массы структурных элементов, в частности, клеток. Гипертрофия неповрежденных органелл клетки компенсирует нарушение или недостаточность функций ее поврежденных элементов.
Гиперплазия (от греч. hyper – чрезмерно; plaseo – образую) характеризуется увеличением числа структурных элементов, в частности, органелл в клетке. Нередко в одной и той же клетке наблюдаются признаки и гиперплазии, и гипертрофии. Оба процесса обеспечивают не только компенсацию структурного дефекта, но и возможность повышенного функционирования клетки.
Межклеточные (внеклеточные) механизмы взаимодействия и приспособления клеток при их повреждении. В пределах тканей и органов клетки не разобщены. Они взаимодействуют друг с другом путем обмена метаболитами, ФАВ, ионами. В свою очередь взаимодействие клеток тканей и органов в организме в целом обеспечивается функционированием системы кровообращения, эндокринными, нервными и иммунными влияниями.
Характерной чертой таких механизмов адаптации является то, что они реализуются, в основном, при участии клеток, которые не подвергались непосредственному действию патогенного фактора (например, гиперфункция кардиомиоцитов за пределами зоны некроза при инфаркте миокарда).
По уровню и масштабу такие реакции при повреждении клеток можно разделить на органно-тканевые, внутрисистемные, межсистемные. Примером приспособительной реакции органнотканевого уровня может служить активация функции неповрежденных клеток печени или почки при повреждении клеток части органа. Это снижает нагрузку на клетки, подвергшиеся патогенному воздействию, и способствует уменьшению степени их повреждения. К числу внутрисистемных реакций относится сужение артериол при снижении работы сердца (например, при инфаркте миокарда), что предотвращает или уменьшает степень повреждения.
Вовлечение в приспособительные реакции нескольких физиологических систем наблюдается, например, при общей гипоксии. При этом активируется работа систем дыхания, кровообращения, крови и тканевого метаболизма, что снижает недостаток кислорода и субстратов метаболизма в тканях, повышает их утилизацию и уменьшает благодаря этому степень повреждения их клеток (смотри главу 18 «Гипоксия»).
Активация внутриклеточных и межклеточных механизмов приспособления при повреждении, как правило, предотвращает гибель клеток, обеспечивает выполнение ими функций и способствует ликвидации последствий действия патогенного фактора. В этом случае говорят об обратимых изменениях в клетках. Если сила патогенного агента велика и (или) защитно-приспособительные реакции недостаточны, развивается необратимое повреждение клеток, и они погибают.
К числу основных внутриклеточных адаптивных механизмов при повреждении относят следующие:
1) Компенсация нарушений энергетического обеспечения клетки.
2) Защита мембран и ферментов клеток.
3) Уменьшение или устранение дисбаланса ионов и жидкости в клетке.
4) Устранение нарушений в генетической программе клеток.
5) Компенсация расстройств механизмов регуляции внутриклеточных процессов.
6) Снижение функциональной активности клеток.
7) Регенерация.
8) Гипертрофия.
9) Гиперплазия.
1. Компенсация нарушений энергетического обеспечения клетки . Повреждение клетки сопровождается нарушениями энергетического обмена и выражается снижением выработки АТФ в процессе тканевого дыхания. Это служит сигналом для формирования следующих процессов.
1) Увеличение продукции АТФ в процессе гликолиза.
2) Интенсификация сопряженности окисления и фосфорилирования.
3) Активация ферментов транспорта и утилизации энергии АТФ.
4) Снижение функциональной активности клетки.
2. Защита мембран и ферментов клетки заключается в следующем:
1) повышение активности факторов антиоксидантной системы ферментами супероксиддисмутазой, каталазой, глютатионпероксидазой.
2) активация буферных систем - уменьшение ацидоза и снижение гидролитической активности лизосомальных ферментов;
3) повышение активности ферментов детоксикации микросом через окисление, восстановление, деметилирования и т.д.
4) активация механизмов синтеза компонентов мембран и ферментов.
3. Компенсация дисбаланса ионов и жидкости . Последнее осуществляется
1) путем активации механизма ионных насосов:
2) вовлечением в процесс буферных систем,
3) перестройкой метаболизма с активацией системы гликолиза, распада гликогена и высвобождением ионов калия. Все вышеупомянутые механизмы способствуют восстановлению концентрации ионов калия, натрия, кальция и других вне и внутри клетки.
4. Устранение нарушений в генетической программе клетки . Смысл этого механизма заключается в:
1) обнаружении поврежденных участков ДНК;
2) удалении измененного участка ДНК с помощью рестриктаз (эндонуклеаз);
3) синтезе нормального фрагмента ДНК с помощью фермента ДНК-полимеразы;
4) встраивании синтезированного фрагмента ДНК взамен поврежденного с помощью ферментов лигаз
5. Компенсация нарушенных механизмов регуляции внутриклеточных процессов. Она заключается в изменении числа функционирующих рецепторов клетки;
изменении сродства рецепторов клетки к регулирующим факторам - гормонам, медиаторам, посредникам;
изменение активности циклических АМФ и ГМФ;
изменение активности регуляторных метаболитов (ферментов, катионов и других веществ).
6. Снижение функциональной активности клеток .
Оно обеспечивает ограничение расхода энергии и субстратов, необходимых для осуществления функциональных и пластических процессов. Конкретными механизмами могут быть:
уменьшение эфферентной импульсации нервных центров, регулирующих функцию клетки;
снижение числа или чувствительности рецепторов на поверхности клетки;
внутриклеточное регуляторное подавление метаболических реакций;
репрессия активности отдельных генов.
7. Регенерация (regeneratio - возрождение, восстановление) означает возмещение клеток или отдельных клеточных структур взамен погибших, поврежденных или закончивших свой жизненный цикл. Выделяют клеточную и внутриклеточную формы регенерации. Клеточная регенерация характеризуется размножением клеток путем митоза или амитоза. Внутриклеточная регенерация проявляется восстановлением органелл: митохондрий, эндоплазматической сети и других компонентов вместо поврежденных или погибших.
8. Гипертрофия (hyper - чрезмерно, увеличено, trophe - питаю) увеличение объема и массы структурных элементов, в том числе самих клеток. Гипертрофия неповрежденных органелл клеток компенсирует нарушение или недостаточность функции ее поврежденных элементов. Например, гипертрофия митохондрий клеток тех тканей, которые были подвергнуты повторному воздействию умеренной гипоксии, может осуществлять адекватное энергообеспечение внутриклеточных процессов даже в условиях значительно ограниченной доставки кислорода и уменьшит или предотвратит дальнейшее повреждение клетки.
9. Гиперплазия (hyper - чрезмерно, plaseo - образую) характеризуется увеличением числа структурных элементов, в частности органелл, в клетке. Нередко в одной и той же клетке наблюдаются признаки и гипертрофии, и гиперплазии. Оба процесса обеспечивают не только компенсацию структурного дефекта, но и возможность усиленного функционирования клетки.
Существуют межцеллюлярные механизмы адаптации клеток при их повреждении. Однако эта глава связана с вовлечением в механизмы компенсации многих, в том числе регулирующих систем, что рассматривается в соответствующих главах патофизиологии.
Комплекс адаптивных реакций клеток подразделяют на внутриклеточные и межклеточные.
Внутриклеточные адаптивные механизмы
Внутриклеточные механизмы адаптации реализуются в самих повреж- дённых клетках. К этим механизмам относят: ❖ компенсацию нарушений энергетического обеспечения клетки; ❖ защиту мембран и ферментов клетки; ❖ уменьшение или устранение дисбаланса ионов и воды в клетке; ❖ устранение дефектов реализации генетической программы клетки;
Компенсацию расстройств регуляции внутриклеточных процессов;
Снижение функциональной активности клеток; ❖ действие белков теплового шока; ❖ регенерацию; ❖ гипертрофию; ❖ гиперплазию.
Компенсация энергетических нарушений обеспечивается активацией процессов ресинтеза и транспорта АТФ, снижением интенсивности функционирования клеток и пластических процессов в них.
Устранение дисбаланса ионов и воды в клетке осуществляется путём активации буферных и транспортных клеточных систем.
Ликвидация генетических дефектов достигается путём репарации ДНК, устранения изменённых фрагментов ДНК, нормализации транскрипции и трансляции.
Компенсация расстройств регуляции внутриклеточных процессов заключается в изменении числа рецепторов, их чувствительности к лигандам, нормализации систем посредников.
Снижение функциональной активности клеток позволяет сэкономить и перераспределить ресурсы и, тем самым, увеличить возможности компенсации изменений, вызванных повреждающим фактором. В результате степень и масштаб повреждения клеток при действии
патогенного фактора снижаются, а после прекращения его действия отмечается более интенсивное и полное восстановление клеточных структур и их функций.
Белки теплового шока (HSP, от Heat Shock Proteins; белки стресса) интенсивно синтезируются при воздействии на клетки повреждающих факторов. Эти белки способны защитить клетку от повреждений и предотвратить её гибель. Наиболее распространены HSP с молекулярной массой 70 000 (hsp70) и 90 000 (hsp90). Механизм действия этих белков многообразен и заключается в регуляции процессов сборки и конформации других белков.
Межклеточные адаптивные механизмы
Межклеточные (системные) механизмы адаптации реализуются непов- реждёнными клетками в процессе их взаимодействия с повреждёнными.
Механизмы взаимодействия клеток:
♦ обмен метаболитами, местными цитокинами и ионами; ❖ реализация реакций системы ИБН;
♦ изменения лимфо- и кровообращения;
♦ эндокринные влияния;
♦ нервные воздействия.
Примеры
♦ Гипоксия. Уменьшение содержания кислорода в крови и клетках стимулирует активность нейронов дыхательного центра, деятельность сердечно-сосудистой системы, выброс эритроцитов из костного мозга. В результате увеличивается объём альвеолярной вентиляции, перфузия тканей кровью, число эритроцитов в периферической крови, что уменьшает или ликвидирует недостаток кислорода и активирует обмен веществ в клетках.
♦ Гипогликемия. Повреждение клеток в условиях гипогликемии может быть уменьшено в результате инкреции глюкагона, адреналина, глюкокортикоидов, соматотропного гормона (СТГ), способствующих повышению уровня глюкозы в плазме крови и транспорта глюкозы в клетки.
♦ Ишемия. Снижение кровоснабжения артериальной кровью какого-либо участка ткани, как правило, сопровождается увеличением притока крови по коллатеральным (обходным) сосудам, что восстанавливает доставку к клеткам кислорода и субстратов метаболизма.
Повышение устойчивости клеток к повреждению
Мероприятия и средства, повышающие устойчивость интактных клеток к действию патогенных факторов и стимулирующие адаптивные механизмы при повреждении клеток, подразделяют:
♦ по целевому назначению на лечебные и профилактические;
♦ по природе на медикаментозные, немедикаментозные и комбинированные;
♦ по направленности на этиотропные, патогенетические и саногенетические.
Профилактические и лечебные мероприятия
Немедикаментозные агенты. Немедикаментозные средства применяют с целью профилактики повреждения клетки. Эти средства повышают устойчивость клеток к ряду патогенных агентов.
Воспаление - типовой патологический процесс, направленный на уничтожение, инактивацию или ликвидацию повреждающего агента и восстановление повреждённой ткани.
Воспаление - местный процесс. Однако в его возникновении, развитии и исходах принимают участие практически все ткани, органы и системы организма.
Терминология. Для обозначения воспаления в какой-либо ткани или органе используют их латинское или греческое название и добавляют терминологический элемент «ит» (в сочетании с греко-латинским названием ткани или органа - itis). Например, воспаление кожи - дерматит, печени - гепатит, почки - нефрит, оболочек мозга - менингит, миокарда - миокардит, стенки вены - флебит и т.д.
Этиология
Воспаление - ответ организма на воздействие причины - флогогенного (от греч.phlox, phlogos - пламя) фактора, действующего в определенных условиях.
Причины воспаления
Природа флогогенного фактора может быть физической, химической или биологической.
♦ Физические факторы: механическая травма тканей, чрезмерно высокая или низкая температура, воздействие электрического тока или лучистой энергии.
♦ Химические факторы: органические и неорганические кислоты, щёлочи и соли; ЛС, вводимые в ткани.
♦ Биологические агенты: инфекционные (вирусы, риккетсии, бактерии, грибы); иммуноаллергические (комплексы Аг-АТ; денатурированные белки и погибшие участки ткани; инфицированные вирусом и опухолевые клетки); токсины насекомых, животных, растений.
Происхождение флогогенного фактора. Как повреждающие факторы, флогогенные факторы подразделяют на экзогенные и эндогенные, а в каждой из этих групп выделяют инфекционные и неинфекционные агенты.
Выраженность воспалительного эффекта флогогенных агентов зависит не только от их природы и происхождения, но и от интенсивности действия: чем она выше, тем, как правило, более остро протекает воспалительная реакция.
Условия, влияющие на возникновение и течение воспаления
Реактивность организма. Воспаление может иметь нормергическое, гиперергическое и гипоергическое течение, в зависимости от реактивности организма и реактивных свойств ткани или органа в данный момент.
Регионарные особенности тканей важны для возникновения и характера развития воспаления. Так, хроническая локальная травма тканей, дистрофические процессы, нарушения кровообращения или местного иммунитета облегчают реализацию действия патогенного фактора и нередко усугубляют повреждение тканей в очаге воспаления.
Патогенез
В механизме развития воспаления выделяют несколько компонентов: альтерацию, сосудистые реакции, изменения крово- и лимфообращения, экссудацию жидкости и выход форменных элементов крови в ткань, фагоцитоз и пролиферацию.
АЛЬТЕРАЦИЯ
Альтерация (от лат. alteratio - изменение, повреждение) как компонент механизма развития воспаления включает изменения: клеточных и внеклеточных структур, обмена веществ, физико-химических свойств, а также образование и реализацию эффектов медиаторов воспаления. При этом различают зоны первичной и вторичной альтерации.
Первичная альтерация реализуется за счёт действия патогенного агента в зоне его внедрения, что сопровождается грубыми, часто необратимыми изменениями.
Вторичная альтерация вызывается и патогенным агентом и, в основном, продуктами первичной альтерации. Позднее вторичная альтерация приобретает относительно самостоятельный характер. Объём зоны вторичного повреждения всегда больше, чем первичного, а длительность может варьировать от нескольких часов до нескольких лет.
Изменение структур
Степень изменений клеточных и неклеточных структур в очаге воспаления колеблется от минимальных до их разрушения и некроза. Причиной альтерации структур являются на начальном этапе воспаления прямое действие флогогенного фактора, а затем - расстройства обмена веществ, физико-химические, микроциркуляторные и регуляторные расстройства (подробнее причины повреждения структур см. в Главе 4 «Патология клетки»).
Изменения обмена веществ
Биологический смысл изменений обмена веществ заключается в энергетическом и пластическом обеспечении процессов, протекающих в очаге воспаления. На начальном этапе воспаления в тканях преобладают реакции катаболизма, а при активации процессов пролиферации начинают доминировать анаболические реакции. Изменения метаболизма в существенной мере регулируются медиаторами воспаления. В очаге воспаления, а нередко и в организме в целом, происходит перестройка всех видов обмена веществ: углеводного, белкового, жирового и водно-солевого, что приводит к физико-химическим изменениям в очаге воспаления.
Углеводы
♦ Активируются гликогенолиз и гликолиз, обеспечивающие увеличение выработки макроэргических соединений.
♦ Под влиянием разобщителей окисления и фосфорилирования нарушается образование АТФ в цикле Кребса и энергия выделяется в виде тепла.
♦ Гликолиз в условиях гипоксии в очаге воспаления переходит на анаэробный путь, следствием чего является накопление избытка лактата и пирувата, которые формируют метаболический ацидоз.
♦ Возобновление оксигенации тканей, как правило, сопровождается нормализацией энергетического обеспечения клеточных процессов.
Липиды
♦ Усиливаются липолиз (он сопровождается накоплением свободных ВЖК) и деструкция липидов за счёт интенсификации реакций СПОЛ (с образованием перекисей и гидроперекисей липидов, кетокислот).
♦ В связи с накоплением в клетках свободных ВЖК отмечаются их разобщающий эффект и снижение эффективности тканевого дыхания в митохондриях. ВЖК обладают также детергентным действием (см. раздел «Повреждение мембран», глава 4).
♦ Накопление избытка кетокислот (ацетоуксусной, β-оксимасляной, β-кетоглутаровой и других) вследствие нарушения окисления ВЖК обусловливает ацидоз и вторичную альтерацию в очаге воспаления.
♦ Образующаяся в избытке арахидоновая кислота служит субстратом для образования Пг, тромбоксанов и лейкотриенов.
Белки
♦ Активируется протеолиз, продукты которого служат субстратом синтеза клеточных компонентов взамен повреждённых.
♦ Развиваются иммунные (в том числе - иммунопатологические) реакции (в связи с денатурацией белков как собственных погибших клеток, так и флогогенного агента). Включение клеточных и гуморальных механизмов иммунитета обеспечивает обнаружение, деструкцию и элиминацию антигенно чужеродных структур.
Ионы и вода
♦ Расстраивается энергетическое обеспечение селективного переноса катионов и снижается активность катион-зависимых мембранных АТФаз (?+,К+-АТФазы, Са 2 +Mg 2 +-АТФазы). Это вызывает нарушение формирования МП и ПД, развитие стойкой деполяризации мембран возбудимых клеток (например, кардиомиоцитов и нейронов).
♦ Нарушается вне- и внутриклеточное соотношение между отдельными ионами. Происходит потеря клеткой К+, Mg 2 + и накопление их в межклеточной жидкости. В клетку поступают Na+ и Са 2 +.
♦ Высвобождается дополнительное количество катионов (К+, Na+, Са 2+ , железа, цинка) при гидролизе солей и поступлении большого количества Са 2 + из повреждённых внутриклеточных депо (митохондрий и цистерн эндоплазматической сети).
♦ Значительно увеличивается осмотическое давление внутри клеток и их органелл, что сопровождается перерастяжением и разрывом их мембран.
Физико-химические изменения
Метаболический ацидоз в очаге воспаления обусловлен накоплением избытка различных кислот: молочной, пировиноградной, аминокислот, ВЖК и КТ.
♦ Механизмы развития: нарушение удаления из очага воспаления образующихся в большом количестве кислых продуктов метаболизма. Это вызывает истощение буферных систем (бикарбонатной, фосфатной, белковой) клеток и межклеточной жидкости.
♦ Последствия:
Повышение проницаемости мембран, в том числе лизосом, что приводит к выходу гидролаз в цитозоль и межклеточное вещество.
Повышение проницаемости стенок сосудов за счёт усиления неферментного и ферментного гидролиза компонентов межклеточного матрикса, включая базальные мембраны.
Формирование ощущения боли в очаге воспаления в связи с раздражением и повреждением чувствительных нервных окончаний в условиях избытка Н + .
Изменения чувствительности рецепторов клеток (в том числе - стенок сосудов) к регуляторным факторам (нейромедиаторам, гормонам, медиаторам воспаления), что сопровождается расстройством регуляции тонуса сосудистой стенки.
Гиперосмия - повышенное осмотическое давление в регионе воспаления. Обусловлено накоплением большого количества ионов и низкомолекулярных соединений.
♦ Механизмы развития: повышенное ферментативное и неферментативное разрушение макромолекул, усиленный в условиях ацидоза гидролиз солей и выделение осмотически активных соединений из повреждённых клеток.
♦ Последствия: гипергидратация очага воспаления, стимуляция эмиграции лейкоцитов, изменение тонуса стенок сосудов, формирование чувства боли.
Гиперонкия - повышенное онкотическое давление в ткани при ее воспалении.
♦ Механизмы развития: увеличение концентрации белка в очаге воспаления в связи с усилением ферментативного и неферментативного гидролиза пептидов и выход белков (в основном - альбуминов) из крови в очаг воспаления в связи с повышением проницаемости сосудистой стенки.
♦ Последствия: развитие отёка в очаге воспаления.
Изменение поверхностного заряда клеток (как правило, снижение). Обусловлено нарушением водно-электролитного баланса в воспаленной ткани.
♦ Механизмы развития: нарушение энергообеспечения трансмембранного переноса ионов и развитие электролитного дисбаланса.
♦ Последствия: изменение порога возбудимости клеток, потенцирование миграции фагоцитов за счёт электрокинеза; стимуляция кооперации клеток в связи со снижением величины отрицательного поверхностного их заряда, нейтрализацией его или даже перезарядкой.
Изменения коллоидного состояния межклеточного вещества и гиалоплазмы клеток в очаге воспаления.
♦ Механизмы развития:
Ферментативный и неферментативный гидролиз макромолекул (гликозаминогликанов, белков, протеогликанов).
Фазовые изменения микрофиламентов, облегчающие переход их состояния из геля в золь и наоборот.
♦ Последствия (основное): увеличение тканевой проницаемости.
Уменьшение поверхностного натяжения клеточных мембран. Обусловлено изменениями структуры молекул плазмолеммы.
♦ Механизмы развития: воздействие на клеточные мембраны значительного количества поверхностноактивных веществ (фосфо-
липидов, ВЖК, К + , Са 2+).
♦ Последствия: облегчение подвижности клетки и потенцирование адгезии клеток при фагоцитозе.
Медиаторы воспаления
Медиаторы воспаления - биологически активные вещества, под влиянием которых осуществляются закономерное развитие и исходы воспаления, формируются его местные и общие признаки.
Выделяют две группы медиаторов воспаления: клеточные и плазменные.
