Механізми адаптації клітин за її ушкодженні. IV. Механізми захисту клітини від пошкодження.

Механізми адаптації клітин при їх ушкодженні

Дія на клітину патогенних факторів супроводжується активацією (або включенням) різних реакцій та процесів, спрямованих на усунення або зменшення ступеня пошкодження та його наслідків, а також забезпечують стійкість клітин до пошкодження. Сукупність цих реакцій забезпечує пристосування (адаптацію) клітини до умов її життєдіяльності, що змінилися.

Комплекс адаптивних реакцій клітин умовно поділяють на внутрішньоклітинні та міжклітинні (рис. 5- 21 ).

21 Механізми адаптації клітини при її ушкодженні»

Рис. 5–21 .Механізми адаптації клітини під час її ушкодження.

Внутрішньоклітинні адаптивні механізми

До внутрішньоклітинних адаптивних механізмів відносять такі реакції та процеси.

Ы Верстка Таблиця

Компенсація порушень енергозабезпечення

Механізми компенсації порушень енергетичного забезпечення клітини наведено на рис. 5- 22 .

ВЕРСТКА вставити файл «ПФ Рис 05 22 Механізми компенсації порушень енергетичного забезпечення клітини»

Рис. 5–22 .Механізми компенсації порушень енергетичного забезпечення клітини у разі її ушкодження.

При пошкодженні клітини, як правило, більшою чи меншою мірою ушкоджуються мітохондрії та знижується ресинтез АТФ у процесі тканинного дихання. Ці зміни є сигналом для включення компенсаційних механізмів: - Збільшення продукції АТФ в системі гліколізу; – підвищення активності ферментів, що беруть участь у процесах окислення та фосфорилювання (при слабкому чи помірному ступені пошкодження клітин); – активації ферментів транспорту енергії АТФ (аденіннуклеотидтрансферази, КФК); - Підвищення ефективності ферментів утилізації енергії АТФ (АТФаз); - Обмеження функціональної активності клітини; – зниження інтенсивності пластичних процесів у клітині.

Захист мембран та ферментів

Захист мембран та ферментів клітин здійснюють зазначені на рис. 5- 23 механізми.

ВЕРСТКА вставити файл «ПФ Рис 05 23 Механізми захисту мембран та ферментів клітини»

Рис. 5–23 .Механізми захисту мембран та ферментів клітини при її пошкодженні. АОЗ – фактори антиоксидантного захисту.

Так, ферменти антиоксидантного захисту (СОД, що інактивує радикали O 2 - ; каталаза і глутатіонпероксидази, що розщеплюють відповідно Н 2 Про 2 і ліпіди) зменшують патогенні ефекти вільнорадикальних та перекисних реакцій; активація буферних систем клітини веде до зменшення внутрішньоклітинного ацидозу (наслідок ацидозу – надмірна гідролітична активність лізосомальних ферментів); підвищення активності ферментів мікросом (особливо ферментів ендоплазматичної мережі) посилює фізико-хімічну трансформацію патогенних агентів шляхом їх окислення, відновлення, деметилювання тощо; Дерепресія генів має наслідком активацію синтезу компонентів мембран (білків, ліпідів, вуглеводів) замість пошкоджених або втрачених.

Усунення/зменшення ступеня дисбалансу іонів та рідини

Механізми зменшення виразності або усунення дисбалансу іонів та води у клітині наведено на рис. 5- 24 .

Ы ВЕРСТКА ЕГ Малюнок 5– 24

ВЕРСТКА вставити файл «ПФ Рис 05 24 Механізми зменшення ступеня дисбалансу іонів»

Рис. 5–24 .Механізми зменшення ступеня (усунення) дисбалансу іонів та води у клітині при її пошкодженні.

Істотне зниження ступеня розладів обміну рідини та іонів забезпечують: активація процесів енергетичного забезпечення іонних насосів; - Підвищення активності ферментів, що беруть участь у транспорті іонів; - Зміна інтенсивності та характеру метаболізму (наприклад, посилення гліколізу супроводжується вивільненням K + , вміст якого в пошкоджених клітинах зменшено у зв'язку з підвищенням проникності їх мембран); – нормалізація внутрішньоклітинних буферних систем (наприклад, активація карбонатного, фосфатного, білкового буферів сприяє відновленню оптимального співвідношення в цитозолі та трансмембранного розподілу іонів K + , Na + , Ca 2+ та інших, зокрема шляхом зменшення в клітці [Н + ]). Доведено, що зменшення ступеня дисбалансу іонів, у свою чергу, може супроводжуватися нормалізацією вмісту та циркуляції внутрішньоклітинної рідини, об'єму клітин та їх органел.

Усунення генетичних дефектів

Механізми усунення дефектів генетичної програми клітини та експресії генів представлені на рис. 5- 25 .

ВЕРСТКА вставити файл «ПФ Рис 05 25 Усунення дефектів генетичної програми клітини»

Рис.5–25 .Усунення дефектів генетичної програми клітини та механізми її реалізації.

Усунення дрібномасштабних змін у геномі здійснюють деметилази. Вони видаляють метильні групи та лігази, усувають розриви в ланцюгах ДНК, що виникають під дією іонізуючого випромінювання, вільних радикалів та ін. Особливе значення має репарація ДНК, як ексцизійна, так і рекомбінаційна. Усунення порушень механізмів реалізації генетичної програми клітини може нормалізувати нуклео- та цитотомію, транскрипцію, трансляції та ін.

Нормалізація механізмів регуляції внутрішньоклітинних процесів

Реакції, що компенсують порушення механізмів сприйняття клітиною регулюючих впливів, вказано на рис. 5- 26 .

ВЕРСТКА вставити файл «ПФ Рис 05 26 Механізми компенсації розладів регуляції клітини»

Рис. 5–26 .Механізми компенсації розладів регуляції клітини у разі її ушкодження.

Крім того, у пошкодженій клітині засмучуються механізми зворотного зв'язку в метаболічних шляхах (наприклад, концентрація кінцевих продуктів за принципом позитивного або негативного зворотного зв'язку змінює активність ферментів на початку ланцюжка).

Оптимізація функціональної активності клітин

Важливим механізмом захисту клітин є зниження вираженості або повне припинення виконання клітиною її специфічних функцій. Це дозволяє перерозподілити ресурси і тим самим збільшити можливості адаптації клітини для компенсації змін, викликаних фактором, що ушкоджує. При цьому енергія, що йшла на виконання специфічної клітинної функції, дозволяє клітині легше компенсувати зміни метаболізму, викликані ушкоджуючим фактором. В результаті ступінь та масштаб пошкодження клітин при дії патогенного фактора суттєво знижуються, а після припинення його дії відзначається більш інтенсивне та повне відновлення клітинних структур та їх функції. До основних механізмів, які забезпечують тимчасове зниження функції клітин, можна зарахувати: – зменшення эффекторной імпульсації від нервових центрів; - Зниження числа або чутливості рецепторів на поверхні клітини; – внутрішньоклітинне регуляторне пригнічення метаболічних реакцій; - Репресію активності окремих генів.

Типові пристосувальні зміни при пошкодженні клітин

Адаптація клітин в умовах ушкодження відбувається не лише на метаболічному та функціональному рівнях. Тривале, повторне чи значне пошкодження веде до суттєвих структурних перебудов у клітині, що мають адаптивне значення. Така адаптація до дії факторів, що пошкоджують, відбувається шляхом типових пристосувальних змін клітини або клітинної системи (атрофія, гіпертрофія, гіперплазія, метаплазія, дисплазія). Наприклад, в умовах хронічного венозного застою у печінці кисневе голодування гепатоцитів супроводжується їхньою атрофією. Процеси атрофії, гіпертрофії, гіперплазії, а також регенерації розглянуті в Додатку (див. «Довідник термінів» на компакт-дтську).

Білки теплового шоку

При впливі на клітину пошкоджуючих чинників (зміни температури, гіпоксія, хімічні чинники, інфікування вірусом та інших.) відбувається інтенсифікація синтезу білків теплового шоку (HSP, від Heat Shock Proteins; інакше, білки стресу). Це може захистити клітину від пошкоджень та запобігти її загибелі. Найбільш поширені HSP з M r 70 000 (hsp70) та 90 000 (hsp90).

Механізм дії цих білків різноманітний і полягає в регуляції збирання, згортання та розгортання інших білків. Таким чином, білки стресу запобігають накопиченню в клітині білкових агрегатів. Прикладом підвищеної резистентності, зумовленої білками теплового шоку, можуть бути пухлинні клітини, які експресують підвищений рівень HSP70, що захищає їх від пошкодження та загибелі.

Міжклітинні адаптивні механізми

Для міжклітинних (системних) механізмів адаптації до пошкодження характерна взаємодія клітин один з одним. Така взаємодія здійснюється кількома шляхами: - обміном метаболітами та місцевими БАВ (наприклад, цитокінами або іонами; - розвитком імунних реакцій; - змінами лімфо- та кровообігу або нейроендокринних впливів.

Приклади адаптивних реакцій

При системній гіпоксіїЗменшення вмісту кисню в крові може призвести до пошкодження клітин, насамперед мозку. Це рефлекторно (через подразнення хеморецепторів) стимулює активність дихального центру. В результаті збільшується обсяг альвеолярної вентиляції,що ліквідує або зменшує нестачу кисню в крові та тканинах.

Пошкодження клітин в умовах гіпоглікеміїможе бути зменшено в результаті адаптивної реакції: збільшення вироблення гормонів, що сприяють підвищення в плазмі крові глюкози (ДПК)і транспорту їх у клітини: глюкагону, адреналіну, глюкокортикоїдів, соматотропного гормону (СТГ) та інших.

Зниження кровопостачання (ішемія).будь-якої ділянки тканини, як правило, супроводжується компенсаторним збільшенням припливу крові до тканин по колатеральних (обхідних) судинах.

Патогенні фактори антигенної природиактивують імунні механізми захисту: система імунобіологічного нагляду за допомогою фагоцитів, антитіл та/або T-лімфоцитів інактивує ендо- та екзогенні антигени, здатні пошкодити клітини організму.

Вказані вище та інші системи в нормі забезпечують адекватне реагування організму в цілому на різні впливи ендо- та екзогенного походження.

В умовах патології вони беруть участь у реалізації механізмів захисту, компенсації та відновлення пошкоджених структур та порушених функцій клітин, органів та тканин.

Підвищення стійкості клітин до пошкодження

Заходи та засоби активного підвищення стійкості інтактних клітин до дії патогенних факторів та стимуляції адаптивних механізмів при пошкодженні клітин наведено на рис. 5- 27.

ВИ ВЕРСТКА ЕГ По-моєму, Малюнок 5– 27 надто широкий, треба було б перекомпонувати текст. Запитав Сергія Івановича.

ВЕРСТКА вставити файл «ПФ Рис 05 27 Заходи щодо зниження ступеня пошкодження клітин»

Рис. 5–27 .Заходи щодо зниження ступеня(усунення)пошкодження клітин.

Профілактичні та лікувальні заходи при пошкодженні клітин

Агенти, які мають на меті захист інтактних клітин від пошкодження (профілактичні) або стимуляцію адаптивних механізмів при їх альтерації (лікувальні), поділяють на немедикаментозні, медикаментозні та комбіновані.

Немедикаментозні засобизастосовують головним чином із метою профілактики ушкодження клітини. Ці засоби підвищують стійкість клітин органів та тканин, а також організму загалом до ряду патогенних агентів. Наприклад, тренування організму (за певною схемою) помірною гіпоксією, стресорними факторами, фізичними навантаженнями та охолодженням збільшує резистентність до значної гіпоксії, ішемії, холоду, інфекційних агентів, іонізуючої радіації та інших агентів. У зв'язку з цим тренування зазначеними та іншими впливами застосовують для профілактики пошкоджень клітин при різних хворобах, а також як один з методів стимуляції репаративних процесів.

В основі збільшення резистентності клітин при тренуванні лежить підвищення надійності та потужності регулюючих систем, механізмів енергетичного та пластичного забезпечення клітин, їх компенсаторних, відновлювальних та захисних реакцій, репарації ДНК, механізмів синтезу білків, процесів формування субклітинних структур та інших змін, що забезпечують підвищення резистентності клітин до ушкоджуючим агентам.

Лікарські засоби (ЛЗ)застосовують переважно для активації адаптивних механізмів після впливу патогенного агента. Більшість ЛЗ застосовується з метою етіотропної чи патогенетичної терапії. До основних впливів, що мають на меті зменшити силу патогенної дії на клітини та/або блокувати механізм розвитку патологічного процесу, відносять: – зниження ступеня або усунення порушень процесів енергетичного забезпечення клітин; – захист їх мембранного апарату та ферментів; - Корекцію та захист механізмів трансмембранного перенесення, внутрішньоклітинного розподілу іонів та контролю обсягу клітин; -запобігання пошкодженню генетичного апарату клітини; - Корекцію механізмів регуляції та інтеграції внутрішньоклітинних процесів.

Комбіновані діїдають найбільший ефект: як лікувальний, і профілактичний.

Загальні принципи терапії та профілактики ушкодження клітини

До загальних принципів терапії та профілактики відносять етіотропний, патогенетичний та саногенетичний принципи.

Етіотропні діїусувають, припиняють, зменшують силу та/або тривалість дії патогенних факторів на клітини, а також усувають умови, що сприяють реалізації цієї дії.

Саногенетичні заходимають на меті активацію адаптивних механізмів (компенсації, захисту, відновлення та пристосування клітин) до умов, що змінилися.

Патогенетичні діїспрямовані на розрив ланок механізму розвитку (патогенезу) патологічного процесу. При пошкодженні клітини вони коригують та/або стимулюють механізми енергопостачання клітин, захищають їх мембрани та ферменти, механізми трансмембранного перенесення, внутрішньоклітинного розподілу іонів та контролю об'єму клітин, запобігають дії факторів, що викликають зміни в генетичному апараті клітин, модифікують регуляторні впливи на клітини.

Принципи, цілі та приклади заходів щодо корекції та захисту механізмів енергопостачання клітинпри їх альтерації наведено у табл. 5–4.

Ы Верстка Таблиця 5‑4

Таблиця 5-4.Принципи корекції та захисту механізмів енергетичного забезпечення клітин при їх ушкодженні

Захист мембран та ферментів клітин

Цілі впливів та приклади лікарських засобів для захисту мембран та ферментів клітинподано в табл. 5–5.

Ы Верстка Таблиця 5‑5

Таблиця 5-5.Захист мембран та ферментів клітин при пошкодженні

Цілі, приклади заходів та груп лікарських засобів, що застосовуються для корекції та захисту механізмів обміну іонів та рідининаведено у табл. 5-6.

Усунення дисбалансу іонів у клітині, як правило, супроводжується нормалізацією вмісту у ній води та не потребує спеціального лікування. Однак, при ряді захворювань необхідні ЛЗ, що зменшують загальний вміст рідини в організмі, і в тому числі внутрішньоклітинної, наприклад, сечогінні засоби (табл. 5-6).

Ы Верстка Таблиця 5‑6

Таблиця 5-6.Принципи корекції та захисту механізмів транспорту іонів та контролю обсягу клітин

Для запобігання дії факторів, що викликають зміни в генетичному апаратіклітин: – проводять спеціальні організаційні та гігієнічні заходи (вдягають спецодяг, екранізують джерела радіоактивного випромінювання); -Застосовують ЛЗ, що підвищують стійкість клітин організму до дії мутагенних факторів, головним чином іонізуючого випромінювання. Ці речовини отримали назву радіопротекторів (радіозахисних чи протипроменевих препаратів). Радіопротектори(залежно від їх походження та механізму дії) поділяють на біологічні та фармакологічні. Біологічні радіопротекторипідвищують радіорезистентність клітин організму за рахунок активації неспецифічних механізмів та зниження чутливості клітин до мутагенних факторів. У зв'язку з цим їх застосовують здебільшого з профілактичною метою. Як біологічні радіопротектори використовуються вітаміни C, PP, гормони, коферменти, адаптогени (екстракти та настойки елеутерококу, женьшеню, китайського лимонника та ін.). Фармакохімічні радіопротекторинадають захисну дію завдяки стимуляції механізмів репарації ДНК, гальмування реплікації (коли структура ДНК є максимально вразливою), а також інактивації продуктів вільнорадикальних та перекисних реакцій. До широко застосовуваних фармакохімічних радіопротекторів відносяться амінотіоли (наприклад, цистамін, пропамін), індолілалкіламіни (мексамін, серотонін), біогенні аміни (гістамін, тирамін, адреналін), полісахариди. Виявленню та усуненню мутацій сприяють також впливи, спрямовані на захист мембран та ферментів клітин (див. табл. 5–4), у тому числі ферментів репаративного синтезу ДНК.

Для корекції регуляторних впливівна клітини застосовують препарати гормонів, нейромедіаторів, циклічних нуклеотидів та ін. Методи та схеми їх застосування різні залежно від характеру пошкодження і патологічного процесу, що розвивається у зв'язку з цим.

У центральній нервовій системі.

Загальні закономірності

Процеси компенсації у нервовій системі частіше розглядаються як реакції, що виникають після травм, оперативних втручань, тих чи інших патологічних явищ. У значній кількості випадків клініцисти зіштовхуються зі станом, як у нервової системі вже розвивається патологічний процес, але ще не викликає порушень функцій і виявляється без спеціальних досліджень.

Компенсаторні процеси реалізуються спочатку з внутрішньоструктурних механізмів, що відбуваються, наприклад, у межах одного ядра нервової системи. В основі цієї компенсації лежить низка складних перебудов у самій структурі. Вона можлива за рахунок використання наявних резервів структури та завдяки вікаруванню.

Вікарування в даному випадку слід розуміти як збільшення активності та функціональних можливостей структурних елементів, що збереглися. Наприклад, перехід мономодальних нейронів у полімодальні, моносенсорних нейронів у полісенсорні. Цей механізм при порушеннях центральної нервової системи ґрунтується на тому, що кожна її структура є потенційно поліфункціональною. Внутрішньоструктурна компенсація часто залежить від індивідуальних особливостей організації аналізаторів у людини. Так, 17 поле в одних людей може бути вдвічі більше, ніж в інших. У деяких людей відзначено розширення макулярної зони 17 поля або передньої частини поля - області периферичного зору. Відомо також, що латеральні колінчасті тіла в окремих індивідів

перевищують середню величину 185%. Звичайно, у всіх таких випадках компенсаторні можливості значно ширші.

Інший шлях компенсації забезпечується внутрішньосистемнимивзаємодіями, наприклад, у межах стріопалідарної системи, коли дисфункція хвостатого ядра в регуляції моторики може компенсуватися шкаралупою.

Третій шлях компенсації реалізується міжсистемнимивзаємодіями. Компенсація, як міжсистемний процес, обумовлена ​​переважно участю в ліквідації патології однієї структури, що розвивається, пов'язаними з нею функціонально структурами інших систем. У цьому випадку інша система, за рахунок утворення нових тимчасових зв'язків, може забезпечувати збереження функції, яку первинно покликана виконувати система, що ушкоджується патологічним процесом.

Слід зазначити, що це шляхи компенсації реалізуються паралельно, але вага участі кожного їх у різних етапах розвитку патології різний. На початкових етапах велика частка компенсації здійснюється завдяки внутрішньоструктурним процесам, при посиленні патології великої значущості набуває внутрішньосистемна компенсація, потім міжсистемна.

Досить часто відсутня паралель між морфологічними порушеннями центральної нервової системи та здатністю виконувати цією структурою властиву їй функцію. Наприклад, при ушкодженнях мозочка зростаючою пухлиною компенсація настільки досконала, що клінічна симптоматика з'являється при загибелі більшої частини мозочка. Більш успішно компенсація функцій реалізується при патологічному процесі, що повільно зростає, в молодому віці.

Так, відомо, що Луї Пастер у молодості переніс крововилив у мозок, що призвело до значного руйнування кори правої півкулі його мозку. Однак це не завадило Пастеру зберегти та розвинути свої ментальні здібності та виконати видатні роботи в галузі біології.

В іншому відомому випадку після чотириразової операції з приводу пухлини мозку у 12-річної дитини практично була видалена більша частина лівої півкулі мозочка. Відразу після кожної операції у дитини виникали порушення рухової сфери, мови та інших функцій мозку. Проте, досить швидко ці порушення компенсувалися.

Компенсаторні можливості мозку з віком зменшуються, це зумовлено ослабленням лабільності у формуванні нових функціональних зв'язків.

Властивості центральної нервової системи

Забезпечуючі механізми компенсації

Порушених функцій

Фізіологічні механізми компенсації порушень функцій утворень ЦНС базуються на специфічних властивостях нейронів підкіркових та кіркових структур мозку.

До цих властивостей відносяться:

Поліфункціональність кожного з елементів
нервової системи;

Полісенсорність нейронів;

Відносна спеціалізація нейронів окремо
них галузей мозку;

Локалізація функцій у корі;

Паралельна (одночасна) обробка різно-
сенсорної інформації;

Здатність до саморегуляції, самоорганізації;

Домінантний механізм;

рефлекторний принцип функціонування;

Зворотній зв'язок;

Надмірність структурна та функціональна;

Надійність;

Функціональна асиметрія;

принцип загального кінцевого шляху;

Здатність нервових елементів до синхронізації
ції активності;

Пластичність нервових центрів та окремих нею
ронів;

Принцип іррадіації та концентрації активно
сти;

Інтегративність нервової системи.

Поліфункціональність.Основна функція нервової системи полягає у збиранні, переробці, зберіганні, відтворенні та передачі інформації з метою організації інтелектуальної, поведінкової діяльності, регуляції функціонування органів, систем органів та забезпечення їх взаємодії.

Багато з перерахованих функцій реалізуються вже на субнейронному рівні. Так, мікротрубочки, синапс, дендрити, мембрана нейронів мають здатність виконувати всі інформаційні функції нервової системи: сприйняття, обробку, зберігання, багаторазове відтворення та передачу інформації. У цьому полягає основний принцип функціонування нервової системи - принцип поліфункціональності.

Поліфункціональність притаманна більшості структур центральної нервової системи. Наприклад, подразнення однієї і тієї ж структури блідої кулі різною частотою імпульсів може викликати або рухову або вегетативну реакцію. Сенсомоторна кора здатна сприймати сигнали шкірної, зорової, слухової та інших видів рецепції. У

відповідь на ці сигнали у сенсомоторній корі формуються реакції, які зазвичай виникають при нормальній діяльності коркового кінця зорового, слухового чи інших аналізаторів.

Отже, завдяки поліфункціональності одна й та сама функція може бути виконана різними структурами мозку. Цей важливий момент свідчить про практично безмежні можливості компенсації функції у центральній нервовій системі.

Властивості поліфункціональності нервових центрів тісно пов'язані з властивістю полісенсорностінейронів.

Полісенсорність – це здатність одного нейрона реагувати на сигнали різних аферентних систем. Нейрофізіологи виділяють моносенсорні нейрони, що реагують тільки на один вид сигналів, бі-сенсорні - - реагують на два різних сигнали, наприклад, деякі нейрони зорової кори можуть реагувати на зорові і слухові роздратування. Нарешті, в корі мозку є нейрони, які реагують на три та більше види сигналів. Ці нейрони називаються полісенсорними.

Крім здатності реагувати на подразнення різних сенсорних систем, нейрони окремих областей мозку здатні реагувати лише на одну характеристику сенсорного подразнення, наприклад, на певну частоту звуку або тільки на один колір. Такі нейрони називаються мономодальними.

Мономодальні нейрони мають високу вибірковість і високу чутливість до певних видів подразнень, тобто. ці нейрони є спеціалізованими.Локалізуються спеціалізовані нейрони в зонах первинних проектів.

цій аналізаторів. Такими зонами є первинні області зорової, слухової, шкірної та інших зон кори.

Переважне розташування моносенсорних нейронів визначає локалізацію функційу корі. В історії вивчення локалізації функцій у корі головного мозку можна виділити два уявлення: по одному з них моторні та сенсорні функції представлені строго локальними ділянками, пошкодження яких має назавжди виключати ту чи іншу функцію. Протилежне йому уявлення доводило еквіпотенціал'носткори у реалізації сенсорики та моторики.

Через війну багаторічних досліджень центральної нервової системи сформувалося компромісне уявлення. Нині вважатимуться встановленим, що локалізація функцій у корі визначається передусім моносенсорними нейронами, мають найменші пороги чутливості за свої адекватні подразнення. Однак поряд з цими нейронами завжди є полісенсорні нейрони, які забезпечують взаємодію локальної структури з іншими структурами мозку, а тим самим можливість утворення тимчасового зв'язку, компенсацію порушень функцій своєї структури і структур, з нею пов'язаних.

У тих випадках, коли нейрон реагує на дві ознаки того самого сенсорного стимулу, наприклад, на два кольори зорового подразнення або на два тони слухового, ці нейрони відносять до бімодальних. Нейрони, що реагують на три та більше ознаки одного сенсорного каналу, називаються полімодальними.

Полімодальні нейрони забезпечують внутрішньосистемну компенсацію порушених функцій.

Паралельно з цим можливий інший механізм компенсації - за рахунок здатності мономодальних нейронів ставати бі- і полімодальними.

У дослідах з реєстрацією активності окремих нейронів показано, що мономодальні нейрони слухової кори, що реагують на тон із частотою 1 000 Гц, при подачі тону з частотою 500 Гц спочатку не реагували на цей сигнал, а після ряду поєднань тону 500 Гц з позаклітинною деполяризацією через мікроелектрод, останній навчався реагувати і тон 500 Гц. Отже, нейрон ставав бімодальним і за рахунок цього міг компенсувати порушення, викликані смертю нейронів, здатних відповідати на сигнали з частотою 500 Гц.

Принципово такий самий механізм тимчасового зв'язку є основою навчання моносенсорних нейронів реагувати на стимули різної сенсорності, тобто. на сигнали різних аналізаторних систем У цьому випадку йдеться про міжаналізаторну, міжсистемну компенсацію.

У корі мозку немає такої зони, яка б пов'язана з реалізацією лише однієї функції. У різних відділах мозку є різна кількість полісенсорних та полімодальних нейронів. Найбільша кількість таких нейронів знаходиться в асоціативних та у вторинних, третинних зонах коркового кінця аналізаторів. Значна частина нейронів моторної кори (близько 40%) також є полісенсорною, вони реагують на подразнення шкіри, звук, світло. У 17 полі зорової кори до полісенсорних відноситься близько 15% нейронів, а в 18-19 полях тієї ж кори таких нейронів понад 60%. У колінчастих тілах на звукове та світлове подразнення реагує до 70% нейронів, а на подразнення шкіри – 24%. Властивістю полісенсорності мають також нейрони неспеці-

тичних ядер таламуса, червоного ядра середнього мозку, хвостатого ядра, шкаралупи, ядер слухової системи стовбура мозку, ретикулярної формації.

Число полісенсорних нейронів у структурах мозку змінюється в залежності від функціонального стану нервової системи і від завдання, що виконується в даний момент часу. Так, у період навчання за участю зорового та моторного аналізаторів кількість полісенсорних нейронів у цих зонах кори зростає. Отже, спрямоване навчання створює умови збільшення полісенсорних нейронів і тим самим компенсаторні можливості нервової системи зростають.

Наявність полісенсорних нейронів, збільшення їх числа при функціональних навантаженнях на нервову систему визначають динамічні можливості компенсації її структур при різноманітних дисфункціях.

Для клінічної медицини важливо також, деякі нейрони кори мозку результаті навчання здатні ставати полисенсорными, тобто. якщо до застосування поєднання умовного та безумовного стимулів нейрон реагував лише на безумовний стимул, то після низки поєднань цей нейрон стає здатним реагувати і на умовний стимул.

Полімодальність і полісенсорність дозволяють нейрону одночасно сприймати подразнення від різних аналізаторів або, якщо від одного аналізатора, сприймати одночасно сигнали з різними його характеристиками. Одночасне паралельне сприйняття сигналів передбачає і одночасну паралельну їхню обробку. Про це свідчать умовно-рефлекторні експерименти, в яких показано, що в результаті вироблення умовного рефлексу на одночасний комплекс сигналів,

що пред'являються різним аналізаторам (наприклад, слуховому та зоровому), його можна викликати будь-яким окремим сигналом цього комплексу.

Поліфункціональність і полісенсорність пов'язані з іншою властивістю функціонування мозку – його надійністю. Надійність забезпечується, крім полісенсорності та поліфункціональності, такими механізмами, як надмірність, модульність, кооперативність.

Надмірність як елемент забезпечення надійності функціонування мозку досягається різними способами. Найбільш поширеним є резервування елементів. Людина в корі завжди активні лише частки відсотка нейронів, та їх достатньо підтримки тонусу кори, який буде необхідний реалізації її діяльності. При порушенні функціонування кори кількість фоновоактивних нейронів у ній значно збільшується.

Надмірність елементів у ЦНС забезпечує збереження функцій її структур навіть при пошкодженні значної частини. Наприклад, видалення значної частини зорової кори не призводить до порушень зору. Однопівкульне ушкодження структур лімбічної системи не викликає специфічних для лімбічної системи клінічних симптомів. Доказом, що нервова система має великі резерви, є такі приклади. Окоруховий нерв нормально реалізує свої функції регуляції рухів очного яблука при збереженні у його ядрі лише 45% нейронів. Відвідний нерв нормально іннервує свій м'яз при збереженні 38% нейронів його ядра, а лицьовий нерв виконує свої функції всього при 10% збереження числа нейронів, розташованих в ядрі цього нерва.

Висока надійність у нервовій системі обумовлена ​​також безліччю зв'язків її структур, великою кількістю синапсів на нейронах. Так, нейрони мозочка мають на своєму тілі та дендритах до 60 тис. синапсів, пірамідні нейрони рухової кори – до 10 тис., альфа-мотонейрони спинного мозку – до 6 тис. синапсів.

Резервування проявляється безліччю шляхів реалізації сигналу; так, що дублюється руховий сигнал, що йде з кори до мотонейронів спинного мозку, може досягти їх не тільки від пірамідних нейронів 4 поля кори, але і від додаткової моторної зони, з інших проекційних полів, з базальних гангліїв, червоного ядра, ретикулярної формації та інших структур . Отже, пошкодження моторної кори не повинно призводити до повного випадання рухової інформації до мотонейронів спинного мозку.

Отже, крім резервування, надійність нервової системи досягається дублюванням, що дозволяє оперативно вводити, при необхідності, додаткові елементи, щоб реалізувати ту чи іншу функцію. Прикладом такого дублювання може бути багатоканальна передача інформації, наприклад, у зоровому аналізаторі.

Коли надійність функціонування мозку не забезпечується за рахунок дублювання та резервування, включається механізм ймовірнісної участі нейронів у реалізації заданої функції. Імовірнісний механізм створює оперативну надмірність участі нервових клітин різних модулів для організації тієї чи іншої реакції. Імовірнісний принцип функціонування нервової системи у тому, що нейрони діють не ізольовано, а популяції. Природно, єдиний стан всіх ней-

ронів популяції при приході до неї сигналу неможливо. Участь окремого нейрона у створенні реакції зумовлено його станом (поріг збудливості, генералізація імпульсу тощо.). У зв'язку з цим що у реакції може бути реалізовано чи ні, тобто. воно імовірнісне.

Модульність - це принцип структурно-функціональної організації кори мозку, який у тому, що у одному нейронному модулі здійснюється локальна переробка інформації від рецепторів однієї модальності. Розрізняють два види модулів: мікромодулі та макромодулі. Мікромодулі в соматосенсорній корі є об'єднанням 5-6 нейронів, серед яких є пірамідні нейрони, їх апікальні дендрити утворюють дендритний пучок. Між дендритами цього пучка мають місце як синаптичні зв'язку, а й електротонічні контакти. Останні забезпечують синхронність роботи нейронів мікромодуля, що підвищує надійність передачі.

У мікромодулі представлені також зірчасті клітини. Вони мають синапси на пірамідних нейронах свого модуля та контакти від висхідних таламо-кортикальних волокон. Деякі зірчасті клітини посилають аксони вздовж поверхні кори, створюючи таким чином умови передачі інформації від одного модуля кори до іншого і утворюючи гальмівне оточення навколо активного модуля.

Мікромодулі поєднуються в макромодулі - вертикально орієнтовані колонки (за Маунткаслом), їх діаметр досягає 500-1 000 мкм. Маунткасл виявив, що при зануренні мікроелектрода перпендикулярно поверхні кори всі реєстровані при цьому нейрони реагують на подразнення однієї сенсорності (наприклад, на світло).

При зануренні мікроелектроду під кутом до кори з його шляху зустрічалися нейрони різної сенсорності, тобто. реагують різні сигнали (наприклад, світ, звук).

Вважається, що в цьому випадку мікроелектрод пронизує сусідні колонки та реєструє нейрони різної сенсорності. З досліджень Ма-унткасла та інших. визнається моносенсорность, монофункциональность колонки.

Такий висновок суперечить принципу полісенсорності нейронів. В одному модулі повинні бути як моносенсорні нейрони або мономодальні, так і нейрони полісенсорні, в іншому випадку різко знижується інформаційна надійність нервової системи, її пластичність, а значить, і: здатність до утворення нових функціональних компенсаторних зв'язків.

У зорової корі має місце чергування колонок, нейрони яких реагують на зорові стимули або лише правого, або лише лівого ока. Отже, у зоровій корі обох півкуль мозку є окодомінантні колонки, тобто. колонки, які реагують на стимуляцію одного ока.

У слуховій корі виділяються колонки, здатні диференціювати сигнали, що йдуть від обох вух, та колонки, не здатні до такої диференціації.

У сенсомоторній корі поруч розташовані колонки виконують різноспрямовані реакції: наприклад, одні з них збуджують мотонейрони спинного мозку, інші гальмують їх.

p align="justify"> Модульний принцип структурно-функціональної організації роботи мозку є проявом кооперативного характеру функціонування нейронів мозку. Кооперативність дозволяє нейронам модуля брати участь у реалізації функції з імовірнісно-

му типу, що створює можливість відносної взаємозамінності нейронів, і тим самим підвищує надійність нервової діяльності. В результаті функціонування системи стає малозалежним від стану окремої нервової клітини. З іншого боку, рухома структура таких робочих одиниць, що формуються імовірнісною участю в них нервових клітин, зумовлює велику гнучкість міжнейронних зв'язків та легкість їх перебудов, які визначають властивості пластичності, характерні для вищих відділів мозку.

Кооперативність дає можливість структурі виконувати функції, властиві окремим її елементам. Так, окремий нейрон мозку не здатний до навчання, але, перебуваючи в мережі нейронів, він набуває такої здатності.

Кооперативність дозволяє реалізовувати механізми саморегуляції та самоорганізації, властиві нервовій системі з ранніх етапів її організації.

Саморегуляція - властивість структур нервової системи автоматично встановлювати та підтримувати на певному рівні своє функціонування. Основним механізмом саморегуляції є механізм зворотний зв'язок. Цей механізм добре ілюструється на прикладі підтримуючої реверберації при міжпівкульному розвитку епілептичного судомного стану. Зворотний зв'язок у нервовій системі має або посилююче, або гальмівне, або суто інформаційне значення про результати діяльності, реакцію системи, куди був адресований сигнал.

Зворотний зв'язок упорядковує, звужує безліч варіантів проходження сигналу, створюючи гальмівне оточення шляху збудження з неактивних нейронів.

Тісно пов'язаний із саморегуляцією нервової системи механізм її самоорганізації. Самоорганізовані системи взагалі мають ряд особливостей, які властиві і ЦНС:

Безліч входів;

Безліч виходів;

Високий рівень складності взаємодії сво
їх елементів;

Велика кількість функціонуючих елементів
тов;

Наявність імовірнісних та жорстких детермінів
ованих зв'язків;

наявність функції перехідних станів;

Безліч функцій;

Наявність вихідної функції із зворотним зв'язком.
Завдяки принципу самоорганізації компенсації
ція функцій у нервовій системі забезпечується пу
тим зміни ваг функціонування зв'язків, фор
муванням нових зв'язків на основі включення в ак
тивність потенційних синапсів, використанням
накопиченого досвіду цього індивіда.

Розвиток нервової системи у філо- та онтогенезі призводить до безперервного ускладнення взаємодії її систем. Чим більше форм, видів, кількість умовних рефлексів, що організуються в онтогенезі, тим більше зв'язків встановлюється між структурами нервової системи.

Збільшення кількості функціональних зв'язків між структурами нервової системи має вирішальне значення, тому що в цьому випадку зростає кількість варіантів проходження сигналів, що значно розширюються можливості компенсації порушених функції.

Завдяки самоорганізації розвиток клінічних ознак патології нервової системи на певному етапі не виявляється.

Самоорганізація призводить до якісних змін взаємодії систем, що дозволяє реалізувати функцію, що порушується патологією. Тут важливо те, що нервова система, крім можливості великого вибору шляхів задля досягнення мети, здатна вибірково посилювати чи послаблювати сигнали.

У першому випадку, при посиленні сигналу, забезпечується надійна передача інформації при частковій морфологічній безпеці структури.

У другому випадку, при ослабленні сигналу, з'являється можливість знизити перешкоду, яка йде від інших джерел. Так як нервова система здатна до вибіркової фільтрації потрібного сигналу, це дозволяє їй, виділивши потрібний, але слабкий сигнал, по-перше, прямо посилити його, а по-друге, дати йому перевагу при проходженні до сприймаючої структури за рахунок зниження сили непотрібних, заважають сигналів.

Компенсаторні можливості нервової системи пов'язані також із специфічною локалізацією функцій у корі мозку, яка не є абсолютною. Насамперед кожен кірковий кінець аналізатора має первинні, вторинні та третинні поля.

Первинні поля кори відповідають архітектонічним поля кори, в яких закінчуються сенсорні проекційні шляхи. Ці зони пов'язані з периферичними рецептуючими системами найбільш прямими шляхами, вони мають чітку соматотопічну локалізацію, в них здійснюється якісний аналіз специфічних сигналів. Поразка цих зон веде до елементарних розладів чутливості.

Побічні поля кори знаходяться поблизу первинних. У вторинних полях, пов'язаних з рецептуючими системами прямо і опосередковано,

ється обробка сигналу, визначається його біологічна значимість, встановлюються зв'язки з іншими аналізаторами та з виконавчою, частіше з руховою системою. Поразка цієї зони призводить до специфічних розладів для даного аналізатора пам'яті і сприйняття.

Третичні, або асоціативні, зони розташовуються в областях взаємного перекриття аналізаторів і займають у людини більшу частину кіркового представництва даного аналізатора.

Нейронні об'єднання цих зон найбільше адаптовані для встановлення зв'язку з іншими областями мозку, а тим самим найбільш пристосовані до реалізації компенсаторних процесів. Поразки асоціативних областей не ведуть до розладів специфічних функцій аналізаторів, а проявляються у найскладніших формах аналітико-синтетичної діяльності (гнозису, праксису, мовлення, цілеспрямованого поведінки), що з функцією даного аналізатора.

Структурна локалізація функцій передбачає, що мозок має детерміновані шляхи, системи, що реалізують проведення сигналу, організацію тієї чи іншої реакції тощо. Однак крім жорстко детермінованих зв'язків у мозті реалізуються функціональні зв'язки, що розвиваються в онтогенезі.

Чим зміцненіші, закріплені зв'язки між структурами мозку в процесі індивідуального розвитку, тим важче використання компенсаторних можливостей при патологіях.

За підсумками принципу структурності реалізується механізм ієрархічності. Він полягає не так у підпорядкуванні, як в організації компенсаторних процесів. Кожна вищележача структура бере участь у реалізації функцій нижчележачої, але де-

це тоді, коли нижчележача структура утруднюється у виконанні своїх функцій.

Структури мозку під час навчання, при дисфункції однієї з них не локалізують збудження у межах, а дозволяють йому широко поширюватися по мозку - принцип іррадіації.

Іррадіація стану активності поширюється на інші структури мозку як у прямих зв'язках, і по опосередкованих шляхах. Виникнення іррадіації при гіпофункції структури, що у реалізації тієї чи іншої процесу, дозволяє знайти шляхи компенсації гіпофункції та реалізувати необхідну реакцію.

Знаходження нового шляху закріплюється за рефлекторним принципом та закінчується концентрацією активності у певних структурах, зацікавлених у виконанні реакції.

З концентрацією активності у певних структурах мозку тісно пов'язані конвергентність та принцип загального кінцевого шляху. Цей принцип реалізується на окремому нейроні та на системному рівні. У першому випадку інформація у нейроні збирається на дендритах, сомі нейрона, а передається переважно через аксон. Інформація з нейрона може бути передана не тільки через аксон, а й через дендритні синапси. Інформація через аксон подається в нейрони інших структур мозку, ачерез синапси ден-дріт тільки на сусідні нейрони.

Наявність загального кінцевого шляху дозволяє нервовій системі мати різні варіанти досягнення потрібного ефекту через різні структури, що мають вихід на той самий кінцевий шлях.

Труднощі компенсацій, що відзначаються у більш старших віках, обумовлені не тим, що резерви мозку вичерпані, а тим, що сформовано велике ко-

кількість оптимальних шляхів реалізації функції, які хоч і задіяні у разі патології, але через неї ж і не можуть бути реалізовані. Найчастіше при патології потрібно формування нових шляхів реалізації тієї чи іншої функції.

В основі формування нових шляхів, нових функцій структури мозку лежить наступний принцип його функціонування – принцип пластичності.

Пластичність дозволяє нервовій системі під впливом різних стимулів здійснювати реорганізацію зв'язків з метою збереження основної функції або реалізації нової функції.

Пластичність дозволяє нервовим центрам реалізувати функції, які раніше їм були притаманні, але завдяки наявним і потенційним зв'язкам ці центри стають здатними брати участь у компенсації порушених в інших структурах функцій. Поліфункціональні структури мають великі можливості пластичності. У зв'язку з цим неспецифічні системи мозку, асоціативні структури, вторинні зони проекцій аналізаторів, як такі, що мають значну кількість поліфункціональних елементів, більш здатні до пластичності, ніж зони первинних проекцій аналізаторів. Чітким прикладом пластичності нервових центрів є класичний досвід П.К. Анохіна зі зміною зв'язків центрів діафрагмального та плечового нервів.

У цьому досвіді були перерізані діафрагмальний та плечовий нерви і центральний кінець діафрагмального нерва був приєднаний до периферичного кінця плечового, і, навпаки, центральний кінець плечового нерва до периферичного діафрагмального. Через деякий час після операції у тварини відновлювалися правильна регуляція дихання і правильна послідовність довільних рухів.

Отже, нервові центри перебудували свою функцію таким чином, як цього вимагала периферична м'язова система, з якою було встановлено новий зв'язок.

На ранніх етапах онтогенезу перебудови такого типу йдуть більш досконало, динамічно.

Найбільш істотну роль компенсації дисфункцій структур мозку грає рефлекторнийпринцип функціонування. Кожна нова рефлекторна зв'язок між структурами мозку є його новим станом, що дозволяє реалізовувати необхідну на даний момент функцію.

Дія на клітину патогенних факторів супроводжується активацією (або включенням) різних реакцій та процесів, спрямованих на усунення або зменшення ступеня пошкодження та його наслідків, а також забезпечують стійкість клітин до пошкодження. Сукупність цих реакцій забезпечує пристосування (адаптацію) клітини до умов її життєдіяльності, що змінилися.

Комплекс адаптивних реакцій клітин умовно поділяють на внутрішньоклітинні та міжклітинні (рис. 5- 21 ).

21 Механізми адаптації клітини при її ушкодженні»

Рис.5–21 .Механізми адаптації клітини під час її ушкодження.

Внутрішньоклітинні адаптивні механізми

До внутрішньоклітинних адаптивних механізмів відносять такі реакції та процеси.

Ы Верстка Таблиця

Компенсація порушень енергозабезпечення

Механізми компенсації порушень енергетичного забезпечення клітини наведено на рис. 5- 22 .

ВЕРСТКА вставити файл «ПФ Рис 05 22 Механізми компенсації порушень енергетичного забезпечення клітини»

Рис.5–22 .Механізми компенсації порушень енергетичного забезпечення клітини у разі її ушкодження.

При пошкодженні клітини, як правило, більшою чи меншою мірою ушкоджуються мітохондрії та знижується ресинтез АТФ у процесі тканинного дихання. Ці зміни є сигналом для включення компенсаційних механізмів: - Збільшення продукції АТФ в системі гліколізу; – підвищення активності ферментів, що беруть участь у процесах окислення та фосфорилювання (при слабкому чи помірному ступені пошкодження клітин); – активації ферментів транспорту енергії АТФ (аденіннуклеотидтрансферази, КФК); - Підвищення ефективності ферментів утилізації енергії АТФ (АТФаз); - Обмеження функціональної активності клітини; – зниження інтенсивності пластичних процесів у клітині.

Захист мембран та ферментів

Захист мембран та ферментів клітин здійснюють зазначені на рис. 5- 23 механізми.

ВЕРСТКА вставити файл «ПФ Рис 05 23 Механізми захисту мембран та ферментів клітини»

Рис.5–23 .Механізми захисту мембран та ферментів клітини при її пошкодженні.

АОЗ – фактори антиоксидантного захисту.

Ферменти антиоксидантного захисту (СОД, що інактивує радикали O 2 - ; каталаза і глутатіонпероксидази, що розщеплюють відповідно Н 2 Про 2 і ліпіди) зменшують патогенні ефекти вільнорадикальних та перекисних реакцій; активація буферних систем клітини веде до зменшення внутрішньоклітинного ацидозу (наслідок ацидозу – надмірна гідролітична активність лізосомальних ферментів); підвищення активності ферментів мікросом (особливо ферментів ендоплазматичної мережі) посилює фізико-хімічну трансформацію патогенних агентів шляхом їх окислення, відновлення, деметилювання тощо; Дерепресія генів має наслідком активацію синтезу компонентів мембран (білків, ліпідів, вуглеводів) замість пошкоджених або втрачених.

Усунення/зменшення ступеня дисбалансу іонів та рідини

Механізми зменшення виразності або усунення дисбалансу іонів та води у клітині наведено на рис. 5- 24 .

Ы ВЕРСТКА ЕГ Малюнок 5– 24 надто широкий, треба було б перекомпонувати текст. Запитав Сергія Івановича.

ВЕРСТКА вставити файл «ПФ Рис 05 24 Механізми зменшення ступеня дисбалансу іонів»

Рис.5–24 .Механізми зменшення ступеня (усунення) дисбалансу іонів та води у клітині при її пошкодженні.

Істотне зниження ступеня розладів обміну рідини та іонів забезпечують: активація процесів енергетичного забезпечення іонних насосів; - Підвищення активності ферментів, що беруть участь у транспорті іонів; - Зміна інтенсивності та характеру метаболізму (наприклад, посилення гліколізу супроводжується вивільненням K + , вміст якого в пошкоджених клітинах зменшено у зв'язку з підвищенням проникності їх мембран); – нормалізація внутрішньоклітинних буферних систем (наприклад, активація карбонатного, фосфатного, білкового буферів сприяє відновленню оптимального співвідношення в цитозолі та трансмембранного розподілу іонів K + , Na + , Ca 2+ та інших, зокрема шляхом зменшення в клітці [Н + ]). Доведено, що зменшення ступеня дисбалансу іонів, у свою чергу, може супроводжуватися нормалізацією вмісту та циркуляції внутрішньоклітинної рідини, об'єму клітин та їх органел.

Комплекс адаптивних реакцій клітин поділяють на внутрішньоклітинні та міжклітинні.

Внутрішньоклітинні адаптивні механізми

Внутрішньоклітинні механізми адаптації реалізуються у самих ушкоджених клітинах. До цих механізмів відносять: компенсацію порушень енергетичного забезпечення клітини; ❖ захист мембран та ферментів клітини; ❖ зменшення або усунення дисбалансу іонів та води у клітині; ❖ усунення дефектів реалізації генетичної програми клітини;

Компенсацію розладів регулювання внутрішньоклітинних процесів;

Зниження функціональної активності клітин; ❖ дія білків теплового шоку; ❖ регенерацію; ❖ гіпертрофію; ❖ гіперплазію.

Компенсація енергетичних порушеньзабезпечується активацією процесів ресинтезу та транспорту АТФ, зниженням інтенсивності функціонування клітин та пластичних процесів у них.

Усунення дисбалансу іонів та водиу клітині здійснюється шляхом активації буферних та транспортних клітинних систем.

Ліквідація генетичних дефектівдосягається шляхом репарації ДНК, усунення змінених фрагментів ДНК, нормалізації транскрипції та трансляції.

Компенсація розладів регуляції внутрішньоклітинних процесівполягає у зміні числа рецепторів, їх чутливості до ліганду, нормалізації систем посередників.

Зниження функціональної активності клітиндозволяє заощадити та перерозподілити ресурси і, тим самим, збільшити можливості компенсації змін, викликаних ушкоджуючим фактором. В результаті ступінь та масштаб пошкодження клітин при дії

патогенного фактора знижуються, а після припинення його дії відзначається більш інтенсивне та повне відновлення клітинних структур та їх функцій.

Білки теплового шоку(HSP, від Heat Shock Proteins;білки стресу) інтенсивно синтезуються при впливі на клітини пошкоджуючих факторів. Ці білки здатні захистити клітину від пошкоджень та запобігти її загибелі. Найбільш поширені HSP з молекулярною масою 70 000 (hsp70) та 90 000 (hsp90). Механізм дії цих білків різноманітний і полягає у регуляції процесів збирання та конформації інших білків.

Міжклітинні адаптивні механізми

Міжклітинні (системні) механізми адаптації реалізуються неушкодженими клітинами в процесі їх взаємодії з пошкодженими.

Механізми взаємодії клітин:

♦ обмін метаболітами, місцевими цитокінами та іонами; ❖ реалізація реакцій системи ІХН;

♦ зміни лімфо- та кровообігу;

♦ ендокринні впливи;

♦ нервові дії.

Приклади

♦ Гіпоксія.Зменшення вмісту кисню в крові та клітинах стимулює активність нейронів дихального центру, діяльність серцево-судинної системи, викид еритроцитів із кісткового мозку. В результаті збільшується обсяг альвеолярної вентиляції, перфузія тканин кров'ю, число еритроцитів у периферичній крові, що зменшує або ліквідує нестачу кисню та активує обмін речовин у клітинах.

♦ Гіпоглікемія.Пошкодження клітин в умовах гіпоглікемії може бути зменшено в результаті інкреції глюкагону, адреналіну, глюкокортикоїдів, соматотропного гормону (СТГ), що сприяють підвищенню рівня глюкози в плазмі та транспорту глюкози в клітини.

♦ Ішемія.Зниження кровопостачання артеріальною кров'ю будь-якої ділянки тканини, як правило, супроводжується збільшенням притоку крові колатеральними (обхідними) судинами, що відновлює доставку до клітин кисню та субстратів метаболізму.

Підвищення стійкості клітин до пошкодження

Заходи та засоби, що підвищують стійкість інтактних клітин до дії патогенних факторів та стимулюють адаптивні механізми при пошкодженні клітин, поділяють:

♦ за цільовим призначенням на лікувальні та профілактичні;

♦ за природою на медикаментозні, немедикаментозні та комбіновані;

♦ за спрямованістю на етіотропні, патогенетичні та саногенетичні.

Профілактичні та лікувальні заходи

немедикаментозні агенти.Немедикаментозні засоби застосовують із метою профілактики ушкодження клітини. Ці засоби підвищують стійкість клітин до ряду патогенних агентів.

Запалення- типовий патологічний процес, спрямований на знищення, інактивацію або ліквідацію ушкоджуючого агента та відновлення ушкодженої тканини.

Запалення – місцевий процес. Однак у його виникненні, розвитку та наслідках беруть участь практично всі тканини, органи та системи організму.

Термінологія.Для позначення запалення в будь-якій тканині або органі використовують їх латинську або грецьку назву та додають термінологічний елемент «іт» (у поєднанні з греко-латинською назвою тканини або органу - itis).Наприклад, запалення шкіри – дерматит, печінки – гепатит, нирки – нефрит, оболонок мозку – менінгіт, міокарда – міокардит, стінки вени – флебіт тощо.

Етіологія

Запалення – відповідь організму на вплив причини – флогогенного (від грец. phlox, phlogos- полум'я) фактора, що діє у певних умовах.

Причини запалення

Природа флогогенного фактораможе бути фізичною, хімічною чи біологічною.

♦ Фізичні фактори:механічна травма тканин, надмірно висока чи низька температура, вплив електричного струму чи променистої енергії.

♦ Хімічні фактори:органічні та неорганічні кислоти, луги та солі; ЛЗ, що вводяться в тканини.

♦ Біологічні агенти:інфекційні (віруси, рикетсії, бактерії, гриби); імуноалергічні (комплекси Аг-АТ; денатуровані білки та загиблі ділянки тканини; інфіковані вірусом та пухлинні клітини); токсини комах, тварин, рослин.

Походження флогогенного чинника.Як фактори, що ушкоджують, флогогенні фактори поділяють на екзогенні та ендогенні, а в кожній з цих груп виділяють інфекційні та неінфекційні агенти.

Виразність запального ефектуФлогогенних агентів залежить не тільки від їх природи та походження, а й від інтенсивності дії: чим вона вища, тим, як правило, більш гостро протікає запальна реакція.

Умови, що впливають на виникнення та перебіг запалення

Реактивність організму.Запалення може мати нормергічний, гіперергічний та гіпоергічний перебіг, залежно від реактивності організму та реактивних властивостей тканини або органу в даний момент.

Регіонарні особливості тканинважливі для виникнення та характеру розвитку запалення. Так, хронічна локальна травма тканин, дистрофічні процеси, порушення кровообігу або місцевого імунітету полегшують реалізацію дії патогенного фактора та нерідко посилюють пошкодження тканин у вогнищі запалення.

Патогенез

У механізмі розвитку запалення виділяють кілька компонентів: альтерацію, судинні реакції, зміни крово- та лімфообігу, ексудацію рідини та вихід формених елементів крові у тканину, фагоцитоз та проліферацію.

АЛЬТЕРАЦІЯ

Альтерація(Від лат. alteratio -зміна, пошкодження) як компонент механізму розвитку запалення включає зміни: клітинних та позаклітинних структур, обміну речовин, фізико-хімічних властивостей, а також утворення та реалізацію ефектів медіаторів запалення. При цьому розрізняють зони первинної та вторинної альтерації.

Первинна альтераціяреалізується рахунок дії патогенного агента у зоні його застосування, що супроводжується грубими, часто незворотними змінами.

Вторинна альтераціявикликається і патогенним агентом і переважно продуктами первинної альтерації. Пізніше вторинна альтерація набуває відносно самостійного характеру. Обсяг зони вторинного ушкодження завжди більший, ніж первинного, а тривалість може варіювати від кількох годин до кількох років.

Зміна структур

Ступінь змін клітинних та неклітинних структур в осередку запалення коливається від мінімальних до їх руйнування та некрозу. Причиноюальтерації структур є на початковому етапі запалення пряма дія флогогенного фактора, а потім – розлади обміну речовин, фізико-хімічні, мікроциркуляторні та регуляторні розлади (докладніше причини пошкодження структур див. у Розділі 4 «Патологія клітини»).

Зміни обміну речовин

Біологічний сенс змін обміну речовин полягає в енергетичному та пластичному забезпеченні процесів, що протікають в осередку запалення. На початковому етапі запалення у тканинах переважають реакції катаболізму, а за активації процесів проліферації починають домінувати анаболічні реакції. Зміни метаболізму значною мірою регулюються медіаторами запалення. У вогнищі запалення, а нерідко і в організмі в цілому відбувається перебудова всіх видів обміну речовин: вуглеводного, білкового, жирового і водно-сольового, що призводить до фізико-хімічних змін в осередку запалення.

Вуглеводи

♦ Активуються глікогеноліз та гліколіз, що забезпечують збільшення вироблення макроергічних сполук.

♦ Під впливом роз'єднувачів окислення та фосфорилювання порушується утворення АТФ у циклі Кребса та енергія виділяється у вигляді тепла.

♦ Гліколіз в умовах гіпоксії в осередку запалення переходить на анаеробний шлях, наслідком чого є накопичення надлишку лактату та пірувату, які формують метаболічний ацидоз.

♦ Відновлення оксигенації тканин, як правило, супроводжується нормалізацією енергетичного забезпечення клітинних процесів.

Ліпіди

♦ Посилюються ліполіз (він супроводжується накопиченням вільних ВЖК) та деструкція ліпідів за рахунок інтенсифікації реакцій СПОЛ (з утворенням перекисів та гідроперекисів ліпідів, кетокислот).

♦ У зв'язку з накопиченням у клітинах вільних ВЖК відзначаються їхній роз'єднувальний ефект та зниження ефективності тканинного дихання в мітохондріях. ВЖК мають також детергентну дію (див. розділ «Ушкодження мембран», глава 4).

♦ Накопичення надлишку кетокислот (ацетооцтової, β-оксимасляної, β-кетоглутарової та інших) внаслідок порушення окислення ВЖК обумовлює ацидоз та вторинну альтерацію в осередку запалення.

♦ Арахидонова кислота, що утворюється в надлишку, служить субстратом для утворення Пг, тромбоксанів і лейкотрієнів.

Білки

♦ Активується протеоліз, продукти якого є субстратом синтезу клітинних компонентів замість пошкоджених.

♦ Розвиваються імунні (у тому числі – імунопатологічні) реакції (у зв'язку з денатурацією білків як власних загиблих клітин, так і флогогенного агента). Включення клітинних та гуморальних механізмів імунітету забезпечує виявлення, деструкцію та елімінацію антигенно чужорідних структур.

Іони та вода

♦ Засмучується енергетичне забезпечення селективного перенесення катіонів та знижується активність катіон-залежних мембранних АТФаз (?+,К+-АТФази, Са 2 +Mg 2 +-АТФази). Це спричиняє порушення формування МП та ПД, розвиток стійкої деполяризації мембран збудливих клітин (наприклад, кардіоміоцитів та нейронів).

♦ Порушується поза- та внутрішньоклітинне співвідношення між окремими іонами. Відбувається втрата клітиною К+, Mg 2+ та накопичення їх у міжклітинній рідині. У клітину надходять Na+ та Са2+.

♦ Вивільняється додаткова кількість катіонів (К+, Na+, Са 2+ , заліза, цинку) при гідролізі солей та надходженні великої кількості Са 2 + з ушкоджених внутрішньоклітинних депо (мітохондрій та цистерн ендоплазматичної мережі).

♦ Значно збільшується осмотичний тиск усередині клітин та їх органел, що супроводжується перерозтягуванням та розривом їх мембран.

Фізико-хімічні зміни

Метаболічний ацидозв осередку запалення обумовлений накопиченням надлишку різних кислот: молочної, піровиноградної, амінокислот, ВЖК та КТ.

♦ Механізми розвитку:порушення видалення з вогнища запалення кислих продуктів метаболізму, що утворюються у великій кількості. Це викликає виснаження буферних систем (бікарбонатної, фосфатної, білкової) клітин та міжклітинної рідини.

♦ Наслідки:

Підвищення проникності мембран, у тому числі лізосом, що призводить до виходу гідролазу в цитозоль та міжклітинну речовину.

Підвищення проникності стінок судин рахунок посилення неферментного і ферментного гідролізу компонентів міжклітинного матриксу, включаючи базальні мембрани.

Формування відчуття болю в осередку запалення у зв'язку з роздратуванням та ушкодженням чутливих нервових закінчень в умовах надлишку Н+.

Зміни чутливості рецепторів клітин (у тому числі – стінок судин) до регуляторних факторів (нейромедіаторів, гормонів, медіаторів запалення), що супроводжується розладом регуляції тонусу судинної стінки.

Гіперосмія- Підвищений осмотичний тиск у регіоні запалення. Зумовлено накопиченням великої кількості іонів та низькомолекулярних сполук.

♦ Механізми розвитку:підвищене ферментативне та неферментативне руйнування макромолекул, посилений в умовах ацидозу гідроліз солей та виділення осмотично активних сполук із ушкоджених клітин.

♦ Наслідки:гіпергідратація вогнища запалення, стимуляція еміграції лейкоцитів, зміна тонусу стінок судин, формування відчуття болю.

Гіперонкія- Підвищений онкотичний тиск у тканині при її запаленні.

♦ Механізми розвитку:збільшення концентрації білка у вогнищі запалення у зв'язку з посиленням ферментативного та неферментативного гідролізу пептидів та вихід білків (в основному – альбумінів) з крові у вогнище запалення у зв'язку з підвищенням проникності судинної стінки.

♦ Наслідки:розвиток набряку в осередку запалення.

Зміна поверхневого зарядуклітин (зазвичай зниження). Зумовлено порушенням водно-електролітного балансу у запаленій тканині.

♦ Механізми розвитку:порушення енергозабезпечення трансмембранного перенесення іонів та розвиток електролітного дисбалансу.

♦ Наслідки:зміна порога збудливості клітин, потенціювання міграції фагоцитів рахунок електрокінезу; стимуляція кооперації клітин у зв'язку зі зниженням величини негативного поверхневого заряду, нейтралізацією його або навіть перезарядкою.

Зміни колоїдного стануміжклітинної речовини та гіалоплазми клітин в осередку запалення

♦ Механізми розвитку:

Ферментативний та неферментативний гідроліз макромолекул (глікозаміногліканів, білків, протеогліканів).

Фазові зміни мікрофіламентів, що полегшують перехід їхнього стану з гелю в золь і навпаки.

♦ Наслідки(основне): збільшення тканинної проникності.

Зменшення поверхневого натягу клітинних мембран.Зумовлено змінами структури молекул плазмолеми.

♦ Механізми розвитку:вплив на клітинні мембрани значної кількості поверхнево-активних речовин (фосфо-

ліпідів, ВЖК, К+, Са 2+).

♦ Наслідки:полегшення рухливості клітини та потенціювання адгезії клітин при фагоцитозі.

Медіатори запалення

Медіатори запалення- біологічно активні речовини, під впливом яких здійснюються закономірний розвиток та наслідки запалення, формуються його місцеві та загальні ознаки.

Виділяють дві групи медіаторів запалення: клітинні та плазмові.

ПОШКОДЖЕННЯ- такі зміни структури, обміну речовин та фізико-хімічних властивостей клітин, що ведуть до порушення життєдіяльності.

Всі різноманітні причини, що викликають пошкодження клітини, можна розділити на такі основні групи: фізичні, хімічні та біологічні.

1. Фізичні.

• Механічні впливи зумовлюють порушення структури плазмолеми та мембран субклітинних утворень;
• коливання температури. Підвищення температури може призвести до денатурації білка, нуклеїнових кислот, декомпозиції ліпопротеїдних комплексів, підвищення проникності клітинних мембран. Зниження температури може спричинити суттєве уповільнення або незворотне припинення реакцій обміну у внутрішньоклітинній рідині та розрив мембран.
• зміни осмотичного тиску Його підвищення супроводжується набуханням клітини, розтягуванням її мембрани аж до розриву. Зниження осмотичного тиску веде до втрати рідини, зморщування та нерідко до загибелі клітини.
• вплив іонізуючої радіації зумовлює утворення вільних радикалів та активацію перекисних вільнорадикальних процесів, продукти яких ушкоджують мембрани та денатурують ферменти клітин.

2. Хімічні.

Органічні та неорганічні кислоти, луги, солі важких металів, продукти порушеного метаболізму, лікарські препарати. Так, ціаніди пригнічують активність цитохромоксидази. Солі миш'яку пригнічують піруватоксидазу. Передозування строфантину призводить до пригнічення активності K+-Na+-АТФ-ази сарколеми міокардіоцитів тощо.

3. Біологічні.

ЗАГАЛЬНІ МЕХАНІЗМИ ПОШКОДЖЕННЯ КЛІТИН

1. Розлад процесів енергетичного забезпечення клітин.

• Зниження інтенсивності процесів ресинтезу АТФ;
• Порушення транспорту АТФ;
• Порушення використання енергії АТФ;

2. Пошкодження мембран та ферментів клітин.

• Інтенсифікація вільнорадикальних реакцій та вільнорадикального перекисного окислення ліпідів (СПОЛ);
• Активація гідролаз (лізосомальних, мембранозв'язаних, вільних);
• Впровадження амфіфільних сполук у ліпідну фазу мембран та їх детергентну дію;
• Переростання та розрив мембран набряклих клітин та їх органел;
• Гальмування процесів ресинтезу пошкоджених компонентів мембран та (або) синтезу їх заново;

3. Дисбаланс іонів та рідини.

• Зміна співвідношення окремих іонів у гіалоплазмі;
• Зміни трансмембранного співвідношення іонів;
• Гіпер-і гіпогідратація;

4. Порушення генетичної програми клітин чи механізмів її реалізації.

• Порушення генетичної програми.
• Зміна біохімічної структури генів;
• Дерепресія патогенних генів;
• Репресія "життєво важливих" генів;
• Впровадження в геном чужорідної ДНК із патогенними властивостями;
• Порушення механізмів реалізації генетичної програми
• Розлади мітозу:
• ушкодження хромосом;
• пошкодження структур, що забезпечують перебіг мітозу;
• порушення цитотомії.
• Порушення мейозу.

5. Розлад механізмів регуляції функцій клітин.

• Порушення рецепції регуляторних дій.
• Порушення утворення вторинних посередників (ЦАМФ, ЦГМФ)
• Порушення лише на рівні метаболічних реакцій.

1. Порушення енергетичного забезпечення процесів, що протікають у клітинах може відбуватися на етапах синтезу АТФ, транспорту та утилізації його енергії.

Синтез АТФ може бути порушений внаслідок дефіциту кисню, субстратів метаболізму, зниження активності ферментів тканинного дихання та окисного фосфорилювання, гліколізу, пошкодження та руйнування мітохондрій. Відомо, що доставка енергії АТФ до еферентних структур здійснюється за допомогою ферментних систем: АДФ-АТФ-транслокази (аденіннуклеотидтрансферази) та креатинфосфокінази (КФК). Аденіннуклеотидтрансфераза забезпечує транспорт енергії макроергічного фосфатного зв'язку АТФ з матриксу мітохондрій через їх внутрішню мембрану, а КФК переноситься далі на креатин з утворенням креатинфосфату, який надходить у цитозоль. КФК ефекторних клітинних структур транспортує фосфатну групу креатинфосфату на АДФ з утворенням АТФ, який використовується у процесах життєдіяльності. Зазначені ферментні системи транспорту енергії також можуть бути пошкоджені різними патогенними агентами, у зв'язку з чим на тлі високого вмісту АТФ у клітині може розвинутись його дефіцит у енерговитратних структурах.

Порушення енергозабезпечення клітин та розлад їхньої життєдіяльності може розвинутися в умовах достатньої продукції та нормального транспорту енергії АТФ. Це може бути результатом пошкодження ферментних механізмів утилізації енергії, головним чином за рахунок зниження активності АТФ-аз (АТФ-ази актоміозину, K + -Na + -залежної АТФ-ази плазмолеми, Mg 2+- залежної АТФ-ази "кальцієвої помпи" саркоплазматичного) ретикулуму та ін.)

2. Пошкодження мембрагн та ферментів відіграє істотну роль у порушенні життєдіяльності клітини. Однією з найважливіших причин таких змін є вільно-радикальні реакції (СРР) та перекисне окислення ліпідів (ПОЛ). Ці реакції протікають у клітинах і в нормі, будучи необхідною ланкою таких життєвоважливих процесів, як транспорт електронів у ланцюзі дихальних ферментів, синтез простагландинів та лейкотрієнів, проліферація та дозрівання клітин, фагоцитоз, метаболізм катехоламінів.

Інтенсивність ПОЛ регулюється співвідношення факторів, що активують (прооксиданти) та інгібуючих (антиоксиданти) цей процес. До найбільш активних прооксидантів відносяться сполуки, що легко окислюються, що індукують вільні радикали, зокрема, нафтохінони, вітаміни А і Д, відновники - НАДФН2, НАДН2, ліпоєва кислота, продукти метаболізму простагландинів і катехоламінів.

Процес ПОЛ умовно можна поділити на такі етапи:

1) кисневої ініціації (“кисневий” етап); 2) утворення вільних радикалів (”вільнорадикальний” етап); 3) продукції перекисів ліпідів (“перекисний” етап). кисню: супероксидного радикалу кисню (О 2 -), гідроксильного радикала (ОН-), перекису водню (Н 2 О 2), які взаємодіють з різними компонентами структур клітин, головним чином з ліпідами, білками та нуклеїновими кислотами. В результаті утворюються активні радикали, зокрема ліпідів, а також їх перекису. Реакція може набути ланцюгового “лавиноподібного” характеру. Проте, у клітинах діють чинники, що обмежують вільнорадикальні та перекисні реакції, тобто. мають антиоксидантний ефект. У наведеній нижче таблиці представлені ферментні та неферментні механізми антиоксидантного захисту.

ланки антиоксидантної системи та її деякі фактори

Надмірна активація вільнорадикальних та перекисних реакцій, а також неспроможність системи антиоксидантного захисту є одним із головних факторів ушкодження мембран та ферментів клітин. Провідне значення при цьому мають такі процеси:

1) зміна фізико-хімічних властивостей ліпідів мембран, що зумовлює порушення конформації їх ліпопротеїдних комплексів та відповідно зниження активності ферментних систем, що забезпечують рецепцію гуморальних впливів, трансмембранне перенесення іонів та молекул, структурну цілісність мембран;

2) зміна фізико-хімічних властивостей білкових міцел, що виконують структурну та ферментативну функції у клітині; 3) утворення структурних дефектів у мембрані – найпростіших каналів (кластерів) внаслідок впровадження в них продуктів ПОЛ. Так накопичення ліпідних гідроперекисів в мембрані призводить до їх об'єднання в міцели, що створюють трансмембранні канали проникності, якими можливий неконтрольований струм катіонів і молекул в клітину і з неї, що супроводжується порушенням процесів збудливості, генерації регулюючих впливів, міжклітинної взаємодії та ін. мембрани та загибелі клітини.

У нормі склад та стан мембран і ферментів модифікується не тільки вільнорадикальними та ліпоперекисними процесами, але також і лізосомальними ферментами, як вільними (солюбілізованими) так і мембранозв'язаними: ліпазами, фосфоліпазами, протеазами. Під дією різних патогенних факторів їхня активність або вміст у гіалоплазмі може різко зрости (наприклад: внаслідок ацидозу, що сприяє підвищенню проникності лізосомальних мембран). В результаті цього гліцерофосфоліпіди та білки мембран, а також ферменти клітин піддаються інтенсивному гідролізу. Це супроводжується значним підвищенням проникності мембран та зниженням кінетичних властивостей ферментів.

В результаті дії гідролаз (головним чином ліпаз і фосфоліпаз) у клітині накопичуються вільні жирні кислоти та лізофосфоліпіди, зокрема, гліцерофосфоліпіди: фосфатидилхоліни, фосфатиділетаноламіни, фосфатидилсерини. Ці амфіфільні сполуки здатні проникати і фіксуватися як у гідрофобному, так і гідрофільному середовищах мембран. Впроваджуючи біомембрани, вони змінюють нормальну структуру ліпопротеїнових комплексів, збільшують проникність, а також змінюють конфігурацію мембран у зв'язку з “клиноподібною” формою ліпідних молекул. Накопичення у великій кількості амфіфільних сполук веде до формування в мембранах кластерів та появи мікророзривів.

3. Дисбаланс іонів та рідини в клітині.

Порушення трансмембранного розподілу та внутрішньоклітинного вмісту та співвідношення різних іонів розвивається внаслідок або одночасно з розладами енергетичного обміну та поєднується з ознаками пошкодження мембран та ферментів клітин. Як правило, дисбаланс іонів проявляється накопиченням у клітині натрію та втратою калію внаслідок порушення роботи K,Na-залежною АТФ-ази плазмолеми, збільшенням вмісту кальцію, зокрема, внаслідок розладу функціонування натрій-кальцієвого іонообмінного механізму клітинної мембрани, що забезпечує обмін двох іонів. натрію, що входять у клітину, на один іон кальцію, що виходить із неї. Збільшення внутрішньоклітинного вмісту Na+, що конкурує із Са2+ за загальний переносник, перешкоджає виходу кальцію з клітини. Порушення трансмембранного розподілу катіонів супроводжується також зміною вмісту в клітині аніонів Cl-, НСО 3- та ін.

Наслідком дисбалансу іонів є зміна мембранного потенціалу спокою дії, і навіть порушення проведення імпульсу збудження. Порушення внутрішньоклітинного вмісту іонів зумовлює зміну об'єму клітин унаслідок дисбалансу рідин. Він проявляється або гіпергідратацією (набряками), або гіпогідратацією (зменшення вмісту рідини) клітини. Так, підвищення вмісту іонів натрію і кальцію в пошкоджених клітинах супроводжується збільшенням осмотичного тиску в них, що призводить до накопичення в них води. Клітини набухають, об'єм їх збільшується, що супроводжується розтягуванням і нерідко мікророзривами цитолеми та мембран органел. Дегідратація клітин (наприклад при деяких інфекційних захворюваннях, що зумовлюють втрату води) характеризується виходом з них рідини та розчинених у ній білків та ін. органічних та неорганічних водорозчинних сполук. Внутрішньоклітинна дегідратація нерідко поєднується зі зморщуванням ядра, розпадом мітохондрій та ін органел.

4. Пошкодження генетичної програми чи механізмів її реалізації.

До основних процесів, що ведуть до зміни генетичної інформації клітини відносяться мутації, дерепресія патогенних генів (наприклад, онкогенів), пригнічення активності життєво важливих генів або впровадження в геном фрагмента чужорідних ДНК з патогенними властивостями.

Крім змін у генетичній програмі, важливим механізмом розладу життєдіяльності клітин є порушення реалізації цієї програми, головним чином у процесі клітинного поділу при мейозі чи мітозі. Виділяють три групи порушень мітозу:

1. Зміни у хромосомному апараті
2. Ушкодження структур, які забезпечують процес мітозу
3. Порушення поділу цитоплазми та цітолеми (цитотомії).

5. Розлади регуляції внутрішньоклітинних процесів.

Це може бути результатом порушень, що розвиваються на одному з наступних рівнів регуляторних механізмів:

1. На рівні взаємодії БАВ (гормонів, нейромедіаторів та ін) з рецепторами клітини. Зміна чутливості, числа та конформації молекул рецептора, його біохімічного складу чи ліпідного оточення в мембрані може істотно модифікувати характер клітинної відповіді на регулюючий стимул;

2. На рівні клітинних “вторинних посередників” (месенджерів) нервових впливів у ролі яких виступають циклічні нуклеотиди - аденозинмонофосфат (цАМФ) та гуанозинмонофосфат (цГМФ) м, які утворюються у відповідь на дію “перших посередників” - гормонів та нейромедіаторів.

3. На рівні метаболічних реакцій, що регулюються циклічними нуклеотидами або іншими внутрішньоклітинними факторами.

ОСНОВНІ ПРОЯВИ ПОШКОДЖЕНЬ КЛІТИНИ

До основних проявів ушкодження клітини належать таке:

1. Дистрофії
2. Дисплазії
3. Зміни структури та функцій органел
4. Некробіоз. Некроз.

1. Дистрофія.

Під дистрофією розуміють порушення обміну речовин у клітинах, що супроводжується розладом функції, пластичних процесів, а також структурними змінами, що ведуть до їх життєдіяльності.

До основних механізмів дистрофій належать такі:

• синтез аномальних речовин у клітині, наприклад білково-полісахаридного комплексу амілоїду;
• надлишкова трансформація одних сполук в інші, наприклад жирів у вуглеводів у білки, вуглеводів жири;
• декомпозиція, наприклад, білково-ліпідних комплексів мембран;

Інфільтрація клітин та міжклітинної речовини органічними та неорганічними сполуками, наприклад, холестерином та його ефірами стінок артерій при атеросклерозі.

До основних клітинних дистрофій відносяться білкові (зерниста, гіаліново-крапельна, гідропічна дистрофія), жирові вуглеводні і мінеральні (кальцинози, сидерози, відкладення міді при гепатоцеребральної дистрофії).

2. Дисплазії

Дисплазії є порушенням процесів розвитку клітин, що виявляється стійким зміною структури та функції, що веде до розладу їх життєдіяльності.

Причиною дисплазії є пошкодження геному клітини. Структурними ознаками дисплазмій є зміна величини та форми клітин, їх ядер та інших органел, числа та будови хромосом. Як правило, клітини збільшені у розмірах, мають неправильну форму, співвідношення різних органел є диспропорційним. Нерідко у таких клітинах виявляються різні включення, ознаки дистрофічних змін. Як приклади дисплазій клітин можна назвати утворення мегалобластів у кістковому мозку при перніціозній анемії, серповидноклітинних та мішенеподібних еритроцитів при патології гемоглобіну, багатоядерних гігантських клітин з химерним розташуванням хроматину при нейрофіброматозі Реклінггаузена. Клітинні дисплазії є одним із проявів атипізму пухлинних клітин.

3. Зміни структури та функцій клітинних органел при пошкодженні клітини.

1. Мітохондрії.

При дії патогенних чинників відбувається зміна загальної кількості мітохондрій, і навіть структури окремих органел. Багато патогенних впливів на клітину (гіпоксія, токсичні агенти, у тому числі і лікарські препарати при їх передозуванні, іонізуюча радіація) супроводжуються набуханням і вакуолізацією мітохондрій, що може призвести до розриву їх мембрани, фрагментації та гомогенізації кріст. Нерідко відзначається втрата гранулярної структури та гомогенізація матриксу органел, втрата двоконтурності зовнішньої мембрани, відкладення в матриксі органічних (мієлін, ліпіди, глікоген) та неорганічних (солі кальцію та інших катіонів) сполук. Порушення структури та функції мітохондрій призводить до суттєвого пригнічення утворення АТФ, а також до дисбалансу іонів Са2+, К+, Н+.

2. Ядро.

Ушкодження ядра виявляється у зміні його форми, конденсації хроматину по периферії (маргінізація хроматину), порушенням двоконтурності або розривом ядерної оболонки, злиттям її зі смужкою маргінації хроматину.

3. Лізосоми.

Проявом ушкодження лізосом є розрив їхньої мембрани або значне підвищення їх проникності, що веде до вивільнення та активації гідролітичних ферментів. Все це може призвести до “самоперевернення” (аутолізу) клітини. Причиною таких змін є накопичення в клітинах іонів водню (внутрішньоклітинний ацидоз), продуктів ПОЛ, токсинів та інших агентів.

4. Рибосоми.

При дії ушкоджуючих агентів спостерігається угруповання субодиниць рибосом (плистом) на моносоми, зменшення числа рибосом, відрив органел від внутрішньоклітинних мембран і перетворення шорсткого ендоплазматичного ретикулуму на гладкий. Ці зміни супроводжуються зниженням інтенсивності синтезу білка у клітині.

5. Ендоплазматична мережа.

Внаслідок пошкодження відбувається розширення канальців мережі, аж до утворення великих вакуолей та цистерн внаслідок накопичення в них рідини, осередкова деструкція мембран канальців мережі, їх фрагментація. Порушення структури ендоплазматичної мережі може супроводжуватися розвитком клітинних дистрофій, розладом поширення імпульсів збудження, скорочувальної функції м'язових клітин, процесів знешкодження токсичних факторів (отрут, метаболітів, вільних радикалів та ін.).

6. Апарат Гольджі.

Пошкодження апарату Гольджі супроводжується структурними змінами, подібними до таких в ендоплазматичній мережі. При цьому порушується виведення із клітини продуктів життєдіяльності, що зумовлює розлад її функції загалом.

7. Цитоплазма.

Дія на клітину ушкоджуючих агентів може зумовлювати зменшення або збільшення вмісту в цитоплазмі рідини, протеоліз або коагуляцію білка, утворення включень, що не трапляються в нормі. Зміна цитоплазми, своєю чергою, істотно впливає процеси метаболізму, які у ній, у зв'язку з тим, що багато ферменти (наприклад, гліколізу) перебувають у клітинному матриксі, на функцію органел, на процеси сприйняття регулюючих впливів на клітину.

КЛІТИННІ МЕХАНІЗМИ КОМПЕНСАЦІЇ ПРИ ПОШКОДЖЕННІ

1. Компенсація порушень енергетичного забезпечення клітин:

• інтенсифікація синтезу АТФ у процесі гліколізу, а також тканинного дихання у неушкоджених мітохондріях;
• активація механізмів транспортування АТФ;
• активація механізмів утилізації енергії АТФ;

2. Захист мембран та ферментів клітин:

• підвищення активності факторів системи антиоксидантного захисту;
• активація буферних систем;
• підвищення активності ферментів детоксикації мікросом;
• активація механізмів синтезу компонентів мембран та ферментів;

3. Зменшення ступеня або усунення дисбалансу іонів та рідини у клітинах:

• зниження ступеня порушення енергозабезпечення;
• зниження ступеня пошкодження мембран та ферментів;
• активація буферних систем;

4. Усунення порушень у генетичній програмі клітин:

• усунення розривів у нитках ДНК;
• ліквідація змінених ділянок ДНК;
• синтез нормального фрагмента ДНК замість пошкодженого чи втраченого;

5. Компенсація розладів регуляції внутрішньоклітинних процесів:

• зміна числа "функціонуючих" рецепторів клітини;
• зміна спорідненості рецепторів клітини до регулюючих факторів;
• зміна активності аденілат- та гуанілатциклазної систем;
• зміна активності та вмісту внутрішньоклітинних регуляторів метаболізму (ферментів, катіонів та ін);

6. Зниження функціональної активності клітин.

7. Регенерація

8. Гіпертрофія

9. Гіперплазія.

1. Компенсація порушень процесу енергетичного забезпечення клітин.

Одним із способів компенсації порушень енергетичного обміну внаслідок ураження мітохондрій є інтенсифікація процесу гліколізу. Певний внесок у компенсацію порушень енергозабезпечення внутрішньоклітинних процесів при пошкодженні робить активація ферментів транспорту та утилізації енергії АТФ (аденіннуклеотидтрансферази, креатинфосфокінази, АТФ-аз), а також зниження функціональної активності клітини. Останнє сприяє зменшенню витрати АТФ.

2. Захист мембран та ферментів клітин.

Одним із механізмів захисту мембран і ферментів клітин є обмеження вільнорадикальних та перекисних реакцій ферментами антиоксидантного захисту (супероксидмутазою, каталазою, глутатіонпероксидазою). Іншим механізмом захисту мембран та ензимів від шкідливої ​​дії, зокрема, ферментів лізосом, може бути активація буферних систем клітини. Це зумовлює зменшення ступеня внутрішньоклітинного ацидозу та, як наслідок, надмірної гідролітичної активності лізосомальних ферментів. Важливу роль захисту мембран і ферментів клітин від ушкодження грають ферменти мікросом, що забезпечують фізико-хімічну трансформацію патогенних агентів шляхом їх окислення, відновлення, деметилювання і т.д. Альтерація клітин може супроводжуватися дерепресією генів і, як наслідок, активацією процесів синтезу компонентів мембран (білків, ліпідів, вуглеводів) замість пошкоджених або втрачених.

3. Компенсація дисбалансу іонів та рідини.

Компенсація дисбалансу вмісту іонів у клітині може бути досягнута шляхом активації механізмів енергетичного забезпечення іонних “насосів”, а також захисту мембран та ферментів, що беруть участь у транспорті іонів. Певну роль зниження ступеня іонного дисбалансу має дію буферних систем. Активація внутрішньоклітинних буферних систем (карбонатної, фосфатної, білкової) може сприяти відновленню оптимальних співвідношень іонів К+, Na+, Ca2+ іншим шляхом зменшення вмісту іонів водню. Зниження ступеня дисбалансу іонів у свою чергу може супроводжуватися нормалізацією вмісту внутрішньоклітинної рідини.

4. Усунення порушень у генетичній програмі клітин.

Пошкоджені ділянки ДНК можуть бути виявлені та усунені за участю ферментів репаративного синтезу ДНК. Ці ферменти виявляють і видаляють змінену ділянку ДНК (ендонуклеази та рестриктази), синтезують нормальний фрагмент нуклеїнової кислоти замість видаленого (ДНК-полімерази) та вбудовують цей знову синтезований фрагмент на місце віддаленого (лігази). Крім цих складних ферментних систем репарації ДНК у клітині є ензими, що усувають "дрібномасштабні" біохімічні зміни в геномі. До них відносяться деметилази, що видаляють метильні групи, лігази, що усувають розриви в ланцюгах ДНК, що виникають під дією іонізуючого випромінювання або вільних радикалів.

5. Компенсація розладів механізмів регулювання внутрішньоклітинних процесів.

До таких реакцій відносяться: зміна числа рецепторів гормонів, нейромедіаторів та інших фізіологічно активних речовин на поверхні клітини, а також чутливості рецепторів до цих речовин. Кількість рецепторів може змінюватись завдяки тому, що молекули їх здатні занурюватися в мембрану або цитоплазму клітини та підніматися на її поверхню. Від числа та чутливості рецепторів, що сприймають регулюючі стимули, значною мірою залежить характер та вираженість відповіді на них.

Надлишків або недолік гормонів та нейромедіаторів або їх ефектів може бути компенсований також на рівні других посередників - циклічних нуклеотидів. Відомо, що співвідношення цАМФ і цГМФ змінюється не тільки внаслідок дії позаклітинних регуляторних стимулів, а й внутрішньоклітинних факторів, зокрема фосфодіестераз та іонів кальцію. Порушення реалізації регулюючих впливів на клітину може компенсуватися і на рівні внутрішньоклітинних метаболічних процесів, оскільки багато з них протікають на основі регуляції інтенсивності обміну речовин кількістю продукту ферментної реакції (принцип позитивного або негативного зворотного зв'язку).

6. Зниження функціональної активності клітин.

В результаті зниження функціональної активності клітин забезпечується зменшення витрати енергії та субстратів, необхідних для здійснення функції та пластичних процесів. В результаті цього ступінь та масштаб пошкодження клітин при дії патогенного фактора суттєво знижуються, а після припинення його дії відзначається більш інтенсивне та повне відновлення клітинних структур та їх функцій. До основних механізмів, які забезпечують тимчасове зниження функції клітин, можна віднести зменшення еферентної імпульсації від нервових центрів, зниження чи чутливості рецепторів лежить на поверхні клітини, внутрішньоклітинне регуляторне придушення метаболічних реакцій, репресію активності окремих генів.

7. Регенерація

Під цим процесом мають на увазі відшкодування клітин або їх окремих структур замість загиблих, пошкоджених або закінчили свій життєвий цикл. Регенерація структур супроводжується відновленням функцій. Виділяють клітинну та внутрішньоклітинну форми регенерації. Перша характеризується розмноженням клітин шляхом мітозу або амітозу. Друга – відновленням органел клітини замість пошкоджених чи загиблих. Внутрішньоклітинна регенерація у свою чергу підрозділяється на органоїдну та внутрішньоорганоїдну. Під органоїдною регенерацією розуміють відновлення та збільшення кількості субклітинних структур, а під – внутрішньоорганоїдної – кількості окремих їх компонентів (збільшення христів у мітохондріях, протяжності ендоплазматичного ретикулуму тощо).

8. Гіпертрофія.

Гіпертрофія є збільшенням обсягу і маси структурних елементів органу, клітини. Гіпертрофія неушкоджених органел клітини компенсує порушення чи недостатність функції її пошкоджених елементів.

9. Гіперплазія.

Гіперплазія характеризується збільшенням числа структурних елементів, зокрема, органел у клітині. Нерідко в одній і тій же клітині спостерігаються ознаки гіперплазії і гіпертрофії. Обидва ці процеси забезпечують як компенсацію структурного дефекту, а й можливість підвищеного функціонування клітини.