УЛЬТРАСТРУКТУРНЫЕ ОСНОВЫ ПАТОЛОГИИ КЛЕТКИ
Актуальность темы
Благодаря работам Рудольфа Вирхова, великого немецкого ученого, одного из основоположников современной патологической анатомии, в настоящее время не осталось болезней, знания о которых не базировались бы на морфологическом изучении клеток — структурных единиц живых организмов. Однако увидеть нормальную структуру клетки во всех ее модификациях удалось только во второй половине этого века, благодаря применению ультраструктурного метода изучения клеток с использованием трансмиссионной (просвечивающей) и сканирующей электронной микроскопии, криоскалывания, электронной гисто - и иммуногистохимии, электронной ауторадиографии.
При изучении курса общей гистологии Вами получены необходимые сведения о нормальных ультраструктурах и их функциональной роли в жизнедеятельности эукариотической животной клетки (в дальнейшем просто “клетки”).
Напомню, что клетка — это высокоорганизованная, саморегулирующаяся структурно-функциональная единица живого организма, способная к активному обмену с окружающей ее средой.
В клетке человека и животных выделяют следующие ультраструктуры (рис. 2.1):
— ядро (Я): (оболочка с ядерными порами (ЯП), кариоплазма, ядрышки и перинуклеарное пространство (ПНП);
— цитоплазма (Цп): гиалоплазма с различными органеллами и включениями:
1) органеллы мембранного происхождения:
—цитоплазматическая мембрана (включая десмосомы) (Цм);
—митохондрии (М): (наружная оболочка, кристы, матрикс)
—аппарат Гольджи (АГ);
—эндоплазматический ретикулум (ЭР):
—гладкий (ГЭР);
—гранулярный (шероховатый) (ШЭР);
—лизосомы (Лз): первичные, вторичные: цитолизосомы и фаголизосомы; остаточные тельца или телолизосомы;
2) органеллы немембранного происхождения:
—свободные рибосомы (Рб) и полисомы;
—центросома (центриоль) (Ц);
—микротрубочки или макрофиламенты;
—специализированные структуры или микрофиламенты (нейрофибриллы, миофибриллы: гладкие и поперечные, тонофибриллы, фибриллы промежуточных типов, микроворсинки, реснички, жгутики);
3) включения: трофические, секреторные вакуоли (СВ), пинозитозные пузырьки (ПП).
Кажущиеся в световом и электронном микроскопе неизменными внутриклеточные структуры, при жизни не являются статичными. В процессе жизнедеятельности клетки происходит постоянное их обновление. Однако эти изменения не всегда доступны для распознавания в электронном микроскопе и определить их можно лишь на молекулярном уровне при помощи специальных методик молекулярной морфологии.
Повреждение отдельных ультраструктур и даже гибель отдельных клеток, из которых построены различные ткани и органы человека, может быть проявлением «физиологической нормы». Это постоянный, “запрограммированный” процесс гибели клеток в организме, обозначаемый апоптозом, имеет очень важное значение не только для нормального существования организма, но и играет одну из ключевых ролей при многих общепатологических процессах.
Воздействие тех или иных внутренних и/или внешних факторов приводит на начальном этапе к повреждению элементарных структур клетки и нарушению их функций, в дальнейшем возможно развитие как патологии отдельной клетки, так и клеточных коопераций. Патология клетки, или “целлюлярная патология” – это структурная основа всей патологии человека.
Многочисленными исследованиями доказано, что любой патологический процесс, какой бы степенью функциональных нарушений он не проявлялся, начинается на уровне ультраструктур, то есть субклеточном уровне. Не существует ни одного повреждающего фактора, который не приводил бы к структурным изменениям. Ряд заболеваний может быть и был впервые диагностирован только на ультраструктурном уровне. Важно отметить, что самые ранние, начальные стадии патологического процесса, проявляющиеся только на уровне ультраструктур клеток, как правило, обратимы или могут быть компенсированы.
Знание клеточной патологии помогает специалисту любого медицинского профиля понимать морфологическую сущность того или иного патологического процесса, происходящего в тканях и органах, расширяя представления о причинах и механизмах возникновения болезни, особенностях ее течения, позволяет определить и наметить рациональные и эффективные пути их лечения и профилактики. Все вышеперечисленное определяет важность и актуальность темы.
Главная цель обучения – уметь распознавать количественные и качественные морфологические изменения ультраструктур клетки, обусловленные воздействием различных патогенных факторов и интерпретировать функциональное значение этих изменений.
Для этого необходимо уметь:
– идентифицировать на электронных микрофотографиях отличительные морфологические признаки органелл клетки в условиях патологии;
– определять характер и степень структурных отклонений изучаемых органелл от эталонов, принятых в качестве “нормальных” морфологических констант;
– определять обратимость и необратимость выявленных структурных изменений органелл;
– распознавать стереотипные и специфичные изменения ультраструктур клетки в ответ на воздействие болезнетворного фактора;
– интерпретировать морфологические изменения ультраструктур и определить их функциональное значение в развитии общих реакций клетки при различных общепатологических процессах, таких как, например, нарушения метаболизма клетки, смерть клетки (апоптоз и некроз), гипертрофия и атрофия клетки, клеточная дисплазия и метаплазия, опухолевая трансформация и др.
Напоминаю Вам, что нормальное существование и функционирование клетки зависит от:
1. Состояния окружающей клетку среды (гомеостаза);
2. Своевременности и достаточности поступления в клетку питательных веществ (кислорода, глюкозы, аминокислот);
3. Уровня содержания продуктов метаболизма, особенно, CO2.
Поскольку в большинстве случаев воздействие любого патогенного (болезнетворного) фактора сопровождается изменением гомеостаза, то первая рецепция патогенной информации будет осуществлена клеткой через ее клеточную мембрану.
Нормальная проницаемость цитомембраны — главное условие в гомеостазе клетки. Цитомембрана построена одновременно и как барьер и как проход для всех субстанций, которые проникают в клетку или ее покидают. Она поддерживает внутренний химический состав клетки посредством избирательной проницаемости и транспортировки. Процесс мембранного транспорта предполагает перенос ионов и других субстратов против градиента концентрации. Транспорт может быть активным, тогда он требует АТФ и «подвижности» транспортных белков в мембране, или пассивным, посредством различных диффузионных и обменных процессов. Вода и ионы пересекают ее путем простой диффузии. Такие молекулы, как глюкоза, нуждаются в средствах транспортировки.
Поэтому изучение ультраструктурной патологии клетки мы начнем с изучения структурных изменений, наблюдаемых в клеточной мембране.
ЦИТОПЛАЗМАТИЧЕСКАЯ МЕМБРАНА
Клеточную мембрану схематически изображают в виде тонкой линии. В трансмиссионном электронном микроскопе она представлена трехслойной структурой, состоящей из двух плотных листков, каждый толщиной от 2 до 3 нм, разделенных менее плотным интермедиарным слоем, толщиной от 4 до 5 нм. Общая толщина мембраны составляет от 7,5 до 10 нм (рис. 2.2). Наружная поверхность ее представлена толстым слоем мукополисахаридов (гликокаликс). Внутренняя поверхность связана с элементами цитоскелета клетки и сформирована лабильными белками, которые обеспечивают целостность микрофиламентов и микротрубочек. На поверхности мембраны некоторых клеток имеются микроворсины, которые заполнены молекулами актина, а также десмосомы (клеточные соединения), в состав которых входят микрофиламенты, образованные кератином, который является гистохимическим маркером клеток эпителия.
Davson и Danielli в 1935 году предложили модель клеточной мембраны. Главной «изюминкой» модели является характер расположения молекул липидов. Мембрана состоит из двух рядов молекул фосфолипидов, расположенных более или менее перпендикулярно к поверхности мембраны, так что их неполярные (гидрофобные) концы соприкасаются друг с другом, а полярные (гидрофильные) обращены к водным растворам по ту или другую сторону мембраны.
В цитомембране располагаются рецепторы гормонов, таких как инсулин или адреналин, и других биологически активных веществ, влияющих на функцию и реактивность клеток, локализуются различные протеины, молекулы мукополисахаридов и специфические белки (например, антигенные детерминанты гистосовместимости), которые определяют ее способность к проницаемости и антигенные свойства.
Цитомембрана играет главную роль в межклеточных коммуникациях как путем образования специализированных межклеточных контактов, так и путем передачи сигналов.
Наконец, она играет критическую роль в росте и пролиферации клеток. Предполагают, что патологические модификации в цитомембране ответственны также за опухолевую трансформацию клеток.
Нарушения структуры и функции мембраны клетки
Причины повреждения цитоплазматической мембраны:
А. Действие физических и химических факторов (высокая и низкая температура, химические вещества и др.).
Б. Образование свободных радикалов (очень нестабильных частиц с нечетным числом электронов на внешней орбите), содержащих активированный кислород, с последующей реакцией между ними и липидами мембраны клетки (перекисное окисление липидов) (табл. 2.1), в результате чего освобождается избыточная энергия.
В. Активация системы комплемента. Комплемент — это система плазматических белков (C1-C9), которые существуют в неактивной форме и составляют приблизительно 10% глобулинов крови (см. главу «Иммунитет»). При активации его конечные продукты, вероятно комплексы C5b, C6, C7, C8 и C9 проявляют фосфолипазную активность, то есть,+ могут ферментативно повреждать цитомембрану. Это явление (фиксация комплемента и его активация) — важный компонент иммунного ответа, при котором уничтожаются клетки, распознанные как «чужие».
Г. Лизис ферментами. Например, панкреатические липазы (в избытке выделяются при остром панкреатите) и ферменты, вырабатываемые Clostridium perfringens (один из возбудителей газовой гангрены) вызывают обширный некроз цитомембран.
|
Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3 4 5 6 |
