Mechanizmy ochronne komórek w przypadku ich uszkodzenia. Mechanizmy kompensacji szkód

Oddziaływaniu czynników chorobotwórczych na komórkę w naturalny sposób towarzyszy aktywacja (lub włączenie) reakcji mających na celu wyeliminowanie lub zmniejszenie stopnia uszkodzeń i ich konsekwencji. Zespół tych reakcji zapewnia adaptację (przystosowanie) komórki do zmienionych warunków jej życia. Do głównych mechanizmów adaptacyjnych zaliczają się reakcje kompensacji, odbudowy, zastąpienia utraconych lub uszkodzonych struktur i dysfunkcji, ochrona komórek przed działaniem czynników chorobotwórczych, a także regulacyjne zmniejszenie ich aktywności funkcjonalnej. Cały kompleks reakcji adaptacyjnych można podzielić na dwie grupy: wewnątrzkomórkowe i międzykomórkowe.

Wewnątrzkomórkowe mechanizmy adaptacyjne po uszkodzeniu:

Należą do nich:

1) nasilenie resyntezy ATP w procesie glikolizy i oddychania tkankowego w nienaruszonych mitochondriach;
2) aktywacja mechanizmów transportu energii ATP;
3) aktywacja mechanizmów wykorzystania energii ATP.

Ochrona błon komórkowych i enzymów:

1) zwiększenie aktywności czynników układu obrony antyoksydacyjnej;
2) uruchomienie systemów buforowych;
3) zwiększenie aktywności mikrosomalnych enzymów detoksykujących;
4) aktywacja mechanizmów naprawczych składników błon i enzymów.

1) zmniejszenie stopnia zakłóceń w dostawach energii;
2) zmniejszenie stopnia uszkodzenia błon i enzymów;
3) aktywacja systemów buforowych.

Eliminacja naruszeń programu genetycznego komórek:

1) eliminowanie pęknięć w niciach DNA;
2) eliminacja (blokada) zmienionych odcinków DNA;
3) synteza prawidłowego fragmentu DNA zamiast uszkodzonego lub utraconego.

1) zmiana liczby „działających” receptorów komórkowych;
2) zmiany powinowactwa receptorów komórkowych do czynników regulacyjnych;
3) zmiany aktywności układów cyklazy adenylanowej i (lub) guanylanowej oraz innych układów „pośrednich”;
4) zmiany aktywności i (lub) zawartości wewnątrzkomórkowych regulatorów metabolizmu (enzymów, kationów itp.).

Zmniejszona aktywność funkcjonalna komórek.

Regeneracja.

Hipertrofia.

Rozrost.

Kompensacja zakłóceń w dostawie energii ogniw:

Kiedy komórka ulega uszkodzeniu, z reguły w większym lub mniejszym stopniu cierpią mitochondria, a resynteza ATP podczas oddychania tkankowego maleje.
Służy to jako sygnał do zwiększenia „produkcji” ATP w układzie glikolitycznym. Przy słabym lub umiarkowanym stopniu uszkodzenia aktywację resyntezy ATP można osiągnąć poprzez zwiększenie aktywności enzymów biorących udział w procesach utleniania i fosforylacji.

Pewien wkład w kompensację zaburzeń w zaopatrzeniu w energię procesów wewnątrzkomórkowych podczas uszkodzeń ma aktywacja enzymów przenoszących i wykorzystujących energię ATP (transferaza nukleotydów adeninowych, fosfokinaza kreatynowa, ATPaza), a także ograniczenie funkcjonalnej aktywacji komórka. To ostatnie przyczynia się do znacznego zmniejszenia zużycia energii ATP.

Ochrona błon komórkowych i enzymów:

Jednym z istotnych mechanizmów uszkodzenia aparatu błonowego i enzymów komórkowych jest nasilenie reakcji wolnorodnikowych i nadtlenkowych. Intensywność tych reakcji ograniczają głównie enzymy antyoksydacyjne – dysmutaza ponadtlenkowa (inaktywująca rodniki tlenowe), katalaza i peroksydaza glutationowa, które rozkładają odpowiednio nadtlenek wodoru i lipidy.

Innym mechanizmem ochrony błon i enzymów przed szkodliwym działaniem, w szczególności enzymów lizosomalnych, może być aktywacja komórkowych układów buforowych.
Powoduje to zmniejszenie stopnia kwasicy wewnątrzkomórkowej i w konsekwencji nadmierną aktywność hydrolityczną enzymów lizosomalnych.

Ważną rolę w ochronie błon komórkowych i enzymów przed uszkodzeniem pełnią enzymy mikrosomalne (przede wszystkim retikulum endoplazmatyczne), które zapewniają przemianę fizykochemiczną czynników chorobotwórczych poprzez ich utlenianie, redukcję, demetylację itp. Przemianom komórek może towarzyszyć derepresja genów i w konsekwencji aktywację procesów syntezy i naprawy składników błon (białek, lipidów, węglowodanów) w celu zastąpienia uszkodzonych lub utraconych.

Zmniejszenie stopnia lub wyeliminowanie braku równowagi jonów i płynów w komórkach:

Kiedy komórki ulegają uszkodzeniu, wyeliminowanie braku równowagi jonów i płynu można osiągnąć poprzez aktywację mechanizmów dostarczania energii przez „pompy” jonowe, a także ochronę błon i enzymów biorących udział w transporcie jonów. Pewną rolę w zmniejszaniu stopnia nierównowagi jonowej odgrywają zmiany intensywności charakteru metabolizmu, a także działania wewnątrzkomórkowych układów buforowych.
Zatem wzmożonej glikolizie, połączonej z rozkładem glikogenu, towarzyszy uwolnienie z jego cząsteczek jonów potasu, których zawartość w uszkodzonych komórkach zmniejsza się na skutek zwiększonej przepuszczalności ich błon.

Aktywacja wewnątrzkomórkowych układów buforowych (węglanowych, fosforanowych, białkowych) może pomóc w przywróceniu optymalnego stosunku w hialoplazmie i transbłonowej dystrybucji jonów potasu, sodu, wapnia itp., w szczególności poprzez zmniejszenie zawartości jonów wodorowych w komórce. Zmniejszeniu stopnia nierównowagi jonowej może z kolei towarzyszyć normalizacja zawartości i krążenia płynu wewnątrzkomórkowego, objętości komórek i ich organelli, a także parametrów elektrofizjologicznych.

Eliminacja naruszeń w programie genetycznym komórek:

Zmiany w strukturze DNA prowadzące do uszkodzenia komórek można wykryć i wyeliminować przy udziale enzymów naprawiających DNA. Enzymy te zapewniają wykrycie i usunięcie zmienionego odcinka DNA (nazywane są endonukleazami lub enzymami restrykcyjnymi), syntezę normalnego fragmentu kwasu nukleinowego w celu zastąpienia usuniętego fragmentu (przy użyciu polimeraz DNA) oraz włączenie nowo zsyntetyzowanego fragmentu w miejsce usuniętego (z udziałem ligaz).
Oprócz tych złożonych układów enzymatycznych do naprawy DNA, komórka zawiera enzymy, które eliminują „drobne” zmiany biochemiczne w genomie. Należą do nich demytelazy, które usuwają grupy metylowe; ligazy eliminujące pęknięcia nici DNA spowodowane promieniowaniem jonizującym lub wolnymi rodnikami itp.

Kompensacja zaburzeń mechanizmów regulacji procesów wewnątrzkomórkowych:

Do reakcji skutecznie kompensujących zaburzenia w mechanizmach percepcji wpływów regulacyjnych przez komórkę zalicza się zmiany w liczbie receptorów dla hormonów, neuroprzekaźników i innych substancji fizjologicznie czynnych na powierzchni komórki i jej organelli, a także wrażliwość (powinowactwo) receptory dla tych substancji. Liczba receptorów może się zmieniać w szczególności ze względu na fakt, że ich cząsteczki są w stanie zatopić się w błonie lub cytoplazmie komórki i wydostać się na jej powierzchnię. Charakter i nasilenie reakcji na nie zależy w dużej mierze od liczby i wrażliwości receptorów odbierających bodźce regulacyjne.

Nadmiar lub niedobór hormonów i neuroprzekaźników, a także znaczne wahania ich aktywności można „tłumić” na poziomie tzw. drugich mediatorów realizacji bodźca nerwowego, w szczególności cyklicznych nukleotydów i układu fosfoinozytolowego. Wiadomo np., że stosunek cAMP do cGMP zmienia się nie tylko pod wpływem działania wewnątrzkomórkowych bodźców regulacyjnych, ale także czynników wewnątrzkomórkowych, zwłaszcza fosfodiesterazy i jonów wapnia. Naruszenie realizacji wpływów regulacyjnych na komórkę można w pewnym stopniu zrekompensować na poziomie wewnątrzkomórkowych procesów metabolicznych, ponieważ wiele z nich zachodzi na podstawie regulacji tempa metabolizmu ilością produktu reakcji enzymatycznej ( zasada pozytywnego lub negatywnego sprzężenia zwrotnego).

Zmniejszona aktywność funkcjonalna komórek:

Wśród mechanizmów adaptacyjnych uszkodzonych komórek istotny jest kontrolowany, regulowany spadek ich aktywności funkcjonalnej. Powoduje to zmniejszenie zużycia energii ATP, substratów metabolicznych i tlenu niezbędnego do funkcjonowania i realizacji procesów plastycznych. W rezultacie stopień i skala uszkodzeń komórek na skutek działania czynnika chorobotwórczego ulegają znacznemu zmniejszeniu, a po ustaniu jego działania obserwuje się intensywniejszą i pełną odbudowę struktur komórkowych i ich funkcji. Do głównych mechanizmów powodujących przejściowe pogorszenie funkcji komórki zalicza się zmniejszenie liczby efektywnych ośrodków, zmniejszenie liczby lub wrażliwości receptorów na powierzchni komórki, wewnątrzkomórkowe regulacyjne tłumienie reakcji metabolicznych oraz tłumienie aktywności poszczególnych genów.

Adaptacja komórek w warunkach uszkodzenia zachodzi nie tylko na poziomie metabolicznym i funkcjonalnym. Długotrwałe, powtarzające się lub znaczne uszkodzenia powodują istotne zmiany strukturalne w komórce, które mają znaczenie adaptacyjne. Osiąga się je poprzez procesy regeneracji, przerostu i hiperplazji.

Regeneracja(z łac. regeneratio - odrodzenie, przywrócenie). Oznacza wymianę ogniw i (lub) poszczególnych elementów konstrukcyjnych w miejsce tych, które są martwe, uszkodzone lub zakończyły swój cykl życia. Regeneracji struktur towarzyszy przywrócenie ich funkcji. Wyróżnia się tak zwane formy regeneracji komórkowe i wewnątrzkomórkowe (subkomórkowe). Pierwsza charakteryzuje się reprodukcją komórek poprzez mitozę lub amitozę. Regeneracja wewnątrzkomórkowa objawia się odbudową organelli: mitochondriów, jądra, retikulum endoplazmatycznego i innych zamiast uszkodzonych lub martwych.

Rozrost(z greckiego hiper-nadmiernie, wzrost + greckie plasis - formacja, formacja). Charakteryzuje się wzrostem liczby elementów strukturalnych, w szczególności organelli w komórce. Często w tej samej komórce obserwuje się oznaki zarówno hiperplazji, jak i przerostu. Obydwa procesy zapewniają nie tylko kompensację wady strukturalnej, ale także możliwość wzmożenia funkcjonowania komórek.

Międzykomórkowe (układowe) mechanizmy adaptacji komórek po uszkodzeniu:

W tkankach i narządach komórki nie są rozdzielane. Oddziałują ze sobą poprzez wymianę metabolitów, FAV i jonów. Z kolei interakcję komórek i narządów w organizmie jako całości zapewnia funkcjonowanie układów i krążenie krwi, nadzór immunobiologiczny, wpływy endokrynologiczne i nerwowe.

Zatem spadek zawartości tlenu we krwi (co powoduje lub może powodować uszkodzenie komórek, przede wszystkim mózgu) odruchowo pobudza neurony ośrodka oddechowego poprzez podrażnienie chemoreceptorów. Prowadzi to do zwiększenia objętości wentylacji pęcherzykowej i eliminuje lub zmniejsza stopień niedoboru tlenu we krwi i tkankach. Uszkodzenia w wyniku wzmożonej produkcji hormonów, które przyczyniają się do wzrostu poziomu glukozy we krwi i jej transportu do komórek: adrenaliny, glukokortykoidów, hormonu somatotropowego itp.

Przykładem reakcji adaptacyjnej typu krążeniowego może być zwiększenie przepływu krwi przez naczynia oboczne (bypassy), gdy światło głównej tętnicy dowolnego narządu lub tkanki jest zamknięte.

Immunologiczne mechanizmy nadzoru i ochrony aktywują się pod wpływem czynnika chorobotwórczego o charakterze antygenowym. Układ odpornościowy przy udziale fagocytów, przeciwciał i (lub) limfocytów T inaktywuje antygeny endo- i egzogenne, które mogą uszkadzać komórki organizmu. Zwykle powyższe i inne układy zapewniają odpowiednią reakcję organizmu jako całości na różne wpływy pochodzenia endo- i egzogennego. W patologii biorą udział w regulacji i realizacji mechanizmów ochronnych, kompensacyjnych i odbudowy uszkodzonych struktur oraz zaburzonych funkcji komórek i tkanek.

Charakterystyczną cechą mechanizmów adaptacji międzykomórkowej jest to, że realizowane są one głównie przy udziale komórek, które nie były bezpośrednio narażone na działanie czynnika chorobotwórczego (np. nadczynność kardiomiocytów poza strefą martwicy podczas zawału mięśnia sercowego). W zależności od stopnia wdrożenia międzykomórkowe reakcje adaptacyjne w przypadku uszkodzenia komórek można podzielić na narządowo-tkankowe, wewnątrzukładowe i międzyukładowe.

Przykładem reakcji na poziomie narządu i tkanki jest aktywacja funkcji uszkodzonych komórek wątroby lub nerek w przypadku uszkodzenia komórek części narządu. Zmniejsza to obciążenie komórek narażonych na działanie patogenów, pomaga zmniejszyć stopień ich zmian i realizacji procesów naprawczych.
Reakcje wewnątrzukładowe obejmują zwężenie tętniczek w przypadku pogorszenia czynności serca (na przykład podczas zawału mięśnia sercowego), co utrzymuje wysoki poziom ciśnienia perfuzyjnego w tkankach i zapobiega (lub zmniejsza stopień) uszkodzenia ich komórek.

Zaangażowanie kilku układów fizjologicznych w reakcje adaptacyjne obserwuje się np. podczas ogólnego niedotlenienia. Jednocześnie zostaje aktywowana praca układu oddechowego, krążenia, krwi i tkanki, co zmniejsza niedobory tlenu i substratów metabolicznych w tkankach, zwiększa ich wykorzystanie, a tym samym zmniejsza stopień uszkodzenia ich komórek.

Aktywacja mechanizmów adaptacji wewnątrzkomórkowej i międzykomórkowej podczas uszkodzenia z reguły zapobiega śmierci komórek, zapewnia wykonywanie ich funkcji i pomaga wyeliminować konsekwencje czynnika chorobotwórczego. W tym przypadku mówimy o odwracalnych zmianach w komórkach. Jeśli siła czynnika chorobotwórczego jest duża i (lub) mechanizmy ochronne i adaptacyjne są niewystarczające, dochodzi do nieodwracalnego uszkodzenia komórek i obumierania.

Temat 1

Patologiczna fizjologia komórki

Cel lekcji: Zbadaj etiologię, mechanizmy rozwoju i objawy uszkodzeń komórek.

Fizjologia patologiczna bada żywotną aktywność chorego organizmu. Jego głównym zadaniem jest badanie najbardziej ogólnych wzorców rozwoju chorób.

Aby zrozumieć złożony, specyficzny proces chorobowy, należy rozpocząć jego analizę od typowych, nieswoistych zaburzeń, przede wszystkim na poziomie podstawowym – komórkowym. Uszkodzenia komórek są jednym z głównych mechanizmów rozwoju wielu procesów patologicznych, które powstają pod wpływem czynników fizycznych, chemicznych i biologicznych. Uszkodzenia komórek są bezpośrednio związane z dysfunkcją tkanek, narządów i funkcjonowaniem organizmu jako całości. Jednocześnie uszkodzenie komórek zawiera mechanizmy ochronne i kompensacyjne mające na celu wyeliminowanie zarówno czynnika chorobotwórczego, jak i konsekwencji jego działania.

Rozwój metod badań morfologicznych, funkcjonalnych i biochemicznych przyczynił się do poznania podstawowych mechanizmów i wzorców uszkodzeń komórek na poziomie subkomórkowym i molekularnym. A to z kolei pozwala odsłonić istotę patogenezy wielu chorób, co przesądza o znaczeniu tego tematu w toku studiowania fizjologii patologicznej.

Procesy kompensacyjne i adaptacyjne zachodzące w komórce w przypadku jej uszkodzenia

Procesy kompensacyjno-adaptacyjne – są to zmiany morfologiczne i funkcjonalne w organizmie, mające na celu uzupełnienie utraconych funkcji. W przeciwieństwie do uszkodzeń, procesom tym towarzyszy wzrost lub normalizacja poziomu aktywności życiowej i zapewniają przystosowanie organizmu do zmienionych warunków życia w stanach patologicznych. Procesy kompensacyjno-adaptacyjne obejmują:

· Przerost – zwiększenie rozmiaru narządu lub tkanki w wyniku zwiększenia rozmiaru każdej komórki.

· Rozrost - zwiększenie rozmiaru narządu lub tkanki w wyniku zwiększenia liczby komórek wchodzących w jego skład.

· Regeneracja – odbudowa (kompensacja) elementów strukturalnych tkanki w celu zastąpienia utraconych.

· Organizacja - zastąpienie nieżywotnych tkanek i ciał obcych tkanką łączną.

· Metaplazja – przejście z jednego rodzaju tkanki do drugiego w obrębie jednego listka zarodkowego.

Mechanizmy adaptacji komórek podczas uszkodzeń

Odszkodowania za naruszenia energetyczne

· zwiększona resynteza ATP;

· aktywacja transportu ATP;

· aktywacja mechanizmów recyklingu.

2.Ochrona błon komórkowych i enzymów:

· Zwiększone współczynniki ochrony antyoksydacyjnej.

· Aktywacja systemu buforowego.

· Zwiększona aktywność enzymatycznej detoksykacji mikrosomów.

· Aktywacja mechanizmów naprawczych składników błon i enzymów.

3. Zmniejszenie stopnia lub wyeliminowanie braku równowagi jonów płynu w komórkach:

· Zmniejszenie stopnia zakłóceń w dostawie prądu.

· Zmniejszone uszkodzenia błon i enzymów.

· Aktywacja systemów buforowych.

4. Eliminacja naruszeń programu genetycznego:

· Likwidacja pęknięć w niciach DNA (aktywacja enzymów syntezy naprawy DNA).

· Eliminacja (blokada) zmienionego odcinka DNA (endonukleazy – wykrywają i usuwają zmieniony odcinek DNA);

· Synteza prawidłowego fragmentu DNA zamiast uszkodzonego lub utraconego (polimerazy DNA - syntetyzują normalny fragment kwasu nukleinowego w miejsce usuniętego; ligazy - wstawiają nowo zsyntetyzowany fragment w miejsce usuniętego).

5. Kompensacja zaburzeń mechanizmów regulacji procesów wewnątrzkomórkowych:

· Zmiana liczby funkcjonujących receptorów;

· Zmiany powinowactwa receptorów komórkowych do czynników regulacyjnych;

· Zmiany aktywności układów cyklazy adenylanowej i guanylanowej;

· Zmiany w działaniu i zawartości wewnątrzkomórkowych regulatorów metabolizmu.

6. Zmniejszenie aktywności funkcjonalnej komórki:

· Redukcja impulsów efektorowych z ośrodków nerwowych;

· Zmniejszona liczba lub wrażliwość receptorów;

· Wewnątrzkomórkowe tłumienie reakcji metabolicznych;

· Represja aktywności poszczególnych genów.

7. Regeneracja:

· Komórkowy (mitoza, amitoza);

· Odbudowa organelli (mitochondria, ER, jądro).

8. Przerost.

9. Hiperplazja.

1. Kompensacja zakłóceń w dostawie energii ogniw:

a) nasilenie syntezy ATP w procesie glikolizy i oddychania tkankowego w nienaruszonych mitochondriach;

b) aktywacja mechanizmów transportu ATP;

c) aktywacja mechanizmów wykorzystania energii ATP;

2. Ochrona błon komórkowych i enzymów:

a) zwiększenie aktywności czynników układu obrony antyoksydacyjnej;

b) aktywacja systemów buforowych;

c) zwiększenie aktywności mikrosomalnych enzymów detoksykujących;

d) aktywacja mechanizmów syntezy składników błon i enzymów;

3. Zmniejszenie stopnia lub wyeliminowanie braku równowagi jonów i płynów w komórkach:

a) zmniejszenie stopnia zakłóceń w dostawach energii;

b) zmniejszenie stopnia uszkodzenia błon i enzymów;

c) aktywacja systemów buforowych;

4. Eliminacja naruszeń programu genetycznego komórek:

a) eliminacja pęknięć w niciach DNA;

b) eliminacja zmienionych odcinków DNA;

c) syntezę prawidłowego fragmentu DNA zamiast uszkodzonego lub utraconego;

5. Kompensacja zaburzeń regulacji procesów wewnątrzkomórkowych:

a) zmiana liczby „działających” receptorów komórkowych;

b) zmiany powinowactwa receptorów komórkowych do czynników regulacyjnych;

c) zmiany aktywności układów cyklazy adenylanowej i guanylanowej;

d) zmiany aktywności i zawartości wewnątrzkomórkowych regulatorów metabolicznych (enzymów, kationów itp.);

6. Zmniejszenie aktywności funkcjonalnej komórek.

7. Regeneracja

8. Przerost

9. Hiperplazja.

1. Kompensacja zakłóceń w procesie dostarczania energii do komórek.

Jednym ze sposobów kompensacji zaburzeń metabolizmu energetycznego powstałych na skutek uszkodzenia mitochondriów jest intensyfikacja procesu glikolizy. Pewien wkład w kompensację zaburzeń zaopatrzenia w energię procesów wewnątrzkomórkowych podczas uszkodzeń ma aktywacja enzymów transportujących i wykorzystujących energię ATP (transferaza nukleotydów adeninowych, fosfokinaza kreatynowa, ATPaza), a także zmniejszenie aktywności funkcjonalnej komórka. To ostatnie pomaga zmniejszyć zużycie ATP.



2. Ochrona błon komórkowych i enzymów.

Jednym z mechanizmów ochrony błon komórkowych i enzymów jest ograniczanie reakcji wolnych rodników i nadtlenków przez enzymy obrony antyoksydacyjnej (mutaza ponadtlenkowa, katalaza, peroksydaza glutationowa). Innym mechanizmem ochrony błon i enzymów przed szkodliwym działaniem, w szczególności enzymów lizosomalnych, może być aktywacja komórkowych układów buforowych. Powoduje to zmniejszenie stopnia kwasicy wewnątrzkomórkowej i w konsekwencji nadmierną aktywność hydrolityczną enzymów lizosomalnych. Ważną rolę w ochronie błon komórkowych i enzymów przed uszkodzeniem odgrywają enzymy mikrosomalne, które zapewniają przemianę fizykochemiczną czynników chorobotwórczych poprzez ich utlenianie, redukcję, demetylację itp. Zmianie komórek może towarzyszyć derepresja genów i w konsekwencji aktywacja procesów syntezy składników błon (białek, lipidów, węglowodanów) w celu zastąpienia uszkodzonych lub utraconych.

3. Kompensacja braku równowagi jonów i cieczy.

Kompensację braku równowagi zawartości jonów w komórce można osiągnąć poprzez aktywację mechanizmów dostarczania energii przez „pompy” jonowe, a także ochronę błon i enzymów biorących udział w transporcie jonów. Działanie układów buforowych odgrywa pewną rolę w zmniejszaniu stopnia nierównowagi jonowej. Aktywacja wewnątrzkomórkowych układów buforowych (węglanowych, fosforanowych, białkowych) może pomóc w przywróceniu optymalnych proporcji jonów K+, Na+, Ca2+ poprzez inny sposób zmniejszenia zawartości jonów wodorowych w komórce. Z kolei zmniejszeniu stopnia nierównowagi jonowej może towarzyszyć normalizacja zawartości płynu wewnątrzkomórkowego.

4. Eliminacja naruszeń w programie genetycznym komórek.

Uszkodzone obszary DNA można wykryć i wyeliminować przy udziale enzymów syntezy naprawy DNA. Enzymy te wykrywają i usuwają zmieniony fragment DNA (endonukleazy i enzymy restrykcyjne), syntetyzują normalny fragment kwasu nukleinowego w celu zastąpienia usuniętego fragmentu (polimerazy DNA) i wstawiają ten nowo zsyntetyzowany fragment w miejsce usuniętego fragmentu (ligazy). Oprócz tych złożonych systemów enzymów naprawiających DNA, komórka zawiera enzymy, które eliminują zmiany biochemiczne na małą skalę w genomie. Należą do nich demetylazy, które usuwają grupy metylowe oraz ligazy, które eliminują przerwy w łańcuchach DNA spowodowane promieniowaniem jonizującym lub wolnymi rodnikami.

5. Kompensacja zaburzeń mechanizmów regulacji procesów wewnątrzkomórkowych.

Do tego typu reakcji zalicza się: zmianę liczby receptorów dla hormonów, neuroprzekaźników i innych substancji fizjologicznie czynnych na powierzchni komórki, a także wrażliwość receptorów na te substancje. Liczba receptorów może się zmieniać ze względu na fakt, że ich cząsteczki są w stanie zatopić się w błonie lub cytoplazmie komórki i wydostać się na jej powierzchnię. Charakter i nasilenie reakcji na nie zależy w dużej mierze od liczby i wrażliwości receptorów odbierających bodźce regulacyjne.

Nadmiar lub niedobór hormonów i neuroprzekaźników lub ich działanie można kompensować także na poziomie wtórnych przekaźników – cyklicznych nukleotydów. Wiadomo, że stosunek cAMP i cGMP zmienia się nie tylko w wyniku działania pozakomórkowych bodźców regulacyjnych, ale także czynników wewnątrzkomórkowych, w szczególności fosfodiesterazy i jonów wapnia. Naruszenie realizacji wpływów regulacyjnych na komórkę można również zrekompensować na poziomie wewnątrzkomórkowych procesów metabolicznych, ponieważ wiele z nich zachodzi na podstawie regulacji tempa metabolizmu ilością produktu reakcji enzymatycznej (zasada dodatniego lub negatywna informacja zwrotna).

6. Zmniejszenie aktywności funkcjonalnej komórek.

W wyniku zmniejszenia aktywności funkcjonalnej komórek zapewnia się zmniejszenie zużycia energii i substratów niezbędnych do realizacji procesów funkcjonalnych i plastycznych. W rezultacie stopień i skala uszkodzeń komórek na skutek działania czynnika chorobotwórczego ulegają znacznemu zmniejszeniu, a po ustaniu jego działania obserwuje się intensywniejszą i pełną odbudowę struktur komórkowych i ich funkcji. Do głównych mechanizmów zapewniających przejściowe pogorszenie funkcji komórki zalicza się zmniejszenie impulsów odprowadzających z ośrodków nerwowych, zmniejszenie liczby lub wrażliwości receptorów na powierzchni komórki, wewnątrzkomórkowe regulacyjne tłumienie reakcji metabolicznych oraz tłumienie aktywności poszczególnych genów .

7. Regeneracja

Proces ten oznacza wymianę komórek lub ich poszczególnych struktur w miejsce tych, które są martwe, uszkodzone lub zakończyły swój cykl życia. Regeneracji struktur towarzyszy przywrócenie ich funkcji. Istnieją komórkowe i wewnątrzkomórkowe formy regeneracji. Pierwsza charakteryzuje się reprodukcją komórek poprzez mitozę lub amitozę. Drugim jest odbudowa organelli komórkowych zamiast uszkodzonych lub martwych. Regeneracja wewnątrzkomórkowa z kolei dzieli się na organoid i wewnątrzorganoid. Przez regenerację organoidów rozumiemy odbudowę i zwiększenie liczby struktur subkomórkowych, natomiast przez regenerację wewnątrzorganoidową rozumiemy liczbę ich poszczególnych składników (wzrost cristae w mitochondriach, długość siateczki śródplazmatycznej itp.).

8. Przerost.

Hipertrofia to wzrost objętości i masy elementów strukturalnych narządu lub komórki. Przerost nienaruszonych organelli komórkowych kompensuje zaburzenie lub niedostateczną funkcję ich uszkodzonych elementów.

9. Hiperplazja.

Hiperplazja charakteryzuje się wzrostem liczby elementów strukturalnych, w szczególności organelli w komórce. Często w tych samych komórkach obserwuje się objawy zarówno hiperplazji, jak i przerostu. Obydwa te procesy zapewniają nie tylko kompensację wady strukturalnej, ale także możliwość wzmożenia funkcjonowania komórek.

Oddziaływaniu czynników chorobotwórczych na komórkę towarzyszy aktywacja (lub włączenie) różnych reakcji i procesów mających na celu wyeliminowanie lub zmniejszenie stopnia uszkodzeń i ich skutków, a także zapewnienie odporności komórki na uszkodzenia. Połączenie tych reakcji zapewnia adaptację (przystosowanie) komórki do zmienionych warunków jej życia.

Zespół adaptacyjnych reakcji komórkowych umownie dzieli się na wewnątrzkomórkowe i międzykomórkowe (ryc. 5– 21 ).

21 Mechanizmy adaptacji komórki w przypadku jej uszkodzenia”

Ryż.5–21 .Mechanizmy adaptacji komórek po uszkodzeniu.

Wewnątrzkomórkowe mechanizmy adaptacyjne

Wewnątrzkomórkowe mechanizmy adaptacyjne obejmują następujące reakcje i procesy.

Tabela układu Y

Odszkodowania za przerwy w dostawach energii

Mechanizmy kompensujące zakłócenia w dostawie energii ogniwa pokazano na rys. 5- 22 .

UKŁAD wstaw plik „PF Fig 05” 22 Mechanizmy kompensujące zaburzenia w zaopatrzeniu komórki w energię”

Ryż.5–22 .Mechanizmy kompensujące zaburzenia w dostawie energii ogniwa w przypadku jego uszkodzenia.

Kiedy komórka ulega uszkodzeniu, z reguły w większym lub mniejszym stopniu ulegają uszkodzeniu mitochondria, a resynteza ATP podczas oddychania tkankowego jest ograniczona. Zmiany te stanowią sygnał do uruchomienia mechanizmów kompensacyjnych: – wzrost produkcji ATP w układzie glikolitycznym; – zwiększenie aktywności enzymów biorących udział w procesach utleniania i fosforylacji (przy słabym lub umiarkowanym stopniu uszkodzenia komórek); – aktywacja enzymów transportu energii ATP (transferaza nukleotydów adeninowych, CPK); – zwiększenie efektywności enzymów wykorzystujących energię ATP (ATPazy); – ograniczenia aktywności funkcjonalnej komórki; – zmniejszenie intensywności procesów plastycznych w komórce.

Ochrona błon i enzymów

Ochronę błon komórkowych i enzymów realizują środki wskazane na ryc. 5- 23 mechanizmy.

UKŁAD wstaw plik „PF Fig 05” 23 Mechanizmy ochrony błon komórkowych i enzymów”

Ryż.5–23 .Mechanizmy ochrony błon komórkowych i enzymów w przypadku uszkodzenia.

AOD – antyoksydacyjne czynniki ochronne.

Enzymy obrony antyoksydacyjnej (SOD, inaktywujące rodniki O 2; katalaza i peroksydaza glutationowa, rozkładające odpowiednio H 2 O 2 i lipidy) zmniejszają patogenne skutki reakcji wolnorodnikowych i nadtlenkowych; aktywacja komórkowych układów buforowych prowadzi do zmniejszenia kwasicy wewnątrzkomórkowej (następstwem kwasicy jest nadmierna aktywność hydrolityczna enzymów lizosomalnych); zwiększona aktywność enzymów mikrosomalnych (zwłaszcza enzymów siateczki śródplazmatycznej) wzmaga przemianę fizykochemiczną czynników chorobotwórczych poprzez ich utlenianie, redukcję, demetylację itp.; derepresja genów powoduje aktywację syntezy składników błon (białek, lipidów, węglowodanów) w celu zastąpienia uszkodzonych lub utraconych.

Wyeliminuj/zmniejsz brak równowagi pomiędzy cieczą jonową

Mechanizmy zmniejszania nasilenia lub eliminowania braku równowagi jonów i wody w komórce pokazano na ryc. 5- 24 .

UKŁAD EG Rysunek 5– 24 zbyt szeroki, należy zmienić układ tekstu. Zapytałem Siergieja Iwanowicza.

UKŁAD wstaw plik „PF Fig 05” 24 Mechanizmy zmniejszania stopnia nierównowagi jonowej”

Ryż.5–24 .Mechanizmy zmniejszania stopnia (eliminacji) braku równowagi jonów i wody w komórce w przypadku jej uszkodzenia.

Znaczące zmniejszenie stopnia zaburzeń wymiany płynów i jonów zapewnia: – aktywacja procesów zaopatrzenia w energię pomp jonowych; – zwiększona aktywność enzymów biorących udział w transporcie jonów; – zmiany w intensywności i charakterze metabolizmu (np. zwiększonej glikolizie towarzyszy uwalnianie K+, którego zawartość w uszkodzonych komórkach zmniejsza się ze względu na zwiększoną przepuszczalność ich błon); – normalizacja wewnątrzkomórkowych układów buforowych (np. aktywacja buforów węglanowych, fosforanowych, białkowych pomaga przywrócić optymalny stosunek w cytozolu i transbłonową dystrybucję jonów K+, Na+, Ca 2+ i innych, w szczególności poprzez redukcję [H + ] w komórce). Udowodniono, że z kolei zmniejszeniu stopnia nierównowagi jonowej może towarzyszyć normalizacja zawartości i krążenia płynu wewnątrzkomórkowego, objętości komórek i ich organelli.

Oddziaływaniu czynników chorobotwórczych na komórkę towarzyszy aktywacja różnorodnych reakcji i procesów mających na celu wyeliminowanie lub zmniejszenie stopnia uszkodzeń i ich skutków, a także zapewnienie odporności komórki na uszkodzenia. Połączenie tych reakcji zapewnia adaptację (przystosowanie) komórki do zmienionych warunków jej życia. W tej sytuacji obowiązkiem lekarza jest pobudzenie systemów obronnych komórki.

Jakiekolwiek uszkodzenie. komórki powodują w nich specyficzne i niespecyficzne zmiany o różnym stopniu nasilenia,

Konkretny. zmiany w komórkach po uszkodzeniu są charakterystyczne dla tego czynnika chorobotwórczego, gdy działa on na różne komórki. Zatem wzrostowi ciśnienia osmotycznego w komórce towarzyszy jej przewodnienie, rozciąganie błon i zaburzenie ich integralności. Pod wpływem czynników rozprzęgających utlenianie i fosforylację sprzęganie tych procesów ulega zmniejszeniu lub zablokowaniu, a efektywność utleniania biologicznego maleje. Zwiększony poziom hormonu kory nadnerczy, aldosteronu, we krwi prowadzi do gromadzenia się Na+ w komórce.

Niespecyficzne zmiany w komórkach stwierdza się podczas przemian różnych typów komórek i działania na nie szerokiego zakresu czynników chorobotwórczych: niedotlenienia, kwasicy, nadmiernej aktywacji reakcji wolnych rodników i nadtlenków; denaturacja cząsteczek białka; zwiększenie przepuszczalności błon komórkowych; brak równowagi jonów i wody. Zespół reakcji adaptacyjnych komórek umownie dzieli się na wewnątrzkomórkowe i międzykomórkowe, czyli układowe.

Do wewnątrzkomórkowych mechanizmów adaptacyjnych zaliczają się następujące reakcje i procesy: kompensacja zaburzeń w zaopatrzeniu komórki w energię; ochrona błon komórkowych i enzymów; zmniejszenie nasilenia lub wyeliminowanie braku równowagi jonów i wody w komórce; eliminacja defektów w programie genetycznym komórki i mechanizmach jego realizacji; kompensacja zaburzeń mechanizmów regulacji procesów wewnątrzkomórkowych; zmniejszona aktywność funkcjonalna komórek; regeneracja; hipertrofia; rozrost.

Międzykomórkowe (układowe) mechanizmy adaptacji do uszkodzeń charakteryzują się zwiększoną interakcją między komórkami. Interakcja ta przebiega w następujący sposób: wymiana metabolitów, lokalne substancje biologicznie czynne - cytokiny, jony; zmiany w limfie i krążenie krwi; wpływy endokrynologiczne; skutki nerwowe.

Wszystkie różnorodne reakcje ochronne i kompensacyjne komórki w odpowiedzi na jej uszkodzenie dzielą się na dwie grupy:

1) reakcje mające na celu przywrócenie zaburzonej homeostazy wewnątrzkomórkowej: a) aktywacja mechanizmów aktywnego transportu substancji (pompy Na-K-Ca, mechanizmy wymiany Na-Ca, Na-H, transport mikrokrążeniowy); b) wzmożenie regeneracji przeciwutleniaczy; c) wiązanie wolnych kwasów tłuszczowych (synteza trójglicerydów); d) adaptacja syntezy białek, kwasów nukleinowych, fosfolipidów. Niezbędnym warunkiem realizacji tych mechanizmów jest wystarczające zaopatrzenie komórki w energię. Osiąga się to poprzez zwiększenie intensywności metabolizmu energetycznego (aktywacja glikolizy, oddychania komórkowego, cyklu pentozowego) i redystrybucję zasobów energetycznych dostępnych w komórce

2) reakcje mające na celu utworzenie funkcjonalnej reszty uszkodzonej komórki. Ich celem jest eliminacja ewentualnych dodatkowych przesunięć homeostazy wewnątrzkomórkowej pod wpływem czynników zakłócających fizjologię (stabilizacja uszkodzeń) oraz minimalizacja kosztów energii potrzebnej do wykonywania określonych funkcji komórki. Takie reakcje obejmują:

a) tworzenie przez komórkę prostaglandyn i blokowanie przez nie receptorów β-adrenergicznych;

b) hamowanie cyklazy adenylanowej i zwiększona aktywność fosfodiesterazy, która niszczy cAMP;

c) powstawanie adenozyny – naturalnego blokera kanałów Ca.



Powiązane publikacje