Патологічні клітини крові є. Патологія клітини

Завдання №1

Для вивчення запропоновано два мікропрепарати: 1) шкірка цибулі та 2) крило комара.

1. При роботі з яким із цих препаратів буде використано лупу?

2. При вивченні якого з цих двох об'єктів використовуватиметься мікроскоп?

Завдання №2

Для виконання практичної роботи запропоновано тимчасовий та постійний препарати.

1. Як ви відрізните тимчасовий препарат від постійного?

2. Чому для вивчення деяких об'єктів краще використовувати тимчасовий мікропрепарат?

Завдання №3

У полі зору щодо препарату «Перехрест волосся» (волосся містить велику кількість пігменту – темно-коричневого кольору) видно при малому збільшенні такі утворення: товсті смужки темно-коричневого кольору, розташовані хрест-навхрест, бульбашки різного діаметра темного кольору, довгі ниткоподібні утворення з чіткими краями, але безбарвні.

1. Де у полі зору представлені артефакти?

2. Що на даному препаратіє об'єктом дослідження?

Завдання №4

Розглядаються три види клітин: клітини шкірки цибулі, клітини бактерії та клітини епітелію шкіри жаби.

1. Які з перелічених клітин можна чітко розглянути зі збільшенням мікроскопа (7х8)?

2. Які клітини можна побачити лише при збільшенні (7х40) та при імерсії?

Завдання №5

Виходячи із запропонованого вірша:

«З цибулі зняли шкірку-

Тонку, безбарвну,

Поклали шкірку

На скло предметне,

Мікроскоп поставили,

Препарат – на столик…»

1. Про приготування якого препарату йдеться (тимчасового чи постійного)?

2. Яких важливих моментів у приготуванні препарату тут не відзначено?

Завдання №6

Постійний препарат вивчений на малому збільшенні, проте при переведенні на велике збільшення об'єкт не видно, навіть при корекції макро- та мікрометричним гвинтами та достатньому освітленні.

1. Із чим це може бути пов'язано?

2. Як виправити цю помилку?

Завдання №7

Препарат поміщений на предметний столик мікроскопа, що має в основі лапки штатива дзеркало. В аудиторії слабке штучне світло. Об'єкт добре видно на малому збільшенні, однак при спробі його розглянути при збільшенні об'єктиву х40, у полі зору об'єкт не проглядається, видно темна пляма.

1. З чим може бути пов'язана поява темної плями?

2. Як виправити помилку?

Завдання №8

Досліджуваний препарат виявився пошкодженим: розбите предметне та покривне скло.

1. Як це могло статися?

2. Яких правил треба дотримуватись при мікроскопуванні?

Завдання №9

Загальне збільшення мікроскопа становить під час роботи у разі - 280, а іншому - 900.

1. Які використані об'єктиви та окуляри у першому та у другому випадках?

2. Які об'єкти дозволяють вивчати?

Заняття №2. БІОЛОГІЯ ЕУКАРІОТИЧНОЇ КЛІТИНИ. СТРУКТУРНІ КОМПОНЕНТИ ЦИТОПЛАЗМИ

Завдання №1

Відомо, що у хребетних тварин кров червона, а в деяких безхребетних (головоногих молюсків) блакитна.

1. Наявність яких мікроелементів визначає червоний колір крові у тварин?

2. З чим пов'язаний блакитний колір крові у молюсків?

Завдання №2

Зерна пшениці та насіння соняшника багаті на органічні речовини.

1. Чому якість борошна пов'язана із вмістом у ній клейковини?

2. Які органічні речовиниперебувають у насінні соняшника?

Завдання №3

Восковидні ліпофусцинози нейронів можуть виявлятися в різному віці (дитячому, юнацькому, зрілом), відносяться до справжніх хвороб накопичення, пов'язаних з порушенням функцій органоїдів мембранної будови, що містять велику кількість гідролітичних ферментів. Симптоматика включає ознаки уражень центральної нервової системи з атрофією головного мозку, приєднуються судомні напади. Діагноз ставиться при електронній мікроскопії – у цих органоїдах клітин дуже багатьох тканин виявляються патологічні включення.

1. Чи функціонування якого органоїду нейрона порушено?

2. За якими ознаками ви це виявили?

Завдання №4

У хворого виявлено рідкісну хворобу накопичення глікопротеїнів, пов'язану з недостатністю гідролаз, що розщеплюють полісахаридні зв'язки. Це аномалії характеризуються неврологічними порушеннями та різноманітними соматичними проявами. Фукозідоз і маннозидоз найчастіше призводять до смерті в дитячому віці, тоді як аспартилглюкозамінурія проявляється як хвороба накопичення з пізнім початком, вираженою психічною відсталістю та більш тривалим перебігом.

1. Функціонування якого органоїду клітин порушено?

2. За якими ознаками можна виявити?

Завдання №5

При патологічних процесахзазвичай у клітинах збільшується кількість лізосом. На підставі цього виникло уявлення, що лізосоми можуть відігравати активну роль загибелі клітин. Однак відомо, що при розриві мембрани лізосом, гідролази, що входять, втрачають свою активність, т.к. у цитоплазмі слаболужне середовище.

1. Яку роль грають лізосоми у даному випадку, Виходячи з функціональної ролі цього органоїду в клітині?

2. Який органоїд клітини виконує функцію синтезу лізосом?

Завдання №6

Виявлено спадкове захворювання, пов'язане з дефектами функціонування органоїду клітини, що призводить до порушень енергетичних функцій у клітинах – порушення тканинного диханнясинтезу специфічних білків. Дане захворювання передається тільки по материнській лінії до дітей обох статей.

1. У якому органоїді відбулися зміни?

2. Чому це захворювання передається тільки по материнській лінії?

Завдання №7

Зазвичай, якщо клітинна патологія пов'язана з відсутністю у клітинах печінки та нирок пероксисом, то організм із таким захворюванням нежиттєздатний.

1. Як пояснити цей факт, виходячи з функціональної ролі цього органоїду у клітині?

2. З чим пов'язана нежиттєздатність організму у разі?

Завдання №8

У зимових сплячих бабаків і зимуючих кажанів число мітохондрій у клітинах серцевого м'яза різко знижено.

1. З чим пов'язане це явище?

2. Для яких тварин характерне таке явище?

Заняття №3. ЯДРО, ЙОГО СТРУКТУРНІ КОМПОНЕНТИ. РОЗМНАЖЕННЯ КЛІТИН

Завдання №1

Ядро яйцеклітини та ядро ​​сперматозоїда має рівну кількість хромосом, але у яйцеклітини обсяг цитоплазми та кількість цитоплазматичних органоїдів більша, ніж у сперматозоїда.

1. Чи однаковий вміст у цих клітинах ДНК?

2. Чи збільшиться кількість органоїдів після злиття яйцеклітини зі сперматозоїдом?

Завдання №2

Гени, які повинні були включитися в роботу в період G 2, залишилися неактивними.

1. До яких змін у клітині це призведе?

2. Чи позначиться це під час мітозу?

Завдання №3

У мітоз вступила двоядерна клітина з диплоїдними ядрами (2n=46).

1. Яка кількість спадкового матеріалу матиме клітина у метафазі для формування єдиного веретена поділу?

2. Яка кількість спадкового матеріалу матимуть дочірні ядра після закінчення мітозу?

Завдання №4

Після запліднення утворилася зигота 46ХХ, з якої має сформуватися жіночий організм. Однак у ході першого мітотичного поділу (дроблення) цієї зиготи на два бластомери сестринські хроматиди однієї з Х-хромосом, відокремившись один від одного, не розійшлися по 2-х полюсах, а обидві відійшли до одного полюса. Розбіжність хроматид іншої Х-хромосоми відбулося нормально. Усі наступні мітотичні поділки клітин під час ембріогенезу протікали без порушень механізму мітозу.

2. Які можуть бути фенотипічні особливості цього організму?

Завдання №5

Після запліднення утворилася зигота 46ХY, з якої має сформуватися чоловічий організм. Однак у ході першого мітотичного поділу (дроблення) цієї зиготи на два бластомери сестринські хроматиди Y-хромосоми не розділилися і вся ця самоподвоєна (реплікована) метафазна хромосома відійшла до одного з полюсів дочірніх клітин (бластомерів). Розбіжність хроматид Х-хромосоми відбулося нормально. Усі наступні мітотичні поділки клітин під час ембріогенезу протікали без порушень механізму мітозу.

1. Яким буде хромосомний набір клітин індивіда, що розвинувся із цієї зиготи?

2. Який фенотип може мати цей індивід?

3. Дія яких чинників могла призвести до цієї мутації?

Завдання №6

При розподілі клітини мітозом в одній з двох нових клітин, що утворилися, не виявилося ядерця.

1. Яку будову має ядерце?

2. До чого може призвести це явище?

Завдання №7

Число ядерних пір постійно змінюється.

1. Яку будову має ядерна пора?

2. З чим пов'язана зміна кількості пір в ядерній оболонці?

Ситуаційні завдання

з дисципліни «Біологія з екологією»
для самопідготовки студентів першого курсу

спеціальність 060101 – Лікувальна справа

спеціальність 060103 – Педіатрія

спеціальність 060105 - Стоматологія

1. Ситуаційні завдання на тему «Біологія клітини»
1. Постійний препарат вивчений на малому збільшенні, проте при переведенні на велике збільшення об'єкт не видно, навіть при корекції макро- та мікрометричним гвинтами та достатньому освітленні. Потрібно визначити, з чим це може бути пов'язане?

Відповідь: Причина може бути пов'язана з тим, що препарат поміщений на предметний столик неправильно: покривним склом вниз, а при роботі на великому збільшенні товщина предметного скла не дозволяє досягти точного наведення на фокус.

2. Препарат поміщений на предметний столик мікроскопа, що має в основі лапки штатива дзеркало. В аудиторії слабке штучне світло. Об'єкт добре видно на малому збільшенні, проте при спробі його розглянути при збільшенні об'єктиву х40, у полі зору об'єкт не проглядається, видно темну пляму. Чи потрібно визначити, з чим це може бути пов'язано?

Відповідь: Причин може бути кілька: 1 – для дослідження використана плоска сторона дзеркала, а кімната недостатньо яскраво освітлена, тому об'єкт при великому збільшенні недостатньо освітлений та не видно у полі зору; 2 - можливо, рух револьвера був недостатнім, не доведений до клацання, тому об'єктив не знаходиться проти об'єкта дослідження; 3 – подивитися, як поміщений на предметний столик препарат, можливо, він поміщений покривним склом вниз.

3. Досліджуваний препарат виявився пошкодженим: розбите предметне та покривне скло. Поясніть, як це могло статися?

Відповідь: Причина - неправильне поводження з макрометричним гвинтом Він опускає об'єктив до препарату. Працюючи з ним необхідно дивитися над окуляр, а збоку, контролюючи відстань від об'єктиву до препарату, що становить середньому 0,5см.

4. Загальне збільшення мікроскопа становить при роботі в одному випадку - 280, а в іншому - 900. Поясніть, які використані об'єктиви та окуляри в першому та другому випадках і які об'єкти вони дозволяють вивчати?

Відповідь:У першому випадку використовується окуляр х7, а об'єктив х40 при даному збільшенні можна розглянути великі мікрооб'єкти (н-р, клітини шкірки цибулі, клітини крові жаби, перехрест волосся); у другому випадку використовується окуляр х10, а об'єктив х90, при даному збільшенні можна розглянути найдрібніші мікрооб'єкти, використовуючи при цьому імерсійну олію (органоїди клітин, колонії бактерій, дрібні клітининайпростіших, клітини крові людини).

5. Як треба розмістити препарат, щоб побачити об'єкт у потрібному вигляді?

Відповідь:Препарат необхідно розташувати на предметний столик покривним склом нагору, об'єкт повинен розташовуватися в центрі отвору предметного столика, з урахуванням того, що зображення в мікроскопі отримуємо зворотне.

6. При ряді вроджених лізосомних «хвороб накопичення» в клітинах накопичується значна кількість вакуолей, що містять нерозщеплені речовини. Наприклад, при хворобі Помпі відбувається накопичення глікогену у лізосомах. Поясніть із чим пов'язане це явище, виходячи з функціональної ролі даного органоїду клітин.

Відповідь: Лізосоми в клітині беруть участь у процесах внутрішньоклітинного перетравлення, вони містять близько 40 гідролітичних ферментів: протеази, нуклеази, глікозидази, фосфорилази та ін.

7. При патологічних процесах зазвичай у клітинах значно збільшується кількість лізосом. На підставі цього виникло уявлення, що лізосоми можуть відігравати активну роль при загибелі клітин. Однак відомо, що при розриві мембрани лізосом, гідролази, що виходять, втрачають свою активність, так як в цитоплазмі слабколужне середовище. Поясніть, яку роль грають лізосоми в даному випадку, виходячи з функціональної ролі органіду в клітині.

Відповідь: Однією з функцій лізос є автоліз або аутофагія. В даний час схильні вважати, що аутофагоцитоз пов'язаний з відбором і знищенням змінених, «зламаних» клітинних компонентів. У разі лізосоми виконують роль внутрішньоклітинних чистильників, контролюючих дефектні структури. У конкретному випадкунакопичення лізосом і пов'язане з виконанням ферментів цієї функції - автоліз загиблих клітин.

8. Поясніть, які наслідки можуть очікувати тваринну клітину, у якої в клітинному центрі відсутні одна центріоль і промениста сфера (астросфера).

Центросоми обов'язкові для клітин тварин, вони беруть участь у формуванні веретена поділу і розташовуються на полюсах, в клітинах, що не діляться, визначають полярність клітин. За відсутності цього органоїду така клітина не здатна до проліферації.

9. Зазвичай, якщо клітинна патологія пов'язана з відсутністю у клітинах печінки та нирок пероксисом, то організм із таким захворюванням нежиттєздатний. Дайте пояснення цьому факту, з функціональної ролі цього органоїду в клітині.

Відповідь: Мікротельця або пероксисоми відіграють важливу роль у метаболізмі перекису водню, яка є найсильнішою внутрішньоклітинною отрутою та руйнує клітинні мембрани. У пероксисомах печінки фермент каталаза становить до 40% всіх білків та виконує захисну функцію. Ймовірно, відсутність даних ферментів призводить до незворотних змін на рівні функціонування клітин, тканин та органів.

10. Поясніть, чому у зимових сплячих бабаків і зимуючих кажанів число мітохондрій у клітинах серцевого м'яза різко знижено.

Відповідь: Кількість мітохондрій у клітинах серцевого м'яза залежить від функціонального навантаження на серце та витрати енергії, яка виробляється та накопичується в макроергічних зв'язках АТВ в «енергетичних станціях» клітин, якими є мітохондрії. У період сплячки в організмі тварин процеси метаболізму уповільнені і навантаження на серце мінімальне.

11. Відомо, що у хребетних тварин кров червона, а у деяких безхребетних (головоногих молюсків) блакитна. Поясніть з присутністю яких мікроелементів пов'язаний певний колір крові у цих тварин?

Відповідь: Кров цих тварин блакитна т.к. до її складу входить гемоціанін, що містить мідь (Сі).

12. Зерна пшениці та насіння соняшника багаті на органічні речовини. Поясніть, чому якість борошна пов'язана із вмістом клейковини в ній, які органічні речовини знаходяться в клейковині борошна пшеничного. Які органічні речовини перебувають у насінні соняшнику?

Відповідь: Клейковина - це та частина борошна, в якій міститься білковий компонент, завдяки якому якість борошна цінується вище. У насінні соняшнику поряд з білками та вуглеводами у значній кількості знаходяться рослинні жири.

13. Воскоподібні ліпофусцинози нейронів можуть виявлятися в різному віці (дитячому, юнацькому та зрілом), відносяться до справжніх хвороб накопичення, пов'язаних з порушенням функцій органоїдів мембранної будови, що містять велику кількість гідролітичних ферментів. Симптоматика містить ознаки ураження центральної нервової системи з атрофією головного мозку, приєднуються судомні напади. Діагноз ставиться при електронній мікроскопії - у цих органоїдах клітин багатьох тканин виявляються патологічні включення. Поясніть, у якому органоїді у клітинах порушено функцію?

Відповідь: у людей з цією патологією порушена функція лізосом, можливо, якісь ферменти відсутні або не включаються, тому в лізосомах виявляються недорозщеплені структури.

14. У хворого виявлено рідкісну хворобу накопичення глікопротеїнів, пов'язану з недостатністю гідролаз, що розщеплюють полісахаридні зв'язки. Ці аномалії характеризуються неврологічними порушеннями та різноманітними соматичними проявами. Фукозідоз і маннозидоз найчастіше призводять до смерті в дитячому віці, тоді як аспартилглюкозамінурія проявляється як хвороба накопичення з пізнім початком, вираженою психічною відсталістю і більш тривалим перебігом.

Поясніть, у якому органоїді у клітинах порушено функцію?

Відповідь: у людей з цією патологією порушена функція лізосом, відсутні ферменти, що розщеплюють глікопротеїни, тому в лізосомах виявляються недорозщеплені структури.

15. Виявлено спадкове захворювання, пов'язане з дефектами у функціонуванні органоїду клітини, що призводить до порушень енергетичних функцій у клітинах - порушення тканинного дихання, синтезу специфічних білків. Дане захворювання передається тільки по материнській лінії до дітей обох статей. Поясніть, у якому органоїді відбулися зміни. Відповідь обґрунтуйте.

Відповідь: стався дефект мітохондріальної ДНК, йде неправильне зчитування інформації, порушується синтез специфічних білків, виявляються дефекти в різних ланках циклу Кребса. дихального ланцюгащо призвело до розвитку рідкісного мітохондріального захворювання.

16. Ядро яйцеклітини та ядро ​​сперматозоїда має рівну кількість хромосом, але у яйцеклітини обсяг цитоплазми та кількість цитоплазматичних органоїдів більша, ніж у сперматозоїда. Чи однаковий вміст у цих клітинах ДНК?

Відповідь: У яйцеклітини вміст ДНК більший, за рахунок наявності мітохондріальної ДНК.

17. Гени, які повинні були включитися в роботу в період G 2 залишилися неактивними. Чи позначиться це під час мітозу?

Відповідь: В періодG 2 синтезуються білки, необхідні освіти ниток веретена поділу. За їх відсутності розбіжність хроматид в анафазу мітозу порушиться або взагалі не станеться.

18. У мітоз вступила двоядерна клітина з диплоїдними ядрами (2n=46). Яка кількість спадкового матеріалу матиме клітина у метафазі при формуванні єдиного веретена поділу, а також дочірні ядра після закінчення мітозу?

Відповідь: У кожному з двох ядер, що вступили в мітоз, хромосоми диплоїдного набору містять подвоєну кількість генетичного матеріалу. Обсяг генетичної інформації у кожному ядрі - 2n4с. У метафазі при формуванні єдиного веретена поділу ці набори об'єднаються, і обсяг генетичної інформації становитиме, отже - 4n8с (тетраплоїдний набір самоподвоєних або реплікованих хромосом).

В анафазі мітозу цієї клітини до полюсів дочірніх клітин розійдуться хроматиди. Після закінчення мітозу ядра дочірніх клітин міститимуть обсяг генетичної інформації = 4n4с.

19. Після запліднення утворилася зигота 46, ХХ, з якої має сформуватися жіночий організм. Однак у ході першого мітотичного поділу (дроблення) цієї зиготи на два бластомери сестринські хроматиди однієї з Х-хромосом, відокремившись один від одного, не розійшлися по 2-х полюсах, а обидві відійшли до одного полюса.

Розбіжність хроматид іншої Х-хромосоми відбулося нормально. Усі наступні мітотичні поділки клітин під час ембріогенезу протікали без порушень механізму мітозу, не вносячи додаткових змін, а й виправляючи змінені набори хромосом.

Яким буде хромосомний набір клітин індивіда, що розвинувся із цієї зиготи? Припустіть, які можуть бути фенотипічні особливості цього організму?

Відповідь: Набір нестатевих хромосом (аутосом) в обох бластомерах буде нормальним і представлений диплоїдним числом = 44 несамоподвоєних (нереплікованих) хромосом – колишніх метафазних хроматид хромосом зиготи.

В результаті клітини організму, що розвинувся з цієї зиготи, матимуть різний набір хромосом, тобто буде місце мозаїцизм каріотипу: 45,Х / 47,ХХХ приблизно в рівних пропорціях.

Фенотипово це жінки, у яких спостерігаються ознаки синдрому Шерешевського-Тернера з неяскравим клінічним проявом.

20. Після запліднення утворилася зигота 46, ХY, з якої повинен сформуватися чоловічий організм. Однак у ході першого мітотичного поділу (дроблення) цієї зиготи на два бластомери сестринські хроматиди Y-хромосоми не розділилися і вся ця самоподвоєна (реплікована) метафазна хромосома відійшла до одного з полюсів дочірніх клітин (бластомерів).

Розбіжність хроматид Х-хромосоми відбулося нормально. Усі наступні мітотичні поділки клітин під час ембріогенезу протікали без порушень механізму мітозу, не вносячи додаткових змін, а й виправляючи змінені набори хромосом.

Яким буде хромосомний набір клітин індивіда, що розвинувся із цієї зиготи? Припустіть, який фенотип може мати цей індивід?

Відповідь: Мозаїцизм каріотипу: 45,Х/46,ХY (скорочено – Х0/ХY) приблизно у рівних пропорціях. Фенотипові варіанти при цьому типі мозаїцизму - 45, Х / 46, Х Y різноманітні. Такий індивід зовні може бути як чоловічої, так і жіночої статі. Описані випадки гермафродитизму в осіб із мозаїцизмом 45,Х/46,ХY, коли зовні організм був жіночої статі, але з правого боку виявлялося яєчко (насінник), над піхвою – статевий член та уретральний отвір.
Завдання для самоконтролю

1. Постійний препарат вивчений на малому збільшенні, проте при переведенні на велике збільшення об'єкт не видно, навіть при корекції макро- та мікрометричним гвинтами та достатньому освітленні. Чи потрібно визначити, з чим це може бути пов'язано?

2. Препарат поміщений на предметний столик мікроскопа, що має в основі лапки штатива дзеркало. В аудиторії слабке штучне світло. Об'єкт добре видно на малому збільшенні, проте при спробі його розглянути при збільшенні об'єктиву х40, у полі зору об'єкт не проглядається, видно темну пляму. Чи потрібно визначити, з чим це може бути пов'язано?

3. Досліджуваний препарат виявився пошкодженим: розбите предметне та покривне скло. Поясніть, як це могло статися?

4. Загальне збільшення мікроскопа становить при роботі в одному випадку - 280, а в іншому - 900. Поясніть, які використані об'єктиви та окуляри в першому та другому випадках і які об'єкти вони дозволяють вивчати?

5. Вам видано постійний препарат для дослідження об'єкта при великому збільшенні мікроскопа. Як треба розташувати препарат, щоб побачити об'єкт за великого збільшення? Поясніть, чому неправильні маніпуляції з препаратом можна знайти лише при великому збільшенні.

6. Поясніть, які перспективи можуть очікувати на клітку епітеліальної тканини, яка не має центріолей?

7. У диплоїдній клітині відбулася 7-кратна ендоредуплікація.

Яку кількість спадкового матеріалу вона має?

8. Одним із фундаментальних початкових висновків класичної генетики є уявлення про рівність чоловічої та жіночої статі у передачі потомству спадкової інформації. Чи підтверджується цей висновок при порівняльному аналізі всього обсягу спадкової інформації, що вноситься в зиготу сперматозоїдом та яйцеклітиною?

9. Після виходу клітини з мітозу відбулася мутація гена, який несе програму для синтезу ферменту гелікази.

Як ця подія вплине на мітотичний цикл клітини?

1 0. Після запліднення утворилася зигота 46 ХХ, з якої повинен сформуватися жіночий організм. Однак у ході першого мітотичного поділу (дроблення) цієї зиготи на два бластомери одна з двох Х-хромосом не розділилася на дві хроматиди і в анафазі повністю відійшла до полюса. Поведінка другої Х-хромосоми пройшла без відхилень від норми. Усі наступні мітотичні поділу клітин під час ембріогенезу протікали також без порушень механізму мітозу

Яким буде хромосомний набір клітин індивіда, що розвинувся з цієї зиготи та (імовірно) фенотипічні особливості цього організму?

11. Загальновідомо, що однояйцеві (монозиготні) близнюки є генетично ідентичними. За фенотипом вони, при нормальному ході цитологічних процесів їх формування та розвитку в тих самих умовах середовища, схожі один на одного «як дві краплі води».

Чи можуть монозиготні близнюки бути різної статі – хлопчиком та дівчинкою? Якщо не можуть, то чому? А якщо можуть, то в результаті, яких порушень у мітотичному циклі зиготи, що ділиться?

2. Ситуаційні завдання на тему « Молекулярні основиспадковості та мінливості»
Геном – загальні питання

1. Поясніть причину ситуації, коли ген еукаріотичної клітини, що займає ділянку ДНК розміром 2400 пар нуклеотидів, кодує поліпептид, що складається з 180 амінокислотних залишків.

Відповідь: Для кодування 180 амінокислотних залишків достатньо 540 нуклеотидів (180 триплетів) матричного ланцюга ДНК. Плюс стільки ж - ланцюг, що кодує. Разом – 1080 нуклеотидів чи 540 пар нуклеотидів.

2. При аналізі нуклеотидного складу ДНК бактеріофага М 13 було виявлено наступне кількісне співвідношення азотистих основ: А-23%, Р-21%, Т-36%, Ц-20%. Як можна пояснити причину того, що в цьому випадку не дотримується принципу еквівалентності, встановлений Чаргаффом?

Відповідь: Причина в тому, що бактеріофаг М13 (як і більшість фагів) містить одноланцюжкову ДНК.

Реплікація ДНК

3. Ферменти, що здійснюють реплікацію ДНК, рухаються зі швидкістю 0,6 мкм за 1 хв. Скільки часу знадобиться для подвоєння ДНК у хромосомі з 500 репліконами, якщо довжина кожного реплікону 60 мкм?

Відповідь: Загальна довжина всіх репліконів – 500х60 = 30000мкм. Відповідно до гіпотетично запропонованої в задачі ситуації при русі однієї ферментної системи зі швидкістю 0,6 мкм в 1 хв. потрібно 50000 хвилин, або 833,3 години (34,7 діб). Реально реплікацію одночасно здійснює кілька ферментних систем, що діють назустріч один одному, у результаті час подвоєння всієї ДНК у хромосомі значно скорочується.

Як окремі клітини, так і цілі багатоклітинні організми можуть піддаватися різним впливам, які призводять до їх структурно-функціональних змін, порушень їх життєвих функцій – патології.

Патологічні зміни одноклітинних організмів, що призводять до тимчасових порушень їх окремих функцій або призводять до стійких порушень, що закінчуються загибеллю цієї клітини - організму, є результатом ураження окремих внутрішньоклітинних структур.

У багатоклітинних організмах також з низки різноманітних причин відбуваються зміни або пошкодження групи клітин, які можуть призводити до розвитку цілого набору додаткових функціональних порушень вже вторинного характеру, пов'язаних зі зміною інших клітин, так розвивається патологічні зміни цілого організму, розвивається хвороба як системне порушення цілого ряду клітин та тканин.

Вивчення різних типів клітинного ураження, процесів їх розвитку, здатності клітин до репаративних процесів має велике загально біологічне значення, розкриваючи шляхи взаємозв'язку та регуляції між окремими клітинними компонентами та прикладне значення, оскільки прямо пов'язане із завданнями медицини.

Сучасна біологія розглядає клітину як єдину комплексну, інтегровану систему, де окремі функціївзаємопов'язані та збалансовані один з одним. Тому порушення та випадання окремих етапів клітинного метаболізму повинні спричиняти або активацію запасних обхідних шляхів або розгортання подій вже патологічного характеру. У багатоклітинних організмів патологія та загибель ряду клітин використовуються у здоровому організмі з метою прогресивних нормальних процесів. У цьому випадку відбувається запрограмоване вимкнення тих чи інших клітинних функцій, що призводять до смерті клітини.

Більш докладно вивчено дію на різні клітини зовнішніх факторів, що ушкоджують, фізичних і хімічних, таких як температура, промениста енергія, тиск, дія неспецифічних альтеруючих хімічних речовин і вплив інгібіторів окремих ланок клітинного метаболізму і антибіотиків.

Різноманітні чинники при оборотному ушкодженні клітини відповідають обмеженим числом неспецифічних змін. Спостереження привели до висновку, що ці морфофункціональні показники пошкодження виникають стереотипно незалежно від природи клітин або типу пошкоджуючого фактора. Неспецифічний характер реакцій у відповідь клітини на різні пошкоджуючі фактори може свідчити про наявність якихось загальних процесів, що викликають розвиток подібних відповідей клітин. При цьому у клітинах завжди значно падає окисне фосфорилювання, зростання гліколітичних процесів, активація протеолізу.

Характерною загальноклітинною реакцією на ушкодження є зміна здатності клітини пов'язувати різні барвники. У морфологічному відношенні починають з'являтися структурно-патологічні зміни: розпад вакуолярної системи, активація лізосом, зміна структури мітохондрій та ядра. Сукупність неспецифічних оборотних змін цитоплазми, що виникають під впливом різних агентів, була позначена терміном "паранекроз".

До патологічних процесів на клітинному рівніставляться як явища, пов'язані деструкцією клітин. Інший рівень клітинної патології – зміна регуляторних процесів. Це можуть бути порушення регуляції обмінних процесів, що призводять до відкладення різних речовин, порушення диференціювання (наприклад, зростання пухлини).

Деякі терміни:

проліферація(proliferatio; лат. proles потомство + fero несу, приношу) - збільшення числа клітин будь-якої тканини внаслідок їх розмноження;

проліферативний пул- відношення кількості клітин, що розмножуються, до всієї маси даної клітинної популяції;

репродукція(Ре- + лат. productio виробництво) - 1) в біології = Розмноження; 2) у психології = Відтворення;

каріотип(каріо-грецьк. karyon ядро, горіх + грец. typos форма, зразок) - сукупність морфологічних особливостей хромосомного набору соматичної клітини організму даного біологічного виду;

ген(-и) (грец. genos рід, народження, походження) - структурна і функціональна одиниця спадковості, що контролює утворення будь-якої ознаки, що є відрізком молекули дезоксирибонуклеїнової кислоти (у деяких вірусів - рибонуклеїнової кислоти);

генотип(Ген + грецьк. typos відбиток, зразок, тип; син.: ідіотип, конституція генетична) - сукупність всіх генів, властивих даної особини;

геном(англ. genome, від грец. genos рід, походження) - сукупність хромосомних спадкових факторів, що передаються від батьківської особини до дочірньої, що є у еукаріотів, у тому числі у людини, гаплоїдний набірхромосом;

Контрольні питання:

1. Механізм та роль амітозу

2. Значення мітозу для клітини

3. Етапи мітозу

4. Роль центросоми у розподілі клітини

5. Етапи мейозу

6. Перший поділ мейозу

7. Другий поділ мейозу

8. Роль кросинговера у модифікуванні індивідуальної спадкової інформації

9. Відмінності мітозу та мейозу, їх біологічне значення

10. Клітинний цикл, його фази та регуляція

1. Альбертс Б., Брей Д., Льюїс Д. та ін. Молекулярна біологія клітини: У 3-х тт. -М., "Світ", 2004.

2. Ролан Ж.-К., Селоші А., Селоші Д. Атлас з біології клітини.
М., 2008.

3. Ченців Ю.С. Введення у клітинну біологію. М., 2004.

4. Заварзін А.А., Харазова А.Д. Основи загальної цитології. - Л., 1982.

5. Ченців Ю.С. Основи цитології. - М., 1984.

ПЛАН ПРОВЕДЕННЯ ЛАБОРАТОРНИХ ЗАНЯТЬ

Методичні рекомендаціїдо виконання лабораторних занять: перш ніж приступити до роботи, потрібно осмислити значення і мету роботи, уважно прочитати і усвідомити, що потрібно робити, як її оформити, потім вивчити теоретичний матеріал з літератури, що рекомендується. Виконайте завдання, опишіть перебіг експерименту та зробіть відповідні висновки. І наприкінці роботи наводиться відповіді контрольні питання.

Порушення життєдіяльності організму людини за різних екстремальних станахта захворюваннях завжди, так чи інакше, пов'язано зі зміною функціонування клітин. Клітина є структурно-функціональною одиницею тканин та органів. У ній протікають процеси, що лежать в основі енергетичного та пластичного забезпечення структур та функцій тканин. Під дією несприятливих факторів довкілля, порушення функціонування клітин може набувати стійкого характеру і бути обумовленим їх ушкодженням. Патологія завжди починається з ушкодження, коли адаптаційні можливості стають неспроможними. Будь-який патологічний процес протікає з більшим або меншим ступенем і масштабом ушкодження клітин, яке виражається у певному порушенні їх структури та функцій. Виходячи з цього, під ушкодженням клітини розуміють такі зміни її структури, обміну речовин, фізико-хімічних властивостей та функцій, що ведуть до порушення її життєдіяльності та які зберігаються після видалення ушкоджуючого агента. Однак, зважаючи на те, що організм, як система, є сукупність елементів і зв'язків між ними, то природу хвороби необхідно розглядати з подвійних позицій - структурно-метаболічних та інформаційних, оскільки вона пов'язана як із пошкодженням самих клітин, їх виконавчого клітинного апарату, так і та з порушенням інформаційних процесів - сигналізації, рецепції та міжклітинних зв'язків, тобто. з дизрегуляцією, а, по термінології Г.Н. Крижанівського з дизрегуляторною патологією. У той самий час, попри різноманітність патогенних чинників, які діють клітини, вони відповідають принципово однотипними реакціями, основу яких лежать тканинні механізми клітинної альтерації. Таким чином, ушкодження слід розглядати як типовий патологічний процес, основу якого складають порушення внутрішньоклітинного гомеостазу, структурою цілісності клітини, а також її функціональної здатності.

Переходячи до конкретних аспектів патофізіології ушкодження, виходячи з вчення основоположника клітинної патології Р. Вірхова, враховуючи «пріоритет ушкодження елементів над розладом зв'язку», на початку розглянемо типові порушення внутрішньоклітинного гомеостазу, патохімічні та патофізіологічні аспекти ушкодження клітини.

Причини порушення функціонування та пошкодження клітини

Безпосередньою причиною порушення функціонування клітини є зміни в її оточенні, у той час як пошкодження клітини викликано дією на неї агентів, що ушкоджують. Пошкодження клітини, сутність якого становлять порушення внутрішньоклітинного гомеостазу, може бути результатом безпосереднього (прямих) або опосередкованого, внаслідок порушення міжклітинної взаємодії, сталості внутрішнього середовища самого організму (гіпоксія, ацидоз, алкалоз, гіпоглікемія, гіперкаліємія, підвищення вмісту в організмі кінцевих продуктів) впливу безлічі патогенних факторів, які поділяються на три основні групи: фізичного, хімічного та біологічного характеру.

Серед факторів фізичного характеру причинами пошкодження клітин найчастіше є:

Механічні впливи: вони зумовлюють порушення структури плазмолеми та мембран субклітинних утворень;

Температурний фактор: підвищена температура середовища, в якому знаходиться клітина, до 45-50°С і більше може призвести до денатурації білка, нуклеїнових кислот, декомпозиції ліпопротеїдних комплексів, підвищення проникності клітинних мембран та інших змін. Значне зниження температури може зумовити суттєве уповільнення або незворотне припинення метаболічних процесів у клітині, кристалізацію внутрішньоклітинної рідини та розрив мембран;

Зміни осмотичного тиску в клітині: накопичення в ній продуктів неповного окислення органічних субстратів, а також надлишку іонів супроводжується струмом рідини в клітину за градієнтом осмотичного тиску, набуханням її та розтягненням (аж до розриву) її плазмолеми та мембран органел. Зниження внутрішньоклітинного осмотичного тиску або підвищення його у позаклітинному середовищі веде до втрати клітиною рідини, її зморщування (пікнозу) та нерідко до загибелі;

Вплив іонізуючої радіації, що зумовлює утворення вільних радикалів та активацію перекисних вільно-радикальних процесів, продукти яких ушкоджують мембрани та денатурують ферменти клітин;

Гравітаційні, електромагнітні фактори.

Пошкодження клітин нерідко викликають вплив факторів хімічної природи. До них належать різноманітні речовини екзогенного та ендогенного походження: кислоти, луги, солі важких металів, отрути рослинного та тваринного походження, продукти порушеного метаболізму Так, ціаніди пригнічують активність цитохромоксидази. Етанол та його метаболіти пригнічують багато ферментів клітини. Речовини, що містять солі миш'яку, пригнічують піруватоксидазу. Неправильне застосування лікарських засобів може призвести до пошкодження клітин. Наприклад, передозування строфантину обумовлює значне пригнічення активності К+-Na+-АТФази сарколеми клітин міокарда, що веде до дисбалансу інтрацелюлярного вмісту іонів та рідини.

Важливо, що ушкодження клітини може бути обумовлено як надлишком, і дефіцитом однієї й тієї чинника. Наприклад, надлишковий вміст кисню в тканинах активує процес перекисного окислення ліпідів (ПОЛ), продукти якого ушкоджують ферменти та мембрани клітин. З іншого боку, зниження вмісту кисню обумовлює порушення окисних процесів, зниження освіти АТФ і, як наслідок, розлад функцій клітини.

Пошкодження клітин нерідко обумовлюється факторами імунних та алергічних процесів. Вони можуть бути викликані, зокрема, схожістю антигенів, наприклад, мікробів та клітин організму.

Пошкодження може бути також результатом утворення антитіл або впливу Т-лімфоцитів, що діють проти незмінених клітин організму внаслідок мутації в геномі В або Т-лімфоцитів імунної системи.

Важливу роль у підтримці метаболічних процесів у клітині відіграють речовини, що надходять до неї із закінчень нейронів, зокрема нейромедіатори, трофогени, нейропептиди. Зменшення або припинення їх транспорту є причиною розладу обміну речовин у клітинах, порушення їх життєдіяльності та розвитку патологічних станів, які отримали назву нейродистрофій.

Крім зазначених факторів, ушкодження клітин нерідко буває обумовлено значно підвищеною функцією органів та тканин. Наприклад, при тривалому надмірному фізичному навантаженні можливий розвиток серцевої недостатності внаслідок порушення життєдіяльності кардіоміоцитів.

Ушкодження клітини може бути результатом дії як патогенних чинників, а й наслідком генетично запрограмованих процесів. Прикладом може бути загибель епідермісу, епітелію кишечника, еритроцитів та інших клітин у результаті їхнього старіння. До механізмів старіння та смерті клітини відносять поступову незворотну зміну структури мембран, ферментів, нуклеїнових кислот, виснаження субстратів метаболічних реакцій, зниження стійкості клітин до патогенних впливів.

За походженням всі причинні фактори пошкодження клітини ділять на: екзогенні та ендогенні; інфекційного та неінфекційного генезу.

Загальні механізми ушкодження клітин

Залежно від швидкості розвитку та вираженості основних проявів ушкодження клітини може бути гострим та хронічним. Залежно від ступеня порушення внутрішньоклітинного гомеостазу ушкодження буває оборотним та необоротним.

Виділяються два патогенетичні варіанти пошкодження клітин.

Насильницький варіант. Розвивається у разі дії на вихідно здорову клітину фізичних, хімічних та біологічних факторів, інтенсивність яких перевищує звичайні впливи, що обурюють, до яких клітина адаптована. Найбільш чутливі до цього варіанту пошкодження функціонально малоактивні клітини, що мають малу потужність власних гомеостатичних механізмів.

Цитопатичний варіант. Виникає внаслідок первинного порушення захисно-компенсаторних гомеостатичних механізмів клітини. У цьому випадку фактором, що запускає патогенетичні механізми пошкодження, є природні для цієї клітини стимули, що обурюють, які в цих умовах стають ушкоджуючими. До цитопатичного варіанта відносяться всі види ушкодження клітини внаслідок відсутності будь-яких необхідних їй компонентів (гіпоксичне, при голодуванні, гіповітаміноз, нейротрофічне, при антиоксидантній недостатності, при генетичних дефектах та ін.). До цитопатичного ушкодження найбільш чутливі ті клітини, інтенсивність збурень, отже, і функціональна активність яких у природних умовах дуже високі (нейрони, міокардіоцити).

На рівні клітини фактори, що пошкоджують, «включають» кілька патогенетичних ланок. До них відносять:

Розлад процесів енергетичного забезпечення клітин;

Пошкодження мембран та ферментних систем;

Дисбаланс іонів та рідини;

Порушення генетичної програми та/або її реалізації;

Розлад механізмів регуляції функції клітин.

Порушення енергетичного забезпеченняпроцесів, що протікають у клітинах, часто є ініціальним та провідним механізмом їх альтерації. Енергопостачання може засмучуватися на етапах синтезу АТФ, її доставки та використання.

Порушення процесів енергозабезпечення, у свою чергу, може стати одним з факторів розладів функції мембранного апарату клітин, їх ферментних систем (АТФази актоміозину, К + - Na + - залежної АТФази плазмолеми, Mg 2+ -залежної АТФази «кальцієвої помпи» саркоплазматичного) та ін), балансу іонів та рідини, зниження мембранного потенціалу, а також механізмів регуляції клітини.

Пошкодження мембран та ферментівграє істотну роль розладі життєдіяльності клітини, і навіть переході оборотних змін у ній незворотні. Це зумовлено тим, що основні властивості клітини значною мірою залежать від стану її мембран і пов'язаних з ними ензимів.

Одним із найважливіших механізмів ушкодження мембран та ферментів є інтенсифікація перекисного окислення їх компонентів. що утворюються в великих кількостяхрадикали кисню (супероксид і гідроксильний радикал) та ліпідів викликають: 1) зміна фізико-хімічних властивостей ліпідів мембран, що зумовлює порушення конформації їх ліпопротеїдних комплексів та у зв'язку з цим зниження активності білків та ферментних систем, що забезпечують рецепцію гуморальних впливів, трансм молекул, структурну цілісність мембран; 2) зміна фізико-хімічних властивостей білкових міцел, що виконують структурну та ферментну функції в клітині; 3) утворення структурних дефектів у мембрані – т.зв. найпростіших каналів (кластерів) внаслідок впровадження у яких продуктів ПОЛ. Зазначені процеси, у свою чергу, зумовлюють порушення важливих для життєдіяльності клітин процесів – збудливості, генерації та проведення нервового імпульсу, обміну речовин, сприйняття та реалізації регулюючих впливів, міжклітинної взаємодії та ін.

У нормі склад та стан мембран модифікується не тільки вільнорадикальними та ліпоперексидними процесами, але також мембранозв'язаними, вільними (солюбілізованими) та лізосомальними ферментами: ліпазами, фосфоліпазами, протеазами. Під впливом патогенних факторів їх активність або вміст у гіалоплазмі клітини може підвищитися (зокрема, внаслідок розвитку ацидозу, що сприяє збільшенню виходу ферментів із лізосом та їх подальшій активації, проникненню іонів кальцію в клітину). У зв'язку з цим інтенсивному гідролізу піддаються гліцерофосфоліпіди та білки мембран, а також ферменти клітин. Це супроводжується значним підвищенням проникності мембран та зниженням кінетичних властивостей ферментів.

Внаслідок дії гідролаз (головним чином ліпаз і фосфоліпаз) у клітині накопичуються вільні жирні кислоти та лізофосфоліпіди, зокрема, гліцерофосфоліпіди: фосфатидилхолін, фосфатидил-етаноламін, фосфатидилсерин. Вони отримали назву амфіфільних сполук у зв'язку зі здатністю проникати і фіксуватися в обох - як гідрофобної, так і в гідрофільних середовищах мембран клітин (амфі - означає "обидва", "два"). Накопичення у великій кількості амфіфілів у мембранах, що так само, як і надлишок гідроперекисів ліпідів, веде до формування кластерів та мікророзривів у них. Пошкодження мембран та ферментів клітин є однією з головних причин суттєвого розладу життєдіяльності клітин та нерідко призводить до їх загибелі.

Дисбаланс іонів та рідини в клітині.Як правило, порушення трансмембранного розподілу, а також внутрішньоклітинного вмісту та співвідношення різних іонів розвивається слідом за або одночасно з розладами енергетичного забезпечення та поєднується з ознаками пошкодження мембран та ферментів клітин. Внаслідок цього суттєво змінюється проникність мембран для багатьох іонів. Найбільшою мірою це стосується калію, натрію, кальцію, магнію, хлору, тобто іонів, які беруть участь у таких життєво важливих процесах, як збудження, його проведення, електромеханічне сполучення та ін.

Наслідком дисбалансу іонів є зміна мембранного потенціалу спокою та дії, а також порушення проведення імпульсу збудження. Ці зміни мають важливе значення, оскільки вони нерідко є однією з важливих ознак наявності та характеру пошкодження клітин. Прикладом можуть бути зміни електрокардіограми при пошкодженні клітин міокарда, електроенцефалограми при порушенні структури та функцій нейронів головного мозку.

Порушення внутрішньоклітинного вмісту іонів зумовлюють зміну об'єму клітин унаслідок дисбалансу рідини. Це може бути гіпергідратацією клітини. Так, наприклад, підвищення вмісту іонів натрію та кальцію у пошкоджених клітинах супроводжується збільшенням у них осмотичного тиску. Внаслідок цього в клітинах накопичується вода. Клітини при цьому набухають, їх об'єм збільшується, що супроводжується збільшенням розтягування, нерідко мікророзривами цитолеми і мембран органел. Навпаки, дегідратація клітин (наприклад, при деяких інфекційних захворюваннях, що обумовлюють втрату води) характеризується виходом з них рідини та розчинених у ній білків (у тому числі ферментів), а також інших органічних та неорганічних водорозчинних сполук. Внутрішньоклітинна дегідратація нерідко поєднується зі зморщуванням ядра, розпадом мітохондрій та інших органел.

Одним із суттєвих механізмів розладу життєдіяльності клітини є пошкодження генетичної програми та/або механізмів її реалізації.Основними процесами, що ведуть до зміни генетичної інформації клітини, є мутації, дерепресія патогенних генів (наприклад, онкогенів), пригнічення активності життєво важливих генів (наприклад, що регулюють синтез ферментів) або впровадження в геном фрагменту чужорідної ДНК (наприклад, ДНК онкогенного вірусу, аномальної ділянки ДНК іншої клітки). Крім змін у генетичній програмі, важливим механізмом розладу життєдіяльності клітин є порушення реалізації цієї програми, головним чином, у процесі клітинного поділупри мітозі або мейозі.

Важливим механізмом ушкодження клітин є розлад регуляції внутрішньоклітинних процесівЦе може бути результатом порушень, що розвиваються на одному або кількох рівнях регуляторних механізмів:

На рівні взаємодії біологічно активних речовин (гормонів, нейромедіаторів та ін) з рецепторами клітини;

На рівні клітинних т.зв. «других посередників» (месенджерів) нервових впливів: циклічних нуклеотидів-аденозинмонофосфату (цАМФ) та гуанозинмонофосфату (цГМФ), що утворюються у відповідь на дію «перших посередників» - гормонів та нейромедіаторів. Прикладом може бути порушення формування мембранного потенціалу в кардіоміоцитах при накопиченні в них цАМФ, що є, зокрема, однією з можливих причинрозвитку серцевих аритмій;

На рівні метаболічних реакцій, що регулюються циклічними нуклеотидами або іншими внутрішньоклітинними факторами. Так, порушення процесу активації клітинних ферментів може суттєво змінити інтенсивність метаболічних реакцій та, як наслідок, призвести до розладу життєдіяльності клітини.

Розглянувши патохімічні аспекти ушкодження клітини, слід пам'ятати, що проблема клітинного ушкодження має й інший, дуже важливий бік - інформаційний аспект проблеми ушкодження клітини. Зв'язок між клітинами, ті сигнали, якими обмінюються теж можуть бути джерелами хвороби.

Найчастіше клітини в організмі керуються хімічними регуляторними сигналами, саме гормонами, медіаторами, антитілами, субстратами, іонами. Недолік або відсутність того чи іншого сигналу, як і надлишок, може перешкодити включенню тих чи інших адаптивних програм або сприяти надмірно інтенсивному, а можливо, ненормально тривалому їх функціонуванню, що призводить до певних патологічних наслідків. Особливий випадок є досить поширеною ситуацією, коли клітина помилково приймає один сигнал за іншою - так звана мімікрія біорегуляторів, що призводить до серйозних регуляторних розладів. Прикладами хвороб, викликаних патологією сигналізації, можуть бути: паркінсонізм, квашіоркор, інсулінозалежний цукровий діабет (патологія, обумовлена ​​дефіцитом сигналу), хвороба фон Базедова, синдром Іценко-Кушинга, ожиріння (патологія, обумовлена ​​надлишком сигналу). Особливо яскраво видно патогенність надлишку субстратів з прикладу ожиріння.

У ряді випадків, навіть за адекватної сигналізації, клітина неспроможна відповісти належним чином, якщо вона «сліпа і глуха» стосовно даного сигналу. Саме така ситуація створюється за відсутності чи дефіциту рецепторів, що відповідають будь-якому біорегулятору. Зокрема, прикладом такої патології може бути сімейна спадкова гіперхолестеринемія, патогенез якої пов'язаний з дефектом білка-рецептора, відповідального за розпізнавання клітинами судинної стінки та деяких інших тканин та органів білкового компонента ліпопротеїнів низької та дуже низької щільності – апопротеїну В, а також інсулінрезистивної форми цукрового діабету.

Однак, навіть при адекватній сигналізації та правильному розпізнаванні сигналів клітинними рецепторами, клітини не можуть підключити належні адаптаційні програми, якщо відсутня передача інформації від рецепторів поверхневої мембрани всередину клітини. за сучасним уявленняммеханізми, що опосередковують внутрішньоклітинну передачу сигналу геном клітини, різноманітні. Особливе значення мають шляхи пострецепторної передачі сигналів у клітині через систему G-білків (гуанозинтрифосфатзв'язуючих білків). Ці білки - передавачі займають ключове положення в обміні інформацією між поверхнево розташованими на клітинних мембранах рецепторами і внутрішньоклітинним регуляторним апаратом, тому що вони здатні інтегрувати сигнали, що сприймаються декількома різними рецепторами, і у відповідь на певний рецепторно-опосередкований сигнал можуть включати безліч різних ефектів. вводячи в дію мережу різних внутрішньоклітинних модуляторів, посередників, таких як цАМФ та цГМФ.

Неадекватне використання клітиною своїх адаптаційних можливостей при низці спадкових та набутих хвороб може бути результатом збоїв у роботі не лише пострецепторних інформаційних механізмів, а й дефектом генетичних програм та/або механізмів їх реалізації (внаслідок пошкодження мутаціями ДНК, виникнення хромосомних аномалій). Через це вони або не реалізуються або дають неадекватний або невідповідний ситуації результат.

Основні прояви ушкоджень клітини

Дистрофії. Під дистрофіями (dys - порушення, розлад, trophe - харчування) розуміють порушення обміну речовин у клітинах і тканинах, що супроводжуються розладами їх функцій, пластичних проявів, а також структурними змінами, що ведуть до їх життєдіяльності.

Основними механізмами дистрофій є:

Синтез аномальних речовин у клітині, наприклад, білково-полісахаридного комплексу амілоїду;

Надмірна трансформація одних сполук в інші, наприклад, жирів та вуглеводів у білки, вуглеводів у жири;

Декомпозиція (фанероз), 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 відносять білкові (диспротеїнози), жирові (ліпідози), вуглеводні і мінеральні.

Дисплазії(dys - порушення, розлад, plaseo- утворюю) являють собою порушення процесу розвитку клітин, що проявляється стійкою зміною їх структури та функції, що веде до розладу їх життєдіяльності.

Причиною дисплазії є ушкодження геному клітини. Саме це обумовлює стійкі і, як правило, успадковані від клітини до клітини зміни, на відміну від дистрофій, які нерідко мають тимчасовий, оборотний характер і можуть усунутись при припиненні дії причинного фактора.

Основним механізмом дисплазії є розлад процесу диференціювання, який полягає у формуванні структурної та функціональної спеціалізації клітини. Структурними ознаками дисплазії є зміни величини та форми клітин, їх ядер та інших органел, числа та будови хромосом. Як правило, клітини збільшені у розмірах, мають неправильну, химерну форму («клітини-монстри»), співвідношення різних органел у них диспропорційне. Нерідко у таких клітинах виявляються різні включення, ознаки дистрофічних процесів. Як приклади дисплазії клітин можна назвати утворення мегалобластів у кістковому мозку при перніціозній анемії, серповидних еритроцитів при патології гемоглобіну, багатоядерних гігантських клітин з химерним розташуванням хроматину при нейрофіброматозі Реклінгхаузена. Клітинні дисплазії є одним із проявів атипізму пухлинних клітин.

Зміна структури та функцій клітинних органел при пошкодженні клітини. Пошкодження клітини характеризується більшим чи меншим порушенням структури та функції всіх її компонентів. Однак при дії різних патогенних факторів можуть переважати ознаки ушкодження тих чи інших органел.

При дії патогенних факторів відзначається зменшення числа мітохондрій стосовно загальної маси клітини. Стереотипними для дії більшості факторів, що ушкоджують, змінами окремих мітохондрій є зменшення або збільшення їх розмірів і форми. Багато патогенних впливів на клітину (гіпоксія, ендо- та екзогенні токсичні агенти, у тому числі лікарські препарати при їх передозуванні, іонізуюча радіація, зміна осмотичного тиску) супроводжуються набуханням та вакуолізацією мітохондрій, що може призвести до розриву їх мембрани, фрагментації та гомоген. Порушення структури мітохондрій призводить до суттєвого придушення процесу дихання в них та утворення АТФ, а також до дисбалансу іонів усередині клітини.

При патогенних впливах вивільнення та активація ферментів лізосом може призвести до «самопереварювання» (аутолізу) клітини.

При дії факторів, що пошкоджують, спостерігається руйнування угруповань субодиниць рибосом (полісом), зменшення числа рибосом, відрив органел від внутрішньоклітинних мембран. Ці зміни супроводжуються зниженням інтенсивності процесу синтезу білка у клітині.

Пошкодження ендоплазматичної мережі та апарату Гольджі супроводжується розширенням канальців мережі, аж до утворення великих вакуолей та цистерн внаслідок накопичення в них рідини. Має місце осередкова деструкція мембран канальців мережі, їх фрагментація.

Ушкодження ядра поєднується зі зміною його форми, конденсацією хроматину по периферії ядра (маргінація хроматину), порушенням двоконтурності або розрив ядерної оболонки.

Дія на клітину пошкоджуючих факторів може обумовлювати зменшення або збільшення вмісту в цитоплазмі рідини, протеоліз або коагуляцію білка, утворення «включень», які не трапляються в нормі. Зміна стану 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 та інших впливів на клітину.

Некроз та аутоліз. Некроз (гр. necros – мертвий) – загибель клітин та тканин, що супроводжується незворотним припиненням їх життєдіяльності. Некроз нерідко є завершальним етапом дистрофій, дисплазій, а також наслідком прямої дії факторів, що пошкоджують значної сили. Зміни, що передують некрозу, називають некробіоз або патобіоз. За І.В. Давидовський некробіоз - це процес відмирання клітин. Прикладами патобіозу можуть бути процеси омертвіння тканин при нейротрофічних розладах внаслідок денервації тканин, внаслідок тривалої венозної гіперемії або ішемії. Некробиотические процеси протікають й у нормі, будучи завершальним етапом життєвого циклу багатьох клітин. Більшість загиблих клітин зазнають аутолізу, тобто. саморуйнування структур. Основним механізмом аутолізу є гідроліз компонентів клітин та міжклітинної речовини під впливом ферментів лізосом. Цьому сприяє розвиток ацидозу у пошкоджених клітинах.

У процесі лізису пошкоджених клітинможуть брати участь інші клітини - фагоцити, і навіть мікроорганізми. На відміну від аутолітичного механізму, останній називають гетеролітичним. Таким чином, лізис некротизованих клітин (некроліз) може забезпечуватися ауто- і гетеролітичними процесами, в яких беруть участь ферменти та інші фактори як загиблих, так і живих клітин, що контактують з ними.

Специфічні та неспецифічні зміни при пошкодженні клітин. Будь-яке пошкодження клітини викликає у ній комплекс специфічних та неспецифічних змін.

Під специфічнимирозуміють зміни властивостей клітин, характерні для даного фактора при дії його на різні клітини, або властиві лише даному виду клітин при впливі на них агентів, що пошкоджують різного характеру. Так, дія будь-яку клітину механічних чинників супроводжується порушенням цілісності її мембран. Під впливом роз'єднувачів процесу окислення та фосфорилювання знижується або блокується сполучення цих процесів. Висока концентрація в крові одного з гормонів кори надниркових залоз - альдостерону обумовлює накопичення в різних клітинах надлишку іонів натрію. З іншого боку, дія агентів, що пошкоджують, на певні види клітин викликає специфічні для них зміни. Наприклад, вплив різних патогенних факторів на м'язові клітини супроводжується розвитком контрактури міофібрил, на нейрони – формуванням так званого потенціалу ушкодження, на еритроцити – гемолізом та виходом з них гемоглобіну.

Пошкодження завжди супроводжується комплексом та неспецифічних, стереотипних змін у клітинах Вони спостерігаються у різних видах клітин при дії ними різноманітних агентів. До часто зустрічаються неспецифічних проявів альтерацій клітин відносяться ацидоз, надмірна активація вільно-радикальних і перекисних реакцій, денатурація молекул білка, підвищення проникності клітинних мембран, підвищення сорбційних властивостей клітин.

Виявлення комплексу специфічних та неспецифічних змін у клітинах органів та тканин дає можливість судити про характер та силу дії патогенного фактора, про ступінь ушкодження, а також про ефективність застосовуваних з метою лікування медикаментозних та немедикаментозних засобів.

Механізми компенсації при пошкодженні

Дія на клітину патогенних факторів та розвиток ушкодження супроводжується активацією або включенням реакцій, спрямованих на усунення або зменшення ступеня ушкодження та його наслідків. Комплекс цих реакцій забезпечує пристосування клітини до умов її життєдіяльності, що змінилися. До основних пристосувальних механізмів відносять реакції компенсації, відновлення і заміщення втрачених або пошкоджених структур і порушених функцій, захисту клітин від дії патогенних агентів, а також регуляторне зниження їх функціональної активності. Весь комплекс таких реакцій умовно можна поділити на дві групи: внутрішньоклітинні та позаклітинні (міжклітинні).

До основних внутрішньоклітинних механізмів компенсації при пошкодженні можна віднести такі.

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 утилізація енергії АТФ (аденіннуклеотидтрансферази, креатинфосфокінази, АТФ-аз), а також зниження функціональної активності клітини. Останнє сприяє зменшенню витрати АТФ.

Захист мембран та ферментів клітин. Одним із механізмів захисту мембран і ферментів клітин є обмеження вільно-радикальних реакцій та процесів перекисного окислення ліпідів ферментами антиоксидантного захисту (супероксиддисмутазою, каталазою, глютатіонпероксидазою). Іншим механізмом захисту мембран та ензимів від шкідливої ​​дії, зокрема, ферментів лізосом, може бути активація буферних систем клітини. Це зумовлює зменшення ступеня внутрішньоклітинного ацидозу і, як наслідок, надмірної гідролітичної активності лізосомальних ензимів. 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.

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+ та Са++. Зниження ступеня дисбалансу іонів у свою чергу може супроводжуватися нормалізацією вмісту внутрішньоклітинної рідини.

Усунення порушень у генетичній програмі клітин. Ушкодження 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.

Компенсація розладів внутрішньоклітинних метаболічних процесів, спричинених порушенням регуляторних функцій клітин. Сюди відносять: зміна числа рецепторів гормонів, нейромедіаторів та інших фізіологічно активних речовин на поверхні клітини, а також чутливість 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.

Надлишок 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 регулювання інтенсивності обміну речовин кількістю продукту ферментної реакції (принцип позитивного або негативного зворотного зв'язку).

Зниження функціональної активності клітин. В результаті зниження функціональної активності клітин забезпечується зменшення витрати енергії та субстратів, необхідних для здійснення пластичних процесів. В результаті цього ступінь і масштаб пошкодження клітин при дії патогенного фактора суттєво знижуються, а після припинення його дії відзначається інтенсивніше та повніше відновлення клітинних структур та їх функції. 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 пригнічення метаболічних реакцій.

Пристосування клітин в умовах ушкодження відбувається не тільки на метаболічному та функціональному рівнях. Тривале повторне чи значне ушкодження обумовлює суттєві структурні перебудови у клітині, мають пристосувальне значення. Вони досягаються за рахунок процесів регенерації, гіпертрофії, гіперплазії, гіпотрофії (див. розділ "Структурні основи компенсації").

Регенерація(regeneratio - відродження; відновлення) означає відшкодування клітин та/або її окремих структурних елементів замість загиблих, пошкоджених або тих, що закінчили свій життєвий цикл. Регенерація структур супроводжується відновленням функцій. Виділяють так звану клітинну та внутрішньоклітинну форми регенерації. Перша характеризується розмноженням клітин шляхом мітозу або амітозу. Внутрішньоклітинна регенерація проявляється відновленням органел - мітохондрій, ядра, ендоплазматичної мережі та інших замість
пошкоджених чи загиблих.

Гіпертрофія(hyper - надмірно, збільшення; trophe - живлю) є збільшенням обсягу і маси структурних елементів, зокрема, клітин. Гіпертрофія неушкоджених органел клітини компенсує порушення чи недостатність функцій пошкоджених елементів.

Гіперплазія(hyper - надмірно; plaseo - утворю) характеризується збільшенням числа структурних елементів, зокрема, органел у клітині. Нерідко в одній і тій же клітині спостерігаються ознаки гіперплазії і гіпертрофії. Обидва процеси забезпечують як компенсацію структурного дефекту, а й можливість підвищеного функціонування клітини.

Міжклітинні (позаклітинні) механізми взаємодії та пристосування клітин при їх пошкодженні.У межах тканин та органів клітини не роз'єднані. Вони взаємодіють між собою шляхом обміну метаболітами, фізіологічно активними речовинами, іонами. У свою чергу взаємодія клітин тканин та органів в організмі в цілому забезпечується функціонуванням систем лімфо- та кровообігу, ендокринними, нервовими та імунними впливами.

Характерною рисоюміжклітинних (позаклітинних) механізмів адаптації є те, що вони реалізуються, в основному, за участю клітин, які не піддавалися безпосередньої дії патогенного фактора (наприклад, гіперфункція кардіоміоцитів за межами зони некрозу при інфаркті міокарда).

За рівнем та масштабом такі реакції при пошкодженні клітин можна розділити на органно-тканинні, внутрішньосистемні, міжсистемні. Прикладом пристосувальної реакції органно-тканинного рівня може бути активація функції неушкоджених клітин печінки або нирки при пошкодженні клітин частини органу. Це знижує навантаження на клітини, що зазнали патогенного впливу, та сприяє зменшенню ступеня їх ушкодження. До внутрішньосистемних реакцій відноситься звуження артеріол при зниженні роботи серця (наприклад, при інфаркті міокарда), що забезпечує і запобігає (або зменшує ступінь) пошкодження їх клітин.

Залучення до пристосувальних реакцій кількох фізіологічних систем спостерігається, наприклад, при загальній гіпоксії. При цьому активується робота систем дихання, кровообігу, крові та тканинного метаболізму, що знижує нестачу кисню та субстратів метаболізму в тканинах, підвищує їх утилізацію та зменшує завдяки цьому ступінь пошкодження їх клітин (див. розділ «Гіпоксія»).

Активація внутрішньоклітинних та міжклітинних механізмів пристосування при пошкодженні, як правило, запобігає загибелі клітин, забезпечує виконання ними функцій та сприяє ліквідації наслідків дії патогенного фактора. У цьому випадку говорять про оборотні зміни в клітинах. Якщо сила патогенного агента велика та/або захисно-пристосувальні недостатні, розвивається незворотне пошкодження клітин, і вони гинуть.

Актуальність теми

Завдяки роботам Рудольфа Вірхова, великого німецького вченого, одного з основоположників сучасної патологічної анатоміїВ даний час не залишилося хвороб, знання про які не базувалися б на морфологічному вивченні клітин - структурних одиниць живих організмів. Однак побачити нормальну структуру клітини у всіх її модифікаціях вдалося тільки в другій половині цього століття завдяки застосуванню ультраструктурного методу вивчення клітин з використанням трансмісійної (просвічує) і скануючої електронної мікроскопії, кріосколювання, електронної гісто- та імуногістохімії, електронної ауторадіографії.

При вивченні курсу загальної гістології Вами отримано необхідні відомості про нормальні ультраструктури та їх функціональну роль у життєдіяльності еукаріотичної тваринної клітини(Надалі просто «клітини»).

Нагадаю, що клітина – це високоорганізована, саморегулююча структурно-функціональна одиниця живого організму, здатна до активного обміну з навколишнім середовищем.

Рис.1. Схема будови клітини

У клітині людини та тварин виділяють такі ультраструктури:
ядро (оболонка з ядерними порами, каріоплазма, ядерця та перинуклеарний простір);
цитоплазма: гіалоплазма з різними органелами та включеннями:

Органели мембранного походження:
цитоплазматична мембрана (включаючи десмосоми);
мітохондрії: (зовнішня оболонка, кристи, матрикс);
апарат Гольджі;
ендоплазматичний ретикулум:
гладкий;
гранулярний (шорсткий);
лізосоми: первинні, вторинні: цитолизосоми та фаголізосоми; залишкові тільця або телолізосоми.
Органели немембранного походження:
вільні рибосоми та полісоми;
центросома (центріоль);
мікротрубочки або макрофіламенти;
спеціалізовані структури або мікрофіламенти (нейрофібрили, міофібрили – гладкі та поперечні, тонофібрили, фібрили проміжних типів, мікроворсинки, вії, джгутики).
Включення: трофічні, секреторні вакуолі, пінозитозні бульбашки.

Здаються у світловому та електронному мікроскопі незмінними внутрішньоклітинні структури, за життя є статичними. У процесі життєдіяльності клітини відбувається постійне їхнє оновлення. Однак ці зміни не завжди доступні для розпізнавання в електронному мікроскопі та визначити їх можна лише на молекулярному рівні за допомогою спеціальних методик молекулярної морфології.

Пошкодження окремих ультраструктур і навіть загибель окремих клітин, з яких побудовано різні тканини та органи людини, може бути проявом. фізіологічної норми». Це постійний, «запрограмований» процес загибелі клітин в організмі, що позначається апоптозом, має дуже важливе значення не тільки для нормального існування організму, але й відіграє одну з ключових ролей за багатьох загальнопатологічних процесів.

Вплив тих чи інших внутрішніх та/або зовнішніх факторівпризводить на початковому етапі до пошкодження елементарних структур клітини та порушення їх функцій, надалі можливий розвиток як патології окремої клітини, так і клітинних кооперацій. Патологія клітини, або целюлярна патологія - це структурна основа всієї патології людини.

Численними дослідженнями доведено, що будь-який патологічний процес, яким би ступенем функціональних порушень не виявлявся, починається лише на рівні ультраструктур, тобто субклітинному рівні. Не існує жодного ушкоджуючого фактора, який не призводив би до структурних змін. Ряд захворювань може бути і був вперше діагностований лише на ультраструктурному рівні. Важливо відзначити, що ранні, початкові стадіїпатологічного процесу, що виявляються лише на рівні ультраструктур клітин, як правило, оборотні або можуть бути компенсовані.

Знання клітинної патології допомагає фахівцю будь-якого медичного профілю розуміти морфологічну сутність того чи іншого патологічного процесу, що відбувається в тканинах та органах, розширюючи уявлення про причини та механізми виникнення хвороби, особливості її перебігу, дозволяє визначити та намітити раціональні та ефективні шляхи їх лікування та профілактики. Все вищеперелічене визначає важливість та актуальність теми.

Мета навчання – вміти розпізнавати кількісні та якісні морфологічні зміни ультраструктур клітини, зумовлені впливом різних патогенних факторів та інтерпретувати функціональне значення цих змін.

Для цього необхідно вміти:
ідентифікувати на електронних мікрофотографіях відмітні морфологічні ознаки органел клітини в умовах патології;
визначати характер і ступінь структурних відхилень органел, що вивчаються, від еталонів, прийнятих як «нормальні» морфологічні константи;
визначати оборотність та незворотність виявлених структурних змін органел;
розпізнавати стереотипні та специфічні зміни ультраструктур клітини у відповідь на вплив хвороботворного фактора;
інтерпретувати морфологічні зміни ультраструктур та визначити їх функціональне значення у розвитку спільних реакційклітини при різних загальнопатологічних процесах, таких як, наприклад, порушення метаболізму клітини, смерть клітини (апоптоз і некроз), гіпертрофія та атрофія клітини, клітинна дисплазія та метаплазія, пухлинна трансформація та ін.

Нормальне функціонування клітини залежить від:
Стан навколишньої клітини середовища (гомеостазу);
Своєчасності та достатності надходження до клітини поживних речовин (кисню, глюкози, амінокислот);
Рівень вмісту продуктів метаболізму, особливо CO2.

Оскільки в більшості випадків вплив будь-якого патогенного (хвороботворного) фактора супроводжується зміною гомеостазу, то рецепція патогенної інформації буде здійснена через її клітину клітинну мембрану.
Плазматична мембрана обмежує порожнину, всередині якої містяться клітинні компоненти. Деякі органели, такі як комплекс Гольджі, безпосередньо пов'язані з поверхнею мембрани; інші, наприклад, ендоплазматичний ретикулум (шорсткий і гладкий) безпосередньо з плазматичною мембраною не контактують.

Плазматична мембрана побудована одночасно і як бар'єр і як прохід для всіх субстанцій, які проникають у клітину або залишають її. Вона підтримує внутрішній хімічний склад клітини за допомогою вибіркової проникності та транспортування. Процес мембранного транспорту передбачає перенесення іонів та інших субстратів проти концентрації градієнта. Транспорт може бути активним, тоді він вимагає АТФ і рухливості транспортних білків в мембрані, або пасивним, за допомогою різних дифузійних та обмінних процесів. Вода та іони перетинають її шляхом простої дифузії. Такі молекули, як глюкоза, потребують засобів транспортування.

Нормальна проникність цитомембрани – головна умова у гомеостазі клітини.

Тому вивчення ультраструктурної патології клітини ми розпочнемо з вивчення структурних змін, що спостерігаються у клітинній мембрані.

ЦИТОПЛАЗМАТИЧНА МЕМБРАНА

Межі клітинної мембрани схематично зазвичай зображують як тонкої лінії. У трансмісійному електронному мікроскопі вона представляється тришаровою структурою, що складається з двох щільних листків, кожен завтовшки від 2 до 3 нм, розділених менш щільним інтермедіарним шаром, товщиною від 4 до 5 нм. Загальна товщина мембрани становить від 75 до 10 нм. Зовнішня поверхня її представлена ​​товстим шаром мукополісахаридів (глікокалікс). Внутрішня поверхня пов'язана з елементами цитоскелету клітини та сформована лабільними білками, які забезпечують цілісність мікрофіламентів та мікротрубочок. На поверхні мембрани деяких клітин є мікроворсини, які по осі заповнені молекулами актину, а також десмосоми (клітинні сполуки), які містять мікрофіламенти, утворені кератином.

Davson і Danielli у 1935 році запропонували модель клітинної мембрани. Головна особливість моделі – характер розташування молекул ліпідів. Мембрана складається з двох рядів молекул фосфоліпідів, розташованих більш менш перпендикулярно до поверхні мембрани, так що їх неполярні (гідрофобні) кінці стикаються один з одним, а полярні (гідрофільні) звернені до водних розчинів по ту або іншу сторону мембрани (рис. 2)

Рис.2 Схема будови клітинної мембрани

Нормальна проникність цитомембрани – головна умова у гомеостазі клітини. Цитомембрана побудована одночасно і як бар'єр, і як прохід для всіх субстанцій, які проникають у клітину або залишають її. Вона підтримує внутрішній хімічний склад клітини за допомогою вибіркової проникності та транспортування. Процес мембранного транспорту передбачає перенесення іонів та інших субстратів проти концентрації градієнта. Транспорт може бути активним, тоді він вимагає АТФ і рухливості транспортних білків в мембрані, або пасивним, за допомогою різних дифузійних та обмінних процесів. Вода та іони перетинають її шляхом простої дифузії. Такі молекули, як глюкоза, потребують засобів транспортування.

У цитомембрані розташовуються рецептори гормонів, таких як інсулін або адреналін, та інших біологічно активних речовин, що впливають на функцію та реактивність клітин, локалізуються різні протеїни, молекули мукополісахаридів та специфічні білки (наприклад, антигенні детермінанти гістосумісності), які визначають властивості.

Цитомембрана грає головну роль міжклітинних комунікаціях як шляхом утворення спеціалізованих міжклітинних контактів, і шляхом передачі сигналів.

Нарешті, вона відіграє критичну роль у зростанні та проліферації клітин. Припускають, що патологічні модифікації цитомембрані відповідальні за пухлинну трансформацію клітин.

ПОРУШЕННЯ СТРУКТУРИ І ФУНКЦІЇ МЕМБРАНИ КЛІТИНИ

Причини ушкодження цитоплазматичної мембрани:
Утворення вільних радикалів (дуже нестабільних частинок з непарним числом електронів на зовнішній орбіті), що містять активований кисень, з подальшою реакцією між ними та ліпідами мембрани клітини (перекисне окислення ліпідів) (табл. 1), в результаті чого звільняється надлишкова ен.
Активація системи комплементу. Комплемент – це система плазматичних білків (C1-C9), які існують у неактивній формі та становлять приблизно 10% глобулінів крові (див. імунітет). При активації його кінцеві продукти, ймовірно, комплекси C5b, C6, C7, C8 і C9 проявляють фосфоліпазну активність, тобто можуть ферментативно пошкоджувати цитомембрану. Це явище (фіксація комплементу та його активація) – важливий компонентімунної відповіді, за якої знищуються клітини, розпізнані як «чужі».
Ліза ферментами. Наприклад, панкреатичні ліпази (надлишком виділяються при гострому панкреатиті) і ферменти, що виробляються Clostridium perfringens (один із збудників газової гангрени) викликають великий некроз цитомембран.
Ліза вірусами здійснюється як шляхом прямої вставки цитопатичних вірусів у мембрану клітини, так і побічно, через імунну відповідь на вірусні антигени, розташовані на поверхні інфікованих клітин.
Дія фізичних та хімічних факторів (висока та низька температура, хімічні речовинита ін.)

Утворення вільних радикалів Іонізуюче випромінювання Хімічні окислювачі Канцерогени Оксигенотерапія Гостре запалення(гранулоцити) Ксантиноксидаза Хімічні отрути (наприклад, чотирихлористий вуглець)	Вільні радикали Супероксид (Про 2) Гідроксил (ВІН) Пергідроксил (ВІН 2) Перекис водню (Н 2 Про 2) CCl 3 радикал	Дія вільних радикалів Перекисне окислення ліпідів клітинної поверхні та мітохондріальної мембрани Інактивація тіолових ферментів Розрив ниток ДНК
	Клітинні антиоксидантні системи
	Глутатіонпероксидаза Каталаза Пероксиддисмутаза Вітамін Е (альфа-токоферол) Вітамін С

У лівій колонці представлені фактори, при дії яких виникають вільні радикали, представлені в середній колонці вгорі. Механізми ушкодження перераховані у правій колонці. Нормальна клітина має кілька антиоксидантних механізмів, що інактивують вільні радикали, які представлені в середній колонці внизу.

Результати пошкодження цитоплазматичної мембрани:
Втрата структурної цілісності, до некрозу. Обмежене (локальне) ушкодження може бути відновлено, проте з певною втратою мембрани. В еритроцитах цей процес веде до формування мікросфероцитів.
Порушення «бар'єрної» функції, що може призвести до надлишкового надходження води до клітини – вакуольної чи гідропічної дистрофії.

Види ушкоджень цитоплазматичної мембрани

Патологія мембран клітини може супроводжуватися змінами проникності мембран, порушеннями мембранного транспорту, комунікації клітин та їх «впізнавання», змінами рухливості мембран та форми клітин, порушеннями синтезу та обміну мембран.

Ушкодження форми мембран. Морфологічно проявляється у вигляді деформації чи атрофії спеціалізованих структур, появою щілин чи розривів. Наприклад, атрофія мікровілей ентероцитів при захворюваннях тонкої кишки з розвитком синдрому мальабсорбції або деформація ніжок підоцитів епітелію внутрішнього листка капсули Боумена ниркового клубочка при деяких нефропатіях.

Зміни проникності мембран. Важлива роль у здійсненні проникності мембран належить глікокаліксу та взаємодії мембранних білків з цитоскелетом, а також гормонам, що взаємодіють з мембранними рецепторами. Зміни проникності можуть бути важкими (необоротними) або поверхневими. Найбільш вивченою моделлю зміни мембранної проникності є ушкодження важкими металами (ртуть, уран). Тяжкі метали різко збільшують проникність мембрани для натрію, калію, хлору, кальцію та магнію, що призводить до швидкого набухання клітин, розпаду їх цитоскелета. Збільшення поверхні клітинної мембрани за рахунок мембран мікропіноцитозних бульбашок є ознакою різкого набухання клітини та її загибелі. Збільшення обсягу клітини з допомогою надходження великої кількостіводи у зв'язку з аномалією осмотичного тиску супроводжується появою щілин і навіть розривів у мембрані. Якщо розриви не збільшуються, то щілини закриваються та зникають. Потовщення клітинної мембрани може бути пов'язане із зменшенням кількості іонів кальцію у позаклітинній рідині. При цьому змінюється проникність мембрани для іонів натрію та калію та в клітині накопичується рідина.

Зміни комунікації клітин та їх «впізнавання». Комунікабельність клітин та розпізнавання «своїх» та «чужих» – необхідна властивість клітинного кооперування. Клітинні «спілкування» та «впізнавання» насамперед базуються на відмінностях у структурі зовнішніх поверхонь плазматичних мембран. Особливу роль цих процесах грає глікокалікс мембрани з поверхневими антигенами – маркерами певного типу клітин. Поверхневі антигени можуть бути змінені. Зміни клітинного «спілкування» та «впізнавання» зустрічаються при різних патологічних процесах (запалення, регенерація, зростання пухлини). Показано, що при зникненні характерних для даного типуклітин антигенів можуть з'являтися «ембріональні» та аномальні (наприклад, карциноембріональний) антигени. Зміни глікопротеїдів (глікоколіксу) мембрани роблять її доступнішою дії антитіл. Цитоплазматична мембрана бере участь у імунних процесах. На її поверхні можуть фіксуватися антитіла і тут же може виявлятися антиген-антильний конфлікт. Наявність комплексів антиген-антитіло може бути виявлено за допомогою люмінесцентної мікроскопії або в електронному мікроскопі, що сканує.

Надмірне збільшення нормальних структур. Дія на мембрану клітини агресивного фактора викликає у відповідь (реактивні) морфологічні зміни у вигляді збільшення кількості, протяжності та площі мембранних структур. Захоплення клітиною різних чужорідних субстанцій (рідких та щільних) може здійснюватися за допомогою двох механізмів: піноцитоз та фагоцитоз.

Піноцитоз (рinein – пити) – інвагінація (вп'ячування) зовнішньої клітинної мембрани із захопленням чужорідної рідкої субстанції, наступним змиканням мембрани, відшнурівкою її та утворенням піноцитозної бульбашки. Цей процес спостерігається у більшості клітин. Нерідко піноцитозні бульбашки відіграють роль транспортного засобу для рідин, які таким чином перетинають іноді всю клітину (наприклад, в ендотелії).

Фагоцитоз (phagein - поїдати) є процес захоплення клітиною ззовні і втягування в себе будь-якої щільної частинки шляхом евагінації (випинання) клітинної мембрани і формування фагоцитозного бульбашки.

Доля фаго- та піноцитозних бульбашок у більшості випадків однакова: зливаючись у цитоплазмі клітини з первинними лізосомами, вони формують мультивезикулярні тільця (при піноцитозі) або фагосоми (при фагоцитозі). І ті, й інші називають вторинними лізосомами. У вторинних лізосомах здійснюється процес перетравлення захоплених частинок з утворенням залишкових тілець, які потім виштовхуються з клітини назовні шляхом екзоцитозу (луна поза). Ампутацію відростків цитоплазми та вивільнення пошкоджених фрагментів внутрішньоклітинних структур прийнято називати клазматозом (clastein – ушкоджувати).

Поява спеціальних патологічних структур. Клітинна відповідь на аноксию, антиген-антильний конфлікт або на інгібітори метаболізму проявляється своєрідною зміною клітинної мембрани у вигляді формування мієліноподібних або псевдомієлінових структур. Вони з'являються в результаті перекисного окислення ліпідів мембран і формуються з фосфоліпідів, що вивільняються шляхом скручування подовжених цитоплазматичних відростків або мікротрубочок. Не слід плутати псевдомієлінові фігури та специфічні мієлінові фігури, пов'язані з мієліном. Останні вакуолізуються та фрагментуються у випадках демієлінізації або ушкодження нейронів.

Альтерація клітинних сполук. У мембрані клітини є різні типи контактів, які можна порівняти з електричними сполуками. Вони можуть бути представлені комплексами сильних (інтермедіарних) або слабких (десмосоми, з'єднання, що інтердигують) міжклітинних контактів.

Патологія міжклітинних контактів може виявлятися у тому збереженні у випадках, що вони мали зникнути у процесі дозрівання клітини: наприклад, в епідермісі при паракератозе (затримці дозрівання і лущення клітин). В інших випадках спостерігається розпад клітинних сполук, які повинні існувати в нормі. У цьому клітини втрачають зв'язок друг з одним. Цей стан може бути спричинений зменшенням кількості іонів кальцію у позаклітинній рідині або впливом на клітинну мембрану фосфоліпаз. Розділені клітини мають потовщену плазматичну мембрану. Альтерація клітинних контактів закономірно спостерігається в процесі канцерогенезу, лежить в основі порушення контактного гальмування проліферації пухлинних клітин, сприяє пухлинній інфільтрації та метастазування.

ЦИТОПЛАЗМА

Цитоплазма у світловому мікроскопі при фарбуванні гематоксиліном та еозином ацидофільна, виглядає оптично однорідною або дрібногранульованою. В електронному мікроскопі визначаються численні структури (органели), необхідні метаболізму клітини. У частині клітин за умов патології містяться освіти, які беруть участь у метаболічних процесах і є структурно однорідними з цитоплазмою – це включення (жир, глікоген, пігменти та інших.)

МИТОХОНДРІЇ

Мітохондрії – це структури, обмежені двома мембранами – зовнішньою та внутрішньою, що мають форму циліндра діаметром 0,5-1 нм та довжиною 2-5 нм. Число, форма та величина мітохондрій широко варіюють у різних клітинах.

Мітохондрії – це індикатори функціонального стану клітин, найбільш чутливі до агресії. Відомо, що однією з перших ознак аутолізу (загибелі) клітини є вакуолізація мітохондрій. Хоча мітохондрії і відносяться до стабільних структур, у клітинах відбувається їх постійне оновлення. Деструкція (руйнування) надлишкового числа мітохондрій здійснюється за допомогою процесів аутофагії вакуолями, які відіграють роль вторинних лізосом.

Мітохондрії - це "енергетичні станції", які безпосередньо беруть участь в обміні через цикл Кребса та системи транспорту електронів дихального ланцюга. Вироблена ними енергія конвертується і накопичується всередині молекул АТФ у вигляді багатих на енергію фосфатних сполук (макроергічних зв'язків). АТФ виробляється фосфорилюванням АДФ; ця реакція пов'язана з окисленням відновлених речовин у дихальному ланцюзі ферментів. Для цього потрібний кисень.

ПОШКОДЖЕННЯ МІТОХОНДРІЙ

Причини пошкодження (альтерації) мітохондрій пов'язані з порушенням виробництва АТФ (рис. 3).

Рис.3 Основні біохімічні процеси, що у продукції АТФ.

Порушення, які викликають пошкодження синтезу АТФ позначені літерами, дивись у тексті.

Гіпоглікемія: Глюкоза – головний субстрат для виробництва енергії у більшості тканин та єдине джерело енергії в клітинах головного мозку – нейронах. Тому низький рівеньглюкози в крові (гіпоглікемія) призводить до недостатнього виробництва АТФ, яке є найбільш відчутним у мозку.
Гіпоксія: Нестача кисню в клітинах (гіпоксія) може виникати при:
Наявність механічної перешкоди для дихання або хвороб легень, які супроводжуються порушенням оксигенації крові.
Ішемії, або порушення припливу артеріальної крові до тканин внаслідок загальних порушень циркуляції або виникнення місцевої перешкоди для струму крові.
Анемії (тобто при зниженні кількості еритроцитів та/або рівня гемоглобіну в крові), що призводить до зниження транспорту кисню кров'ю.
Порушення структури гемоглобіну (наприклад, при отруєнні чадним газом (СО), при якому утворюється карбоксигемоглобін, не здатний до перенесення кисню).
Інгібування ферментів: наприклад, отруєння ціаністим калієм. Ціаністий калій інгібує цитохромоксидазу, кінцевий фермент у дихальному ланцюгу, що призводить до гострого дефіциту АТФ у всіх клітинах органів та швидкої смерті.
Роз'єднання окислювального фосфорилювання: роз'єднання окислення та фосфорилювання відбувається або шляхом хімічних реакцій, або шляхом фізичного відділення ферментів від мітохондріальної мембрани. Мітохондріальне набухання, яке є загальною ознакоюдля більшості типів пошкоджень є причиною роз'єднання окислювального фосфорилювання.

Види ушкоджень мітохондрій

Розрізняють такі структурні зміни мітохондрій (рис. 4):
збільшення числа та розмірів;
утворення мегамітохондрій;
зміна форми;
зміни структури кріст мітохондрій.

Рис.4. Схема ушкоджень мітохондрій.

A – нормальна мітохондрія; Б – дегрануляція мітохондріального матриксу; В – стиск та ущільнення мітохондріального матриксу; Г - збільшення обсягу, фрагментація христів і розрив зовнішньої мембрани; Д – конденсація зруйнованого матеріалу; Е – утворення трубочок; Ж і З – накопичення пластинчастих христів, що контактують із внутрішньою мембраною; І – кальцифікація мітохондрій; К – початок розподілу мітохондрій: поділ перегородкою на частини; Л – повне розподіл мітохондрій; М – паракристалічні включення; Н - мегамітохондрія (подвійною стрілкою показані оборотні зміни).

Збільшення числа та розмірів мітохондрій. Надмірне збільшення числа мітохондрій можна спостерігати в оптичному мікроскопі. Це проявляється появою у цитоплазмі клітин оксифільних гранул. Такі клітини відомі як онкоцити або, наприклад, щитовидної залозияк клітини Гюртля. Вони мають велику цитоплазму, ядро ​​в них часто відсунуто до периферії. Онкоцити виявляються часто у щитовидній, паращитоподібних, слинних, бронхіальних та молочних залозах. У секретуючих клітин онкоцитарна трансформація свідчить про зміну білкового синтезу. Клітини, цитоплазма яких багата на мітохондрії, зустрічаються і при інших патологічних станах (гіпертрофія, запалення, пухлини).

Мегамітохондрії. Мітохондрії здатні до аутореплікації як пластиди (аналог мітохондрій) рослинних клітин. Вони можуть рости і ділитися, досягати гігантських розмірів, іноді більше ніж ядро ​​- це і є мегаметахондрії. У світловому мікроскопі їх можна побачити у вигляді світлих круглих, дуже оксифільних кульок. Мегамітохондрії зустрічаються, наприклад, у гепатоцитах при алкоголізмі та при цирозах печінки, в епітеліальних клітинах канальців нирок при нефротичному синдромі, при дефіциті рибофлавіну, при інтоксикації бромідами, при деяких м'язових захворюваннях. Однак, відомо і те, що після усунення інтоксикації вже за кілька годин відбувається повернення до норми гігантських мітохондрій.

Зміна форми мітохондрій найчастіше зумовлена ​​їх набряканням.

Набухання мітохондрій. Воно пов'язане із проникненням у мітохондрію води. Набухання необхідно диференціювати від істинного збільшення обсягу мітохондрій, відомого під назвою мегамітохондрії (див. нижче). Набухання мітохондрій спостерігається при різних станах: голодуванні, гіпоксії, інтоксикаціях, лихоманці, м'язових захворюваннях, призначенні тироксину і т.д. Мутне набухання, описане в оптичному мікроскопі як зерниста дистрофія клітини, також супроводжується набуханням мітохондрій.

In vitro констатовано два типи набухань.

Перший тип – з малою амплітудою набухання, у якому зміна енергетичної активності тягне у себе оборотну альтерацію протеїнових структур. Цей тип набухання супроводжується пасажем води через розширений зовнішній простір, сформований зовнішньою мембраною, у внутрішній, утворений христами і виконаний матриксом. При цьому мітохондріальний матрикс стискається та стає дуже щільним. Після фази контракції мітохондрії можуть повертатися до нормального стану.

Другий тип - з великою амплітудою набухання, виникає внаслідок збільшення проникності внутрішньої мембрани. Наслідком цього є розгладжування та фрагментація христ. Набухання з великою амплітудою спочатку може коригуватися збільшенням концентрації АТФ та магнезії, але після пошкодження зовнішньої мембрани швидко стає незворотним (тобто смертельним). Воно супроводжується in vivo загибеллю гранул мітохондріального матриксу, які спочатку просвітлюються, потім ущільнюються та утворюють пластівці у внутрішній камері. Заключний етап загибелі характеризується тим, що обидві мембрани, внутрішня та зовнішня, розриваються.

При деяких станах на внутрішній мембрані можуть утворюватися преципітати фосфату кальцію, що веде до кальцифікації (омилення) мітохондрій. Ці зміни також є незворотними.

Зміни структури кріст мітохондрій можуть стосуватися їх розмірів, форми та числа:
деформація христ та зменшення їх числа (зустрічається при зниженій активності мітохондрій);
збільшення числа кріст мітохондрій – свідчення зростаючих функціональних потреб клітини.

Поряд із зміною христів в умовах патології, спостерігається зміна структури щільних гранул мітохондріального матриксу. Ці гранули діаметром від 20 до 50 нм акумулюють дивалентні катіони. Крім кальцію, магнію, фосфору та інших неорганічних субстанцій, матрикс щільних гранул утворений протеїнами та ліпідами. Їхнє збільшення в обсязі спостерігається в клітинах, перенасичених іонами кальцію, що може призвести до смертельного пошкодження клітини. Гіпертрофія (збільшення в обсязі) цих гранул виявлена ​​при ішемії міокарда, в гепатоцитах при інтоксикації чотирихлористим вуглецем, м'язових клітинахпри тетанус. Зменшення або зникнення щільних гранул відбувається в онкоцитах, гепатоцитах та клітинах кишкового епітелію при ішемії.

ЕНДОПЛАЗМАТИЧНИЙ РЕТИКУЛУМ

Ендоплазматичний ретикулум (ЕР) у цитоплазмі утворює численні сплетення із щілин та каналів. Він бере участь у формуванні ядерної мембрани та апарату Гольджі. Функція мембран, що формують ретикулум, різна в залежності від їх зв'язку з рибосомами: «шорсткий ЕР» – це місце білкового синтезу, що становить основу клітинної секреції білка, тоді як «гладкий ЕР» відіграє роль у синтезі вуглеводів, метаболізмі стероїдів та різних токсичних субстанцій. які необхідно нейтралізувати. Він також має відношення до метаболізму глікогену. Розвиненість ЕР є виразом синтетичної активності, що можна спостерігати в екзокринних клітинах підшлункової залози або плазмоцитах, проте накопичення продуктів синтезу в ЕР може бути зумовлене уповільненням їхньої екскреції. Прикладом цього є Русселівські тільця – округлі включення, що виявляються в старих плазмоцитах. Русселівські тільця називають надгробними пам'ятками плазматичним клітинам. Ліпопротеїди, що входять до складу мембран ЕР, на думку більшості вчених, аналогічні тим, що входять до складу зовнішньої клітинної мембрани. Обидві мембрани можуть з'єднуватись і тоді ЕР відкривається назовні клітини, зокрема, це відбувається у феноменах клітинної секреції. З іншого боку, вдається розглянути той момент, коли субстанції, що проникають у клітину, з'являються в ЕР, при цьому вони зазвичай направляються до лізосом. Отже, ЕР оберігає клітину від вторгнення до неї сторонніх субстанцій. Описане під назвою «дегрануляція шорсткого ЕР» зменшення числа рибосом, пов'язаних з ЕР, і загального числа рибосом часто спостерігається в гепатоцитах при інтоксикації етіоніном, чотирихлористим вуглецем та піроміцином. Ці зміни є оборотними і свідчать про зниження білкового синтезу. Нарешті, слід пам'ятати, що ЕР також є притулком для деяких вірусів, зокрема ретровірусів. В умовах патології можна спостерігати два види морфологічних змін – гіперплазію та атрофію ендоплазматичного ретикулуму.

Гіперплазія ЕР (гладкого чи шорсткого), тобто. збільшення його кількості може супроводжуватися утворенням концентричних структур, які у світловому мікроскопі часто помітні як ділянки еозинофільної цитоплазми. Біохімічно доведено, що у структурах, сформованих ГЕР, збільшується кількість ензимів, відповідальних за детоксикацію, таким чином, це явище свідчить про участь гладкого ЕР у процесах детоксикації. Подібні зміни неспецифічні і спостерігаються при впливі афлотоксину, тетрахлористого вуглецю, ДДТ, диметилнітрозаміну, фосфору, прогестерону, при вірусних інфекційчи пухлинах (гепатома).

Атрофія ЕР, тобто. зменшення його розмірів супроводжується зниженням білково-синтетичної функції клітини (при голодуванні, хворобах печінки, старінні).

АПАРАТ ГОЛЬДЖІ (пластинчастий комплекс).

Структури Гольджі утворені сплющеними мішечками (вакуолями), що містять секреторні гранули та анастамози, які взаємопов'язані з ендоплазматичним ретикулумом. Вони протеїни, призначені для секреції, кон'югуються з вуглеводними групами. Величина апарату Гольджі пов'язана з синтетичною активністю клітини і обумовлена ​​або рівнем зовнішньої секреції, наприклад, у печінці або підшлунковій залозі, або інтенсивністю синтезу, необхідної для життєдіяльності клітини, наприклад, в нейронах.

Морфологічні прояви порушень секреторної функції виражаються або у вигляді гіперплазії пластинчастого комплексу, тобто збільшення площі його мембран та кількості секреторних гранул, або у вигляді атрофії пластинчастого комплексу, що супроводжується редукцією (зменшенням) вакуолей та втратою секреторних гранул. Гіперплазія апарату Гольджі зазвичай поєднується з гіперплазією ендоплазматичного ретикулуму. Якщо синтез тих чи інших речовин випереджає їх секрецію і виведення, ці речовини накопичуються в апараті Гольджі і можуть його пошкоджувати. Наприклад, накопичення жовчі у гепатоцитах при холестазі. Атрофія апарату Гольджі свідчить про зниження його активності. Однією з причин такого зниження може бути голодування білків, а також порушення взаємодії пластинчастого комплексу з ендоплазматичною мережею.

ЛІЗОСОМИ

Лізосоми зустрічаються в клітинах у нормі та патології. Вони беруть участь у харчуванні клітини, руйнуванні клітин чи його старіючих частин, полегшуючи відновлення клітин чи сприяючи їх нормальному дозріванню. Лізосоми забезпечують збереження біологічної рівноваги, порушеного агресивними агентами при численних процесах - запаленні, імунний захист, порушення коагуляції крові та ін.

Лізосоми можна визначити як електронно-щільні структури невеликих розмірів, які мають вигляд поліморфних гранул або везикул, оточених ліпопротеїдною мембраною (рис. 5). Це визначення стосується, головним чином, первинних лізосом, які є дериватами (похідними) ендоплазматичного ретикулуму та апарату Гольджі. Вони здатні руйнувати протеїни, ліпіди, полісахариди та нуклеїнові кислоти за допомогою понад 50 лізосомальних ферментів типу гідролаз.

Рис.5. Схема формування первинних та вторинних лізосом

Первинні лізосоми поєднуються з іншими вакуолями, викидаючи свій вміст у них, і утворюють таким чином вторинні лізосоми: пінолізосоми, фаголізосоми та аутофаголізосоми або цитолізоми (цитолізоми). Вони досить поліморфні та багаті на кислу фосфатазу. Якщо процес перетравлення повністю не здійснюється, у них утворюються резидуальні (залишкові) тільця або телолізосоми, що мають найрізноманітніший вид. Одні з них видаляються із клітини шляхом екзоцитозу, інші – шляхом клазматозу. Деякі телолізосоми піддаються біохімічній переробці та видаляються шляхом дифузії через клітинну мембрану. Інші можуть утворювати коричневі комплекси, такі як ліпофусцин, ліпосидерин, гемосидерин та ін., які залишаються внутрішньоклітинно або видаляються з клітини. Гранули липофусцина розглядаються деякими авторами як продукти розпаду ліпопротеїдів мембран і звуться «пігмент зношування клітини».
Їх називають також третинними лізосомами.

Таким чином, лізосоми відносяться до внутрішньоклітинної літичної, або «перетравлюючої» системи. У деяких клітинах функція, що перетравлює, може бути домінуючою, як наприклад, в поліморфно-ядерних лейкоцитах. На відміну від більшості органел, раніше вивчених, лізосоми мають катаболічну, а не анаболічну функцію. Цю функцію лізосоми здійснюють за допомогою двох механізмів – шляхом ендоцитозу та аутофагії.

Ендоцитоз. Цей процес дуже часто спостерігається в проксимальних звивистих канальцях нирок. Протеїни, особливо з низькою молекулярною вагою, після проходження гломерулярного фільтра реабсорбуються та накопичуються лізосомами клітин епітелію звивистих канальців нирок. Очевидно, саме це явище Вірхов описав під назвою «каламутне набухання». Наявність у клітинах канальців нирок при багатьох протеїнуріях гранул з позитивною реакцієюна кислу фосфатазу свідчить про їх лізосомальне походження.

Аналогічне накопичення протеїнів, яке здійснюється лізосомами, може спостерігатися у печінці (клітинах Купфера, мононуклеарних фагоцитах).

Аутофагія. Здатність лізосом захоплювати та руйнувати власні структури клітини пояснює, яким чином великі молекули, такі як глікоген та феритин, можуть проникати у ці органели. Механізм аутофагії починається з утворення навколо ділянки цитоплазми системи гладких мембран, які циркулярно охоплюють цю ділянку і зливаються у формі вакуолі, в яку первинні лізосоми викидають свої ензими. Цей феномен, який описується під назвою «фокальний клітинний некроз», відіграє роль внутрішнього регулятора цитоплазми. Можна припустити, що він дозволяє клітині контролювати кількість її мітохондрій, репродукція яких здійснюється більш менш автономно.

Лізосомальні хвороби

Пошкодження лізосомальних мембран. Дестабілізація (лабілізація) лізосомальних мембран у вигляді тріщин і розривів може спостерігатися при дії різних агресивних факторів: іонізуючої радіації, аноксії, шоку, отруєнні тетрахлористим вуглецем, дії кремнію, нестачі вітамінів та гіпервітамінозу А, дії бактеріальних ендотокси. У цих випадках гідролази дифундують у клітину, що веде до її некрозу або прогресивного руйнування шляхом самоперетравлення.

Однак, є велике числостабілізаторів лізосомальної мембрани, що захищають її від зовнішніх впливів До них відносяться холестерол, кортикоїди, вітамін Е в малих дозах, антигістамін і т. д. Вони підвищують резистентність клітин до агресору. Лізосоми продукують також велику кількість інактиваторів агресивних агентів, наприклад, при запаленні, імунних реакціях, інтоксикації. Коли ця функція надмірна і перевищує силу агресії або блокує її природу, лізосоми більше не беруть участі в гомеостазі. Вони стають анормальними та розтягнутими.

Недолік лізосомальних ензимів. У лізосомах можуть бути відсутні деякі ензими, необхідні для нормального метаболізму клітин. Ензімопатія або дисметаболічна хвороба має вроджений характер і передається у спадок за аутосомно-рецесивним типом. Дефіцит ензимів спостерігається найчастіше при глікогенозах (хвороба Помпі, хвороба Гірке), ліпідозах (недостатність ліпаз адипозоцитів), гепатозах (хвороба Дабіна-Джонсона). Ці стани іноді називають хворобами накопичення. Насправді йдеться не про надмірну освіту різних субстанцій, а про уповільнення або зупинення руйнування їх метаболітів при нормальному синтезі. Вираз «лізосомальні хвороби» відбиває генетичний дефіцит лізосомальних ферментів, а чи не власне ушкодження лизосом. Тільки деякі стани можуть, безперечно, відповідати цьому терміну. Це рідкісна хвороба Шедіака-Хігачі, коли виявляються великі гранули в пошкоджених лізосомах полінуклеарів крові. Аналогічний стан спостерігається також у алеутських норок і стосується порушення синтезу різних клітинних включень, зокрема зерен меланіну, що супроводжується їх надмірним накопиченням у лізосомах та порушенням функції. Синдром включає: альбінізм, нейтропенію, аденопатію, гепатоспленомегалію, рецидивні інфекції. Феномен накопичення в лізосомах лежить в основі хвороби Вільсона, при якій накопичується мідь та гемохроматозу, що супроводжується накопиченням феритину.

ПЕРОКИСОМИ (мікротельця)

Пероксисоми є гранули, що містять безліч ензимів, таких як Д-аміноацид-оксидаза, каталаза і уріказа (звідси назва - урикосоми). Ці органели виявляються серед ЕР.

Збільшення їх числа в гепатоцитах описано при застосуванні медикаментів, що знижують рівень ліпемії, вірусному гепатиті, лептоспірозі, кардіоміоцитах при тривалому впливі етанолу. Зміна структури урикосом була описана при хворобах Menkes та Wilson.

Зменшення числа пероксисом та зниження синтезу їх ферментів спостерігається у печінці при запаленні, а також при пухлинному зростанні. Руйнування пероксисом відзначається при гіперліпідемії та гіперхолестеринемії.

ПЕРОКИСОМНІ ХВОРОБИ

В даний час відомі три синдроми, які розглядають як спадкові пероксисомні хвороби: акаталаземія, цереброгепаторенальний синдром Целлвегера та системна недостатність карнітину.

Акаталаземія - захворювання, в основі якого лежить різке зниженняактивності каталази у печінці та інших органах. Основним клінічним синдромом цього захворювання є гангренозні виразки порожнини рота.

Цереброгепаторенальний синдром Целлвегера характеризується:
відсутністю пероксисом у гепатоцитах;
зниженням каталазної активності печінки до 20% і менше;
редукцією ендоплазматичного ретикулуму;
атрофією та зменшенням числа мітохондрій;
збільшенням у гепатоцитах кількості гранул глікогену та ліпідних вакуолей.

Провідним клінічним проявом недостатності пероксисом є порушення синтезу жовчних кислот. Системна недостатність карнітину супроводжується окисленням жирних кислоту скелетних м'язах, печінці, плазмі крові. У клініці спостерігається міопатія з періодичними порушеннями функції печінки та головного мозку.

ЦИТОЗОЛЬ (ЦИТОПЛАЗМАТИЧНИЙ МАТРИКС)

Цитозоль – це компонент цитоплазми, що структурно не відноситься до органел і містить білки, з яких відбувається складання органел, розчинних ферментів, що беруть участь у проміжному обміні клітини. Його в'язкість варіює, зростаючи зі збільшенням кількості філаментів, що містяться в ньому.

Варіації густини цитозолю

Збільшення густини цитозолю. Це неспецифічна відповідь на різні типи факторів, що ушкоджують: аноксию або гіпоксію, інтоксикацію, дію вірусу, ракову інтоксикацію, іонізуючу радіацію, вплив високої температури, електричний струмі т.д. Цитоплазма стає ацидофільною у світловому мікроскопі і більш щільною при звичайному електронно-мікроскопічному вивченні внаслідок зменшення вмісту води або денатурації білків. Альтерація супроводжується в деяких випадках дилятацією шорсткого ЕР або ущільненням мітохондріального матриксу та нуклеоплазми. Вона не завжди оборотна. При коагуляційному некрозі в електронному мікроскопі видно щільні та аморфні уривки гіалоплазми, а у світловому мікроскопі цитоплазма одноманітно ацидофільна.

Зменшення щільності цитозолю може бути пов'язане із зменшенням або припиненням білкового синтезу, а також із проникненням у цитоплазму води. При локальному зменшенні щільності говорять про хромоліз.

ПАТОЛОГІЯ НЕМЕБРАННИХ ОРГАНЕЛ

РИБОСОМИ

Рибосоми, як вільні, так і пов'язані з мембранами ендоплазматичного ретикулуму, є необхідними органоїдами для розпізнавання генетичного коду клітини. Локалізація рибосом пов'язана з типом білків, що синтезуються. Вільні рибосоми, що знаходяться в базофільних еритробластах та нейронах, забезпечують синтез клітинних білків. Навпаки, рибосоми, асоційовані з мембранами ЕР, виявляються у всіх клітинах, що секретують.

В умовах патології рибосоми можуть будувати добре окреслені геометричні фігури. Наприклад, при впливі афлотоксину та в пухлинних клітинах лімфоми Беркітта вони мають вигляд спіралі. Аналогічні зміни спостерігаються у клітинах при гіпотермії, при кисневому голодуванні та дефіциті білка в організмі.

ПАТОЛОГІЯ МІКРОТРУБОЧОК І МІКРОФІЛАМЕНТІВ

Мікротрубочки (макрофіламенти) займають особливе місце у міжклітинних повідомленнях. Більшість клітин містять комплекси фібрилярних структур, які виконують опорну, транспортну, скорочувальну та рухову функції. Спеціалізовані клітини можуть містити аналогічні фібрили, але вони відрізняються біомеханічно.

Для деяких органел характерне з'єднання мікротрубочок у групи, зазвичай числом дев'ять, наприклад, триплети в центріолях, дуплети вії. Мікротрубочки є дуже складними структурами та містять багато протеїнів, а також АТФ-азу, яка бере участь у побудові миготливого епітелію.

Існують генетичні аномалії числа чи розташування дуплетів. Наприклад вроджений синдром нерухомих вій (синдром Картагенера) характеризується тим, що вії покривного епітелію дихальних шляхіві слизової оболонки середнього вуха нерухомі чи малорухливі. Тому мукоциліарний транспорт різко ослаблений або відсутній, що веде до хронічного запалення дихальних шляхів та середнього вуха. У таких хворих нерухомі також сперматозоїди, тому що їх хвіст еквівалентний віям.

Відсутність зв'язку між периферичними та центральними дуплетами в віях супроводжується їх нерухомістю. Це може спостерігатися при найрізноманітнішій патології:

при інфекційних бронхітах, що супроводжуються іммобілізацією вій і відсутністю їх рухів у слизовій оболонці бронха;
у курців дуже часто відзначається нерухомість патологічно змінених вій, у яких міститься безліч дуплетів (рис.6);
розмноження центріолей з утворенням «кист вій» часто спостерігається в генітальному тракті жінок при хронічних запальних захворюваннях (гонорея, хламідіоз, уреаплазмоз та ін.)

Рис.6. Ультраструктура слизової оболонки носа. Скануюча електронна мікроскопія.

а – редукція вій миготливого епітелію при пиловому бронхіті;
б - незмінений війчастий епітелій.

Різні речовини, наприклад, колхіцин, алкалоїди барвінку (вінбластин, вінкрістин), сульфгідрильні реактивні групи (кокадилат, діамід) можуть руйнувати мікротрубочки. Всі ці речовини впливають на мітоз, змінюють функції клітин, пов'язані з мікротрубочками.

Мікрофіламенти. Актинові філаменти та міозин виявлені майже у всіх клітинах, незалежно від того, чи є вони м'язовими чи нем'язовими.

Патологія мікрофіламентів різноманітна з етіології та патогенезу. Різке збільшення мікрофіламентів знаходять в епітелії жовчних протокпри первинному біліарному цирозі печінки. Відомо, що циркуляція жовчі у печінці регулюється мікрофіламентозною системою. Проте питання, первинна чи вторинна акумуляція мікрофіламентів в епітелії біліарної системи, ще вирішено.
Збільшення кількості мікрофіламентів описано у клітинах при загоєнні ран, а також у пухлинах, особливо у зонах інвазії.

Проміжні філаменти досить спеціалізовані залежно від типу клітин. Однак, у клітинах одного і того ж походження можуть зустрічатися проміжні філаменти різного типу. До проміжних філаментів відносяться: цитокератини – в епітеліальних клітинах, десмін – у м'язових клітинах, віментин – у мезенхімальних клітинах, нейрофіламенти – у клітинах центральної та периферичної нервової системи, гліальні філаменти – у клітинах глії.

Патологія проміжних філаментів пов'язана з їх накопиченням у клітині та спостерігається при утворенні алкогольного гіаліну (телець Меллорі), хвороби Альцгеймера та деяких формах кардіоміопатій.

Гіалін Меллорі (алкогольний гіалін). Відомий американський патолог Меллорі на початку століття описав у клітинах печінки при алкоголізмі гіалінові включення неправильної форми, які носять його ім'я. Тривалий час дискутувалося питання про їхню специфічність. Гіалін Меллорі може з'являтися у багатьох випадках, але найчастіше при алкогольному цирозі. Експериментально він був викликаний у тварин за допомогою гризеофульвіну (його використовують у клініці як антигрибковий засіб). Нині накопичення проміжних філаментів є морфологічним маркером хронічного алкоголізму.
Хвороба Альцгеймера або “пресенільна” деменція супроводжується утворенням фібрилярних мас у нейронах кори головного мозку у людей похилого віку. Ці фібрилярні маси забарвлюються як амілоїдні субстанції конго-червоним і дають подвійне променезаломлення в поляризованому світлі. Але вони завжди виявляються внутрішньоклітинно, на відміну від амілоїду, який завжди розташований екстрацелюлярно. У клініці у таких хворих розвивається недоумство.
Кардіоміопатії, пов'язані з порушенням метаболізму десміну, клінічно проявляються прогресуючою недостатністю міокарда та характеризуються масивними відкладеннями в кардіоміоцитах ШІК-негативного матеріалу, що складається з проміжних філаментів.

ЦИТОПЛАЗМАТИЧНІ ВКЛЮЧЕННЯ

Секреторні гранули. Вони представлені в клітинах трьома різновидами - це гранули екзо-, ендо-або нейросекретів. Важливе місце у патології займає секреція аномальних (великих за обсягом) секреторних гранул при синдромі Шедіак-Хігачі.

Меланін та меланосоми. Меланін секретується меланоцитами шкіри, специфічною функцією яких є синтез меланінового пігменту та утворення меланосом. Обидва ці процеси незалежні, оскільки меланоцити можуть містити меланосоми без меланіну. Такі меланоцити зустрічаються у альбіносів та при локальній депігментації шкіри. При ультрафіолетовому опроміненні в базальних кератиноцитах відбувається накопичення меланосом над апікальною частиною ядра, що формує своєрідний екран, що захищає генетичний апарат клітини від випромінювання, що пошкоджує. При альбінізмі неможливий синтез меланіну внаслідок недостатньої полімеризації дериватів ароматичних кислих амінів.

Білкові гранули описані у двох типах. Прикладом першого типу можуть бути білкові гранули, зазвичай ацидофільні у світловому мікроскопі, ШІК-позитивні (глікопротеїни), наявність яких обумовлена ​​дефіцитом а1-антитрипсину. Вони можуть зустрічатися в клітинах печінки, нирок, у нейронах, у доброякісних або злоякісних пухлинах. а1-антитрипсин утворюється в печінці та інгібує колагеназу, а в більшості тканин – еластазу. При дефіциті а1-антитрипсину еластазу ушкоджує легеневу тканину, що призводить до розвитку емфіземи.

Прикладом другого типу є ацидофільні білкові гранули, або тільця Леві, що спостерігаються в симпатичних нейронах. Вони являють собою подовженою форми еозинофільні та ШІК-негативні утворення і є типовими для ідіопатичної хворобиПаркінсона.

Тубулоретикулярні включення розташовуються в ендоплазматичному ретикулумі і утворюють осередки з анастомозуючих між собою неправильних трубочок. Вони вперше були виявлені в гломерулярних капілярах нирок при аутоімунному захворюванні – дисемінованому червоному вовчаку. Ці включення мають схожість із деякими вірусними включеннями, наприклад, з міксовірусами. Є гіпотеза, що тубулоретикулярні включення мають вірусне походження. Вони виявляються у шкірі, у нирках, у лімфоцитах при різних ушкодженнях – склеродермії, ідіопатичній пурпурі, синдромі Гудпасчера, при злоякісних лімфомах. Їх можна відтворити експериментально за допомогою 5-бром-деоксиуридину в культурі лімфоцитів. Цей препарат використовується в антивірусній терапії та може демаскувати латентний вірус.

Сублетальні альтерації, оборотні

Конденсація та маргінація хроматину – накопичення хроматину під мембраною ядра у вигляді регулярної стрічки або маленьких грудочок. При цьому ядро ​​дещо зменшено обсягом. Конгломерат хроматину утворюється внаслідок зниження pH клітин при посиленому гліколізі. Цей процес є безпосереднім у відповідь різноманітну агресію і, безсумнівно, перший його прояв.

Зміна ядерної мембрани. Вакуолі та псевдовакуолі. Відомо, що ядерна мембрана складається з двох ліпопротеїдних листочків (пластинок), у яких є пори або округлі отвори. Внутрішня платівка гладка, зовнішня покрита рибосомами і знаходиться в контакті з ендоплазматичним ретикулумом.

В умовах патології в ядрах можуть з'являтися справжні вакуолі та псевдовакуолі.

При дії ряду хвороботворних факторів ця мембрана може стає переривчастою, наприклад, при дилятації перинуклеарних цистерн, або утворювати локальні бульбашки шляхом інвагінації внутрішнього листка ядерної мембрани, наприклад, у відповідь на дію радіації. Це і є справжні внутрішньоядерні вакуолі.

Псевдовакуолі формуються шляхом внутрішньоядерної інвагінації цитоплазми, оточені двома пластинками мембрани та містять різні частинки, органели, зокрема рибосоми. Вони характерні для деяких типів клітин, таких як менінгеальні, шванівські, невусні і т.д., а також виявляються в пухлинних клітинах. Псевдовакуолі виявляються у гепатоцитах при різних метаболічних порушеннях.

Внутрішньодеревні включення. Розрізняють справжні включення та псевдовключення.

Справжні включення є деякими вірусами. Псевдовключення є частинками глікогену (в ядрах гепатоцитів при цукровому діабеті), і навіть сферичні, лінійні, фібрилярні структури, природа яких який завжди відома. У гліальних клітинах фібрилярні структури виявляються після дії гідрооксиду алюмінію Al(OH)3. Поява сферичних тіл пов'язана з підвищеним синтезом протеїнів та накопиченням фібрилярних структур. Складні структури з'являються у гепатоцитах та епітеліальних клітинах канальців нирок після впливу важких металів (Pb та Vi).

Летальні ушкодження, незворотні

Розрізняють три типи незворотних морфологічних змін ядра: пікноз, каріорексіс та каріолізис.

Пікноз. Несприятливим результатом оборотної конденсації та маргінація хроматину під ядерною оболонкою може бути незворотна тотальна його конденсація по всій площі ядра. Тоді ядро ​​стає гомогенним, інтенсивно базофільно забарвленим і зморщеним - це пікноз. Очевидно, коли ядро ​​пікнотично – воно мертве. Нитки хроматину конденсуються в результаті дії ДНК-ази та лізосомальних катепсинів та їх деструкція настає більш-менш швидко.

Каріорексіс (rexis – розрив). Це розколювання конденсованого хроматину, зазвичай на невеликі за обсягом, неправильної форми фрагменти, які можуть бути всередині ядерної мембрани, якщо вона збережена або розташовуватися в цитоплазмі при її деструкції.

Каріолізис (lysis - розчинення, розплавлення) - це вид смерті ядра, при якому хроматин більш-менш тотально дезінтегрований і не фарбується. Складається враження, що ядро ​​позбавлене хроматину, що зникає внаслідок абсорбції цитоплазмою.

Вважають, що каріопікноз, каріорексіс та каріолізис існують як послідовні стадії смерті ядра. Насправді, дуже часто, але не завжди, каріорексіс може спостерігатися без пікнозу і каріолізис може не наступити, якщо клітина помре відразу після пікнозу або каріорексису, а фрагменти хроматину при цьому елімінуються назовні.

Альтерація мітозу

Аномалії мітотичного ритму. Мітотичний ритм, зазвичай адекватний потреби відновлення старіючих, десквамованих, загиблих клітин, за умов патології може бути змінено. Уповільнення ритму спостерігається у старіючих або маловаскуляризованих тканинах, збільшення ритму – у тканинах при різних видах запалення, гормональних впливах, пухлинах та ін.

Аномалії розвитку мітозів. Деякі агресивні агенти, діючи на фазу S, уповільнюють синтез та дуплікацію ДНК. До них відносяться іонізуюча радіація, різні антиметаболіти (метатрексат, меркапто-6-пурін, флюоро-5-урацил, прокарбозин та ін.). Їх використовують для протипухлинної хіміотерапії. Інші агресивні агенти діють на фазу М та перешкоджають утворенню ахроматичного веретена. Вони змінюють в'язкість плазми, не розщеплюючи нитки хромосом. Така цитофізіологічна зміна може спричинити блокаду мітозу в метафазу, а потім – гостру смерть клітини, або мітонекроз. Мітонекрози часто спостерігаються, зокрема, у пухлинній тканині, в осередках деяких запалень із некрозом. Їх можна викликати за допомогою підофіліну, який застосовується при лікуванні злоякісних новоутворень.

Аномалії морфології мітозів. При запаленні, дії іонізуючої радіації, хімічних агентів і особливо злоякісних пухлинах виявляються морфологічні аномалії мітозів. Вони пов'язані з тяжкими метаболічними змінами клітин та можуть бути позначені як “абортивні мітози”. Прикладом такої аномалії служить мітоз з анормальним числом та формою хромосом; трьох-, чотири- та мультиполярні мітози.

Багатоядерні клітини. Клітини, що містять безліч ядер, зустрічаються і в нормальному станінаприклад, остеокласти, мегакаріоцити, синцитіотрофобласти. Але вони трапляються часто й за умов патології, наприклад: клітини Ланхганса при туберкульозі, гігантські клітини сторонніх тіл, безліч пухлинних клітин. Цитоплазма таких клітин містить гранули або вакуолі, кількість ядер може коливатися від кількох одиниць до кількох сотень, а обсяг відбитий у назві – гігантські клітини. Походження їх варіабельне: епітеліальні, мезенхімальні, гістіоцитарні. Механізм формування гігантських багатоядерних клітин різний. В одних випадках їх утворення зумовлене злиттям мононуклеарних клітин, в інших воно здійснюється завдяки розподілу ядер без поділу цитоплазми. Вважають також, що їхнє утворення може бути наслідком деяких аномалій мітозу після опромінення або введення цитостатиків, а також при злоякісному зростанні.

ЗМІНИ ЯДРИК

У нормальних умовахрозміри і структура ядерців найчастіше адекватні інтенсивності клітинного білкового синтезу. В умовах патології (наприклад, у пухлинних клітинах) висока функціональна (секреторна) активність клітини часто супроводжується збільшенням об'єму, а іноді й кількості ядерців з їхньою вакуолізацією. У цих випадках говорять про ядерцеву гідропію (або гідропічне ядерце).

Дезінтеграція (сепарація) ядерних структур на гранули та фібрили РНК відображає порушення функціонального стану як ядерців, так і клітини, і зустрічається при дії різних агентів, таких як актиноміцин, афлатоксин, іонізуюча радіація та супроводжується зміною синтезу РНК.

(Visited 10 times, 1 visits today)