Реакция клеток на внешние воздействия

Содержание

Введение 
1. Основная часть: 
2. Реакция клеток на внешние воздействия 
3. Ответные реакции клетки на повреждающее воздействие 
4. Клеточный цикл 
5. Апоптоз 
6. Заключение 
7. Список использованной литературы

Цитология - наука о  клетке. Название происходит от греческих слов "цитос" - ячейка и "логос" - слово, наука. Цитология изучает строение и функции клеток и их производных, исследует участие структурных компонентов клеток в общеклеточных физиологических процессах, приспособления клеток к условиям среды, реакции на действие различных факторов, патологические изменения клеток. 
Клетки, имеющие ядро, называются эукариотическими (так же называются организмы, построенные из таких клеток), а клетки, которые не имеют морфологически обособленного ядра, называются прокариотическими (как и организмы, из них построены). Большинство растительных и животных организмов является эукариотами; к прокариотам относятся только бактерии и сине-зеленые водоросли.

Термин «клетка» впервые употребил Роберт Гук в 1665 году, при описании своих «исследований строения пробки с помощью увеличительных линз». В1674 году Антони ван Левенгук установил, что вещество, находящееся внутри клетки, определенным образом организовано. Он первым обнаружил клеточные ядра. На этом уровне представление о клетке просуществовало еще более 100 лет.

Изучение клетки ускорилось в 1830-х годах, когда появились  усовершенствованные микроскопы. В 1838—1839 ботаник Маттиас Шлейден и анатом Теодор Шванн практически одновременно выдвинули идею клеточного строения организма. Т. Шванн предложил термин «клеточная теория» и представил эту теорию научному сообществу. Возникновение цитологии тесно связано с созданием клеточной теории — самого широкого и фундаментального из всех биологических обобщений. Согласно клеточной теории, все растения и животные состоят из сходных единиц — клеток, каждая из которых обладает всеми свойствами живого.

Важнейшим дополнением  клеточной теории явилось утверждение  знаменитого немецкого натуралиста Рудольфа Вирхова, что каждая клетка образуется в результате деления другой клетки.

В 1870-х годах были открыты два  способа деления клетки эукариот, впоследствии названные митоз и мейоз. Уже через 10 лет после этого удалось установить главные для генетики особенности этих типов деления. Было установлено, что перед митозом происходит удвоение хромосом и их равномерное распределение между дочерними клетками, так что в дочерних клетках сохраняется прежнее число хромосом. Перед мейозом число хромосом также удваивается, но в первом (редукционном) делении к полюсам клетки расходятся двухроматидные хромосомы, так что формируются клетки с гаплоидным набором, число хромосом в них в два раза меньше, чем в материнской клетке. Было установлено, что число, форма и размеры хромосом — кариотип — одинаково во всех соматических клетках животных данного вида, а число хромосом в гаметах в два раза меньше. Впоследствии эти цитолоогические открытия легли в основу хромосомной теории наследственности.

РЕАКЦИЯ КЛЕТОК НА ВНЕШНИЕ  ВОЗДЕЙСТВИЯ

Организм и его клетки постоянно  подвергаются воздействию самых  разнообразных химических, физических или биогенных факторов. Эти факторы  могут вызывать первичное нарушение одной или нескольких клеточных структур, что в свою очередь приводит к функциональным нарушениям. В зависимости от интенсивности поражения, его длительности и характера судьба клетки может быть различна. Измененные в результате повреждения клетки могут адаптироваться, приспособиться к повреждающему фактору, репарировать повреждения, реактивироваться после снятия повреждающего воздействия или измениться необратимо и погибнуть. Исходя из этого функциональные и морфологические картины клеток в этих состояниях очень разнообразны. На различные факторы при обратимом повреждении клетки отвечают рядом изменений. Проявлением общеклеточной реакции на повреждение является изменение способности клетки связывать различные красители. Так, нормальные клетки, поглощая из внеклеточной среды растворенные в ней красители, откладывают их в виде гранул. Такое гранулообразование происходит в цитоплазме, ядро при этом остается бесцветным. При повреждении клеток многими физическими (нагревание, давление) или химическими факторами (изменение рН среды, добавление спирта или какого-либо иного денатурирующего агента) гранулообразование прекращается, цитоплазма и ядро диффузно окрашиваются проникшим в клетку красителем. Если действие фактора обратимо и при устранении его клетка возвращается к норме, то снова восстанавливается ее способность к гранулообразованию. При различных повреждениях клеток значительно падает окислительное фосфорилирование: прекращается синтез АТФ и растет потребление кислорода. Для поврежденных клеток характерно усиление гликолитических процессов, падение количества АТФ, активация протеолиза. Совокупность неспецифических обратимых изменений цитоплазмы, возникающих под воздействием различных агентов, была обозначена. термином “паранекроз” [Насонов Д. Н., Александров В. Я., 1940].

При различных воздействиях на клетку наиболее частым изменением структуры  ядра является конденсация хроматина, что может отражать падение ядерных  синтетических процессов. При гибели клетки происходят коагуляция хроматина, собирание его в грубые агрегаты внутри ядра (пикноз), что часто завершается распадом на части (кариорексис) и растворением ядра (кариолизис). Ядрышки при подавлении синтеза рРНК уменьшаются в размерах, теряют гранулы, фрагментируются.

К наиболее часто встречающимся  изменениям ядерной оболочки относятся расширение (отечность) перинуклеарного пространства, извитость контура ядерной оболочки, что нередко сочетается с пикнозом ядра. На ранних этапах повреждения клетки часто приобретают шаровидную форму и теряют многочисленные клеточные выросты и микроворсинки. В дальнейшем, наоборот, изменения плазмолеммы сводятся к появлению на поверхности клеток различных выростов или мелких пузырей. На начальных стадиях нарушения окислительного фосфорилирования происходит сжатие митохондриального матрикса и некоторое расширение межмембранного пространства. В дальнейшем этот тип реакции митохондрий может смениться их набуханием, что особенно часто встречается при самых различных патологических изменениях клеток. Митохондрии при этом принимают сферическую форму и увеличиваются в размерах, происходит обводнение матрикса, он становится светлым, Набухание митохондрий, как правило, сопровождается редукцией числа и размера крист.

При необратимом повреждении митохондрий  происходит разрыв их мембран, матрикс смешивается с гиалоплазмой. Система эндоплазматического ретикулума чаще всего подвергается вакуолизации и распаду на мелкие пузырьки. При этом на мембранах гранулярного ретикулума уменьшается число рибосом, что однозначно указывает на падение белкового синтеза. Цистерны комплекса Гольджи также могут увеличиваться в объеме или распадаться на мелкие вакуоли. В поврежденных клетках происходит активация их лизосом, увеличивается число аутофагосом. При тяжелых клеточных повреждениях мембраны лизосом разрываются и лизосомные гидролазы начинают разрушать сами клетки — происходит лизис клеток.

Поврежденные клетки резко снижают  митотическую активность, часто задерживаются  на разных стадиях митоза главным  образом из-за нарушения митотического  аппарата, очень чувствительного к изменениям внутриклеточной среды.

Развитие процесса повреждения  клеток останавливается после неблагоприятного воздействия. Если изменения в клетке не зашли слишком далеко, происходит репарация клеточных повреждений, возврат клетки к нормальному функциональному уровню. Так, в ряде случаев повреждения клеток, связанные с набуханием митохондрий и с фрагментацией эндоплазматического ретикулума, оказываются обратимыми. Процессы восстановления внутриклеточных структур называют внутриклеточной регенерацией.

Репарация клеток бывает полной, когда  восстанавливаются все свойства данных клеток, или неполной. В последнем  случае после снятия действия повреждающего  фактора нормализуется ряд функций  клеток, но через некоторое время  они уже без всякого воздействия погибают. Особенно часто это наблюдается при поражениях клеточного ядра.

Повреждение клеток внешними и внутриорганизменными факторами может привести к нарушениям регуляции их метаболизма. При этом происходит интенсивное отложение  или же, наоборот, резорбция ряда клеточных включений. Кроме того, наблюдается нарушение регуляции проницаемости клеточных мембран, что приводит к вакуолизации мембранных органелл. В патологической анатомии такие изменения в структуре клеток называют дистрофиями. При жировой дистрофии в клетках накапливаются жировые включения. Жировая инфильтрация, когда клетка, поглощая жиры, неспособна к их утилизации, приводит к накоплению жировых капель в цитоплазме. Часто в цитоплазме измененных клеток обнаруживаются скопления липопротеидных комплексов, имеющих вид многослойных мембранных пластов. Нарушение регуляторных процессов метаболизма Сахаров приводит к патологическому отложению и накоплению гликогена, что, вероятно, связано с недостаточностью фермента, расщепляющего гликоген (глюкозо-6-фосфатазы). Часто в измененных клетках животных происходит отложение различных пигментов, белковых гранул и др.

Особой формой патологического  нарушения регуляторных процессов  могут быть нарушения специализации, одним из которых является злокачественный опухолевый рост. Опухолевые клетки характеризуются безудержностью, неограниченностью размножения, нарушением уровня специализации, изменениями строения клеток, относительной автономностью от регуляторных влияний со стороны организма, способностью к метастазированию. Все эти свойства опухолевые клетки сохраняют от поколения к поколению, т. е. свойства злокачественности являются наследственной особенностью таких клеток. Вот почему считается, что раковые клетки являются мутантами, обладающими измененной генетической структурой; именно изменением генотипа клетки можно объяснить непрерывную передачу дочерним клетками дефектной (в отношении регуляции) информации.

При необратимом повреждении клетки гибнут. Дать определение момента  клеточной смерти очень трудно (так же, как и при смерти целого организма), так как умирание — это не одномоментное явление, а процесс. При необратимом повреждении разворачивается ряд последовательных событий, приводящих к разрушению клеток. В самом начале изменения клеток имеют характер обратимых, паранекротических. Отличие состоит в том, что после снятия воздействия они не исчезают, а прогрессируют. Явным признаком гибели клетки является активация внутриклеточных гидролитических ферментов. Они активируются в гиалоплазме и начинают расщепление белков, липидов и др., при этом разрушаются внутриклеточные мембраны, в том числе и мембраны лизосом. Все это приводит к лизису, разрушению клеток, но это уже относится к посмертным изменениям

МОРФОЛОГИЯ ПОВРЕЖДЕНИЯ 
 
Повреждение органов начинается на молекулярном или клеточном уровне, поэтому изучение патологии начинается с познания причин и молекулярных механизмов структурных изменений, возникающих в клетках при их повреждении. 
 
Структура нормальной клетки генетически направлена на осуществление определенного метаболизма, дифференцировку и специализацию. В ответ на воздействие различных факторов в клетках развивается процесс адаптации. В результате этого процесса клетки могут достигать нового устойчивого состояния, позволяющего им приспособиться к подобным воздействиям. Если лимиты адаптивного ответа клетки исчерпаны, а адаптация невозможна, то возникает повреждение клетки, до определенного предела обратимое. Однако, если неблагоприятный фактор действует постоянно или его интенсивность очень велика, развивается необратимое повреждение, или смерть, клетки. 
 
Смерть клетки — конечный результат ее повреждения, главное следствие ишемии, инфекции, интоксикации, иммунных реакций. Кроме того, это естественное событие в процессе нормального эмбриогенеза, развития лимфоидной ткани, инволюции органа под действием гормонов, а также желаемый результат радио- и химиотерапии при раке. 
 
Существует два типа клеточной смерти — некроз и апоптоз. 
 
Некроз — наиболее распространенный тип смерти клетки. Он проявляется ее резким набуханием и разрывом клеточной мембраны, денатурацией и коагуляцией цитоплазматических белков, разрушением клеточных органелл. Апоптоз необходим для нормальной элиминации ненужных клеточных популяций в процессе эмбриогенеза и при различных физиологических процессах. Апоптоз встречается и при патологических процессах.

ПРИЧИНЫ ПОВРЕЖДЕНИЯ КЛЕТОК 
 
Различают следующие причины повреждения клеток. 
 
1. Гипоксия. Она является исключительно важной и распространенной причиной повреждения и смерти клеток. Уменьшение кровотока (ишемия), возникающее при появлении препятствий в артериях, обычно при атеросклерозе или тромбозе, является основной причиной гипоксии. Другой причиной может быть неадекватная оксигенация крови при сердечно-сосудистой недостаточности. Снижение способности крови к транспортировке кислорода, например при анемии и отравлении СО2 — третья и наиболее редкая причина гипоксии. В зависимости от тяжести гипоксии клетки могут адаптироваться к ней, повреждаться или погибать. 
 
2. Физические агенты. К ним относят механическую травму, чрезмерное снижение или повышение температуры окружающей среды, внезапные колебания атмосферного давления, радиацию и электрический шок. 
3. Химические агенты и лекарства. Даже простые химические соединения, такие как глюкоза и поваренная соль, в повышенных концентрациях могут вызвать повреждение клеток непосредственно или путем нарушения их электролитного гомеостаза. Кислород в высоких концентрациях очень токсичен. 
Следовые количества веществ, известных как яды (мышьяк, цианиды, соли ртути), могут разрушить достаточно большое количество клеток в течение минут и часов. 
Разрушительным действием обладают также многие факторы окружающей среды: пыль, инсектициды и гербициды; промышленные и природные факторы, например уголь и асбест; социальные факторы: алкоголь, курение и наркотики; высокие дозы лекарств. 
4. Инфекционные агенты. Они включают как субмикроскопические вирусы, так и ленточных червей. К инфекционным агентам относятся риккетсии, бактерии, грибы, а также более высоко организованные формы паразитов. 
5. Иммунные реакции. Могут защищать организм, но могут вызвать и его смерть. Хотя иммунная система защищает организм от воздействия биологических агентов, тем не менее иммунные реакции могут привести к повреждению клеток. Развитие некоторых иммунных реакций лежит в основе аутоиммунных болезней. 
6. Генетические нарушения. Многие врожденные нарушения метаболизма связаны с энзимопатиями, чаще отсутствием фермента. 
7.  Дисбаланс питания. Нередко является основной причиной повреждения клеток. Дефицит белковой пищи и витаминов остается распространенным явлением. 
 
МЕХАНИЗМЫ ПОВРЕЖДЕНИЯ КЛЕТОК 
 
Молекулярные механизмы повреждения клеток, приводящие к их смерти, очень сложны. Существуют четыре наиболее чувствительные внутриклеточные системы: 
 
▲ поддержание целости клеточных мембран, от которой зависит ионный и осмотический гомеостаз клетки и ее органелл; 
 
▲ аэробное дыхание, связанное с окислительным фосфорилированием и образованием аденозинтрифосфата (АТФ); 
 
▲ синтез ферментов и структурных белков; 
 
▲ сохранение единства генетического аппарата клетки. Структурные и биохимические элементы клетки тесно взаимосвязаны. Например, нарушение аэробного дыхания повреждает натриевый насос мембраны, который поддерживает ионно-жидкостный баланс клетки, что приводит к нарушению внутриклеточного содержания ионов и воды.