Реактивные изменения клеток. Пикноз. Кариорексис. Апоптоз.
При действии разнообразных механических, химических, физических или биогенных факторов имеют место реактивные изменения структуры и функций клеток. Достаточно сильные раздражители вызывают состояние клетки, пограничное со смертью. Для обозначения такой предельной степени еще обратимого повреждения клетки Д.Н. Насонов и В.Я. Александров (1934) предложили термин "паранекроз" (от греч. para — около и nekros — мертвый). Это явление с физико-химической точки зрения характеризуется подавлением гранулообразования, диффузным окрашиванием цитоплазмы, уменьшением дисперсности коллоидов, повышением вязкости, сдвигом реакции цитоплазмы в кислую сторону и обратимостью этих изменений в начальных фазах действия агентов.
Представляют интерес реактивные изменения клеток и клеточных органелл, которые развиваются при действии различных факторов, сопутствующих боевому поражению.
Повреждающее действие ионизирующей радиации на клетку связано в основном с ионизацией воды, входящей в ее состав, при которой образуются биологически активные радикалы, вызывающие повреждение белков клеточных мембран. Более чувствительны и быстрее подвергаются денатурации белки, входящие в состав ферментов, особенно тех, которые содержат сульфгидрильные группы. Нарушение внутриклеточных окислительно-восстановительных процессов приводит к накоплению биологически активных метаболитов денатурированных белков, которые вызывают дополнительные повреждения клеток.
В клетках наиболее чувствительными к действию радиации являются митохондрии — центры окислительно-восстановительных реакций. Они набухают, их матрикс просветляется, кристы укорачиваются, сглаживаются и полностью исчезают. Позднее митохондрии распадаются. Вследствие деструкции и гибели митохондрии в клетке угнетается синтез АТФ.
Весьма чувствительна к повреждению как агранулярная, так и гранулярная части эндоплазматической сети. Цистерны и канальцы этих органелл вначале расширяются, затем фрагментируются. Количество рибосом при облучении снижается, соответственно уменьшается содержание РНП в цитоплазме белоксинтезирующих клеток. Число лизосом может быть увеличенным, они группируются вокруг разрушающихся органелл, происходит аутофагия продуктов распада. В ядрах клеток отмечаются слипание и перераспределение хроматина, возможна отслойка наружной ядерной мембраны с образованием перинуклеарных вакуолей. При этом может наступить распад ядер и гибель клеток.
Ионизирующая радиация оказывает повреждающее действие на клетку и во время деления. Клетки в интерфазе, будучи облученными, внешне могут выглядеть нормальными. Повреждение выявляется при последующем делении, когда появляются аномальные фигуры митоза. Митотические хромосомы изменяют форму, возникают их разрывы иногда с последующим неправильным соединением фрагментов. Наблюдаются аномалии веретена деления, оно может иметь три и более полюсов. В связи с этим в анафазе расхождение хромосом к полюсам оказывается неравномерным и некоторые хромосомы отстают, образуя хромосомные мостики. В других случаях хромосомы реплицируются, а деления ядра не происходит, в результате чего образуются клетки с крупными полиплоидными ядрами.
Излучение, воздействуя на генетический аппарат клетки, может вызывать мутации. Измененные при этом гены в процессе митоза удваиваются и дочерние клетки будут обладать качествами клеток, испытавших лучевое воздействие. Возникшая таким путем в клетках организма мутация, может дать начало злокачественной опухоли.
Достоверным признаком гибели клетки является нарушение структуры ядра. Различают следующие формы изменения ядра: пикноз, лизис, рексис.
Пикноз (от греч. pyknos — уплотнение) характеризуется интенсивным окрашиванием гомогенной массы ядерного вещества (гиперхроматоз), его уплотнением и сморщиванием вследствие потери воды. Лизис (от греч. lysis — растворение), наоборот, сопровождается набуханием ядер и их слабой окрашиваемостью с последующим полным растворением хроматина, что обозначается как хроматолиз. При этой форме гибели клеточные ядра напоминают тени нормальных ядер. Кариорексис (от греч. rhexis — разрыв) отличается раздроблением хроматина на отдельные глыбки, после чего происходит обычно их растворение. Одновременно с этим в цитоплазме гибнущих клеток отмечается появление вакуолей. При этом цитоплазма постепенно теряет способность окрашиваться гистологическими красителями. Распадающиеся клетки удаляются путем автолиза (самопереваривания под действием литических ферментов) или путем фагоцитоза, или в результате автолиза и фагоцитоза.
Кроме того, существует явление запрограммированной гибели клеток (апоптоз), которое возникает в результате запуска собственной программы самоуничтожения при участии внутренних и внешних по отношению клетки факторов. В составе плазмолеммы идентифицированы рецепторы гибели (например Fas, TNF и другие), важнейшая функция которых связана с передачей цитотоксических сигналов внутрь клетки. Внутриклеточными ферментными белками, запускающими апоптоз (фрагментацию ДНК, нарушение структурных протеинов, активацию киназ и клеточного цикла), являются ферменты семейства цистеин-содержащих протеаз, именуемых каспазами. При действии лиганда на рецептор возникает реакция, в результате которой запускается каскад реакций, результирующим итогом которого является гибель клетки.
Самым ранним морфологическим проявлением апоптоза является появление в ядре резко очерченных уплотненных гомогенных масс хроматина с внутренней стороны ядерной оболочки. Наступает ядерная и цитоплазматическая фрагментация. В дальнейшем фрагменты клетки поглощаются соседними клетками. При этом признаки воспаления отсутствуют. Апоптоз наблюдается как в эмбриональном, так и в постнатальном гистогенезе.
Таковы в общих чертах основные проявления жизнедеятельности клеток. Приведенные выше материалы свидетельствуют о неразрывном единстве структуры и функции клеточных органелл. В живых клетках структурные компоненты выполняют определенные функции и эти функции имеют вполне соответствующие им морфологические эквиваленты. Клетка благодаря тесному взаимодействию всех структурных компонентов, представляет собой целостную биологическую систему на всех этапах жизненного цикла.
Заключение. Рассматривая клетку как элементарную единицу живой материи с общебиологических позиций, важно определить ее положение и роль в составе иерархически наиболее высокоорганизованной биологической системы — организма. Здесь клетка выступает как ведущая структурно-функциональная единица самостоятельного уровня структурной организации живого — ткани. В ткани каждый тип клеток запрограммирован на выполнение ряда специальных функций. Чтобы выполнять эти функции в соответствии с потребностями и адаптивными свойствами ткани, клетка должна активно воспринимать тканевое окружение, реагировать на него и изменять свою функциональную активность в зависимости от общетканевого гоме-остаза. Для этого в клетке значительная ее часть представлена мембранными структурами, важнейшей из которых является плазмолемма. Будучи пограничным мембранным комплексом клетки, плазмолемма с помощью рецепторнои системы связывает внутриклеточную среду с тканевой; обеспечивает межклеточные отношения и взаимодействие регуляторных механизмов ткани с внутриклеточными структурами и является важнейшей частью системообразующего механизма гистогенеза. Воспринимая изменения тканевой среды (микроокружения), плазмолемма передает эту информацию по трансдукторной сети внутрь клетки на ключевые функциональные комплексы (энзимные белки, депо кальция, ядро и пр.), которые обеспечивают перестройку физиологической активности клетки. Благодаря тесному посредническому контакту плазмолеммы с тканевой средой, с одной стороны, и прямой связи с ключевыми внутриклеточными функциональными комплексами, с другой, клетка представляет собой целостную, устойчивую и, вместе с тем, необычайно динамичную биологическую систему. Ей свойственны все черты живого, а именно — генетическая индивидуальность и способность передавать ее будущим поколениям, реактивность, обмен веществ и подвижность.
