Клеточные повреждения и адаптация

Клетка – это система, которая живёт своей жизнью, но при этом зависит от других систем. Клетка может повреждаться, теряя своё предназначение в организме частично или чуть более, чем полностью. Повреждения клетки – предмет изучения патологии.

Гипоксия – самая распространённая причина повреждения клетки. Вдыхая дым кальяна, ты кайфуешь от гипоксии, но клеткам твоим далеко не по кайфу. Гипоксия возникает, когда кислород перестаёт поступать в клетку. Клетка не может получать энергию из реакций аэробного окисления и потихоньку умирает. К гипоксии могут привести три причины:

1. Ишемия – локальная недостаточность кровотока вследствие атеросклероза, сдавления сосудов или тромбов.
2. Сердечно-лёгочная недостаточность – когда сердце хуёво качает, а в лёгких хуёвый газообмен. С таким совпадением долго не протянешь.
3. Неспособность крови нести кислород – анемия.

Патогены – вирусы/бактерии/грибы/простейшие/прионы могут заставить организм хуячить свои же клетки путём развития воспаления.

Иммунные отклонения могут заставить агрессировать свой же иммунитет так, что под прицел попадёт, например, щитовидная железа.

Врождённые отклонения также могут привести к повреждению клеток, если не всё в них работает хорошо.

Физическое воздействие, например, обморожение, ожог или огнестрел тоже являются причиной повреждения клетки.

Витаминная недостаточность – последняя причина. От недостатка витамина К можно харкать кровью. От недостатка витамина А можно получить слепоту. А без витамина D в детском возрасте можно получить ноги колесом. И всё это связано с повреждением клеток.

¹Изменения в клетке при повреждении

Клетка может по-разному отвечать на повреждения. Ответом может быть адаптация клетки или её смерть в виде апоптоза или некроза.

Клеточный ответ зависит от многих факторов: от типа повреждения, от длительности действия, от способности клетки к адаптации, от метаболического статуса клетки в момент повреждения (вдруг её застали во время размножения).

Самыми слабыми местами клетки, по которым можно ударить, являются ДНК, клеточные мембраны, синтез белка и синтез АТФ. Кратко разберём механизмы.

1. Агрессивные свободные радикалы, о которых ты мог слышать из рекламы любого чая, портят ДНК, белки и мембранные липиды. Сразу скажу, что внутренние механизмы обезвреживания радикалов работают намного лучше любого чая.
2. Нехватка АТФ вследствие нарушения его синтеза тормозит работу калий-натриевых и других насосов. В результате резко снижается рН клетки. Кроме того, страдают все клеточные процессы, использующие АТФ. Клетка становится больной и уродливой.
3. Уродливая клетка с дырявой мембраной пропускает натрий с водой внутрь и выпускает калий наружу.
4. Также в клетку устремляется кальций, который является вторичным посредником и умеет активировать ферменты – протеазы, фосфолипазы, АТФазы. Все они помогают клетке скорее закончить существование.

Обратимое повреждение:

1. Синтез АТФ за счёт окислительного фосфорилирования снижается.
2. Насосы, качающие электролиты в разные стороны, замедляются, потому что им нужна энергия, которой не хватает.
3. Запускается анаэробный гликолиз, чтобы хоть какую-то энергию производить. Образующаяся в результате этого молочная кислота понижает рН клетки.
4. Создавать белки в этом положении проблемно, учитывая, что часть рибосом уже отвалилась от разбухшей эндоплазматической сети.

Необратимое повреждение:

1. В какой-то момент дырок в клеточной мембране становится столько, что электролитный баланс рушится к чертям. Натрий и кальций врывается на клеточный танцпол, а ферменты вырываются наружу и попадают в кровь.
2. Система окислительного фосфорилирования в митохондриях быстро приходит в негодность и починить её не получится. Митохондрии превращаются в мусор.
3. Мембрана лизосом разрывается и выпускает грызущие всё подряд ферменты в цитоплазму.
4. Хромосомы в ядре клетки сначала сворачиваются (пикнозис), затем фрагментируются (кариорексис), а потом рассасываются в труху (кариолизис).

А сейчас я расскажу, где тебе понадобится эта информация.

Ферменты, вырывающиеся из клетки, попадают в кровь. Если знать, какие ферменты в каких клетках бывают, то можно взять анализ крови и узнать, какие клетки необратимо повреждены. Например:

1. При разрушении клеток сердечной мышцы в крови можно определить тропонин или креатининфосфокиназу (КФК-МВ).
2. При разрушении клеток печени в кровь поступают трансаминазы – АЛТ и АСТ.
3. При разрушении поджелудочной железы ищем в крови амилазу.

²Клеточная смерть

Может протекать в виде апоптоза и некроза. Апоптоз – запрограммированная смерть и чаще всего это необходимость. Некроз – массовая гибель клеток в результате необратимого повреждения. Некроз, в отличие от апоптоза, сопровождается воспалением, доставляя вонь и мучения.

Морфологически выделяют несколько видов некроза.

1. Коагуляционный некроз – он же сухой, самый распространённый. Причиной является ишемическое повреждение (инфаркт). При этом происходит денатурация белков цитоплазмы. Под микроскопом можно увидеть, что ядра клеток скрылись в неизвестном направлении, но форма клеток сохранена. Коагуляционный некроз можно увидеть в почках, печени, сердце, но не в мозге.
2. Колликвационный – влажный, как твои мечты закончить третий курс. Суть его в том, что агрессивные внутриклеточные ферменты после повреждения клетки выходят наружу и начинают кромсать всё вокруг. В ответ на этот кипишь сбегаются воспалительные клетки и начинают тоже всё кромсать без разбора. После такой вакханалии появляется хуйня под названием абсцесс. Абсцесс не всегда развивается, но всегда сопровождается воспалением и истечением вонючей жидкости.
3. Казеозный – это комбинация сухого и влажного некрозов. По виду напоминает творожок «Домик в деревне», на вкус тоже. Чаще всего является следствием специфического воспаления, например, туберкулёза.
4. Жировой – обусловлен действием липаз. Под микроскопом можно увидеть большие жирные пузыри.

5. Фибриноидный некроз – возникает в соединительных тканях. Является следствием иммунного повреждения или гипертонической болезни. Под микроскопом видна лишь куча розового говна – фибрин, окрашенный эозинофилом.
6. Гангрена – это скорее слово, чтобы описать чёрные ноги бомжа, чем отдельный вид некроза. Под микроскопом гангрена предстаёт в виде сухого некроза или влажного.

Апоптоз – это естественный процесс клеточной гибели. Смерть клетки управляемая и не происходит без надобности.

Микроскопически можно увидеть, как клетка сжимается, хроматин в ядре конденсируется и фрагментируется, мембрана клетки теряет форму и образует выросты, которые затем отпочковываются от клетки вместе с органоидами. При этом ферменты не выходят наружу. Клетка разваливается на мелки куски, удобные для поглощения фагоцитами и превращения в строительный материал и энергию.

Апоптоз случается после повреждения ДНК, действия гормонов или действия на специальные рецепторы – например, апоптоз запускается, когда фактор некроза опухоли (TNF – «тумор некрозис фактор» на пиндосском языке) связывается с рецептором 1 (TNFR1 – тумор некрозис фактор рецептор 1).

Далее происходит каскад взаимодействий белков. Белок bcl-2 отвязывается от белка Apaf-1 (апоптотик протеэйз активэйтинг фактор) и запускаются протеазы, крошащие клетку. В случае повреждения ДНК, активируется внутриклеточный белок p53, который сам запускает апоптоз. Однако, это происходит не сразу, p53 даёт шанс другим белкам починить ДНК.

Апоптоз в норме происходит во время развития организма – в утробе все мы имели перепонки между пальцев, если бы не апоптоз, то люди могли бы только держать банку пива и дрочить, всё остальное было бы дико неудобным. В тимусе каждый день отбраковываются уродливые лимфоциты путём апоптоза. Также массовый клеточный суицид происходит у женщин во время менструаций.

Однако, апоптоз запускается и в нежелательных случаях. Например, вирусный гепатит разрушает клетки печени через апоптоз.

³Клеточная адаптация к повреждению

Под повреждением также нужно понимать изменение условий окружающей клетку среды.

Атрофия – уменьшение клетки или органа в размерах со снижением функции. Атрофия может быть вызвана ишемией или снижением нагрузки на клетку.

Гипертрофия – увеличение размеров клетки/органа с увеличением функции. Она вызывается увеличением нагрузки – например, если тягать штангу, то вырастут бицепсы и станут сильнее. Если увеличена нагрузка на сердце, оно увеличивается в размерах. На член это правило не распространяется, к сожалению. Кроме нагрузки гипертрофию вызывают гормональные изменения, например, увеличение молочных желез под эстрогеном.

Гиперплазия – увеличение количества клеток без увеличения их размеров. Однако, размер органа, в котором идёт гиперплазия увеличивается. Происходит гиперплазия под действием гормонов и других биоактивных молекул.
Гиперплазия не может происходить в тканях, которые не делятся, например, не бывает гиперплазии нервной или мышечной ткани. Примером гиперплазии является аденома простаты, настигающая всех стареющих мужиков рано или поздно.

Метаплазия – превращение клеток из одного типа в другой. Например, реснитчатый эпителий бронхов превращается в плоский под действием высоких температур сигарет. Плоский эпителий уже не может гнать слизь наружу, но он более защищён. Метаплазия эпителия бронхов опасна тем, что одна из реснитчатых клеток может превратиться не в плоскую, а в раковую. Кроме количества и размеров есть и другие изменения клеток.

Патологические накопления. Например, клетки могут накапливать холестерин и создавать проблему под названием атеросклероз сосудов. Клетки могут накапливать белок, гликоген, кальций и пигменты (гемосидерин, меланин, липофусцин, билирубин).