Cambiamenti nella respirazione dei tessuti quando le cellule sono danneggiate. Danno cellulare. Squilibrio tra ioni e acqua

DANNO- tali cambiamenti nella struttura, nel metabolismo e nelle proprietà fisiche e chimiche delle cellule che portano alla distruzione della vita.

Tutte le diverse cause che provocano danni cellulari possono essere suddivise nei seguenti gruppi principali: fisico, chimico e biologico.

1. Fisico.

• Le influenze meccaniche causano la rottura della struttura del plasmalemma e delle membrane delle formazioni subcellulari;
• fluttuazioni di temperatura. Un aumento della temperatura può portare alla denaturazione delle proteine, degli acidi nucleici, alla decomposizione dei complessi lipoproteici e all'aumento della permeabilità delle membrane cellulari. Una diminuzione della temperatura può causare un rallentamento significativo o una cessazione irreversibile delle reazioni metaboliche nel fluido intracellulare e la rottura delle membrane.
• variazioni della pressione osmotica. Il suo aumento è accompagnato dal rigonfiamento della cellula, dallo stiramento della sua membrana fino alla rottura. Una diminuzione della pressione osmotica porta alla perdita di liquidi, al restringimento e spesso alla morte cellulare.
• l'esposizione alle radiazioni ionizzanti provoca la formazione di radicali liberi e l'attivazione di processi di radicali liberi perossidici, i cui prodotti danneggiano le membrane e denaturano gli enzimi cellulari.

2. Prodotto chimico.

Acidi organici e inorganici, alcali, sali di metalli pesanti, prodotti con metabolismo alterato, farmaci. Pertanto, i cianuri inibiscono l'attività della citocromo ossidasi. I sali di arsenico inibiscono la piruvato ossidasi. Un sovradosaggio di strofantina porta alla soppressione dell'attività della K + -Na + -ATPasi del sarcolemma dei miocardiociti, ecc.

3. Biologico.

MECCANISMI GENERALI DI DANNO CELLULARE

1. Disordine dei processi di fornitura di energia alle cellule.

• Diminuzione dell'intensità dei processi di risintesi dell'ATP;
• Trasporto di ATP compromesso;
• Uso compromesso dell'energia ATP;

2. Danni alle membrane cellulari e agli enzimi.

• Intensificazione delle reazioni dei radicali liberi e della perossidazione lipidica dei radicali liberi (SLPO);
• Attivazione delle idrolasi (lisosomiali, legate alla membrana, libere);
• Introduzione di composti anfifilici nella fase lipidica delle membrane e loro effetto detergente;
• Stiramento eccessivo e rottura delle membrane delle cellule gonfie e dei loro organelli;
• Inibizione dei processi di risintesi dei componenti di membrana danneggiati e (o) loro sintesi;

3. Squilibrio tra ioni e liquido.

• Cambiamenti nel rapporto dei singoli ioni nello ialoplasma;
• Cambiamenti nel rapporto ionico transmembrana;
• Iper- e ipoidratazione;

4. Violazione del programma genetico delle cellule o dei meccanismi per la sua attuazione.

• Violazione del programma genetico.
• Cambiamenti nella struttura biochimica dei geni;
• Derepressione dei geni patogeni;
• Repressione dei geni “vitali”;
• Introduzione di DNA estraneo con proprietà patogene nel genoma;
• Violazione dei meccanismi di attuazione del programma genetico.
• Disturbi della mitosi:
• danno cromosomico;
• danno alle strutture che supportano il corso della mitosi;
• violazione della citotomia.
• Disturbo della meiosi.

5. Disordine dei meccanismi che regolano le funzioni cellulari.

• Ricezione compromessa delle influenze normative.
• Alterata formazione di messaggeri secondari (cAMP, cGMP)
• Disturbi a livello delle reazioni metaboliche.

1. La violazione dell'approvvigionamento energetico dei processi che si verificano nelle cellule può verificarsi nelle fasi di sintesi, trasporto e utilizzo della sua energia dell'ATP.

La sintesi di ATP può essere compromessa a causa della carenza di ossigeno, dei substrati metabolici, della ridotta attività degli enzimi della respirazione tissutale e della fosforilazione ossidativa, della glicolisi, del danno e della distruzione dei mitocondri. È noto che la consegna di energia ATP alle strutture efferenti viene effettuata utilizzando sistemi enzimatici: traslocasi ADP-ATP (adenina nucleotide transferasi) e creatina fosfochinasi (CPK). L'adenina nucleotide transferasi garantisce il trasporto di energia dal legame fosfato macroergico dell'ATP dalla matrice mitocondriale attraverso la loro membrana interna, e la CK viene ulteriormente trasferita alla creatina con la formazione di creatina fosfato, che entra nel citosol. Il CPK delle strutture cellulari effettrici trasporta il gruppo fosfato della creatina fosfato all'ADP con la formazione di ATP, che viene utilizzato nei processi vitali. Questi sistemi di trasporto dell'energia enzimatica possono anche essere danneggiati da vari agenti patogeni e quindi, sullo sfondo di un elevato contenuto di ATP nella cellula, può svilupparsi la sua carenza nelle strutture che consumano energia.

Un'interruzione nell'approvvigionamento energetico delle cellule e un'interruzione delle loro funzioni vitali possono svilupparsi in condizioni di produzione sufficiente e normale trasporto di energia ATP. Ciò potrebbe essere il risultato di un danno ai meccanismi enzimatici di utilizzo dell'energia, dovuto principalmente ad una diminuzione dell'attività delle ATPasi (actomiosina ATPasi, ATPasi K+-Na+-dipendente del plasmalemma, ATPasi Mg 2+-dipendente del “ pompa del calcio” del reticolo sarcoplasmatico, ecc.)

2. I danni alle membrane e agli enzimi svolgono un ruolo significativo nell'interruzione dell'attività cellulare. Uno dei motivi più importanti di tali cambiamenti sono le reazioni dei radicali liberi (FRR) e la perossidazione lipidica (LPO). Queste reazioni si verificano normalmente nelle cellule, essendo un collegamento necessario in processi vitali come il trasporto degli elettroni nella catena degli enzimi respiratori, la sintesi di prostaglandine e leucotrieni, la proliferazione e maturazione cellulare, la fagocitosi e il metabolismo delle catecolamine.

L'intensità della perossidazione lipidica è regolata dal rapporto tra i fattori che attivano (pro-ossidanti) e inibiscono (antiossidanti) questo processo. I pro-ossidanti più attivi includono composti facilmente ossidabili che inducono i radicali liberi, in particolare naftochinoni, vitamine A e D, agenti riducenti - NADPH2, NADH2, acido lipoico, prodotti metabolici delle prostaglandine e catecolamine.

Il processo LPO può essere suddiviso nelle seguenti fasi:

1) iniziazione dell'ossigeno (fase “ossigeno”), 2) formazione di radicali liberi (fase “radicali liberi”), 3) produzione di perossidi lipidici (fase “perossido”) Il collegamento iniziale nelle reazioni del perossido dei radicali liberi in caso di danno cellulare è la formazione di forme attive nel processo di reazioni dell'ossigenasi ossigeno: radicale superossido di ossigeno (O 2 -), radicale idrossile (OH-), perossido di idrogeno (H 2 O 2), che interagiscono con vari componenti delle strutture cellulari, principalmente lipidi , proteine ​​e acidi nucleici. Di conseguenza si formano radicali attivi, in particolare lipidi, nonché i loro perossidi. La reazione può acquisire un carattere a catena “simile a una valanga”. Tuttavia, nelle cellule operano fattori che limitano le reazioni dei radicali liberi e del perossido, ad es. hanno un effetto antiossidante. La tabella seguente presenta i meccanismi enzimatici e non enzimatici di difesa antiossidante.

UNITÀ DEL SISTEMA ANTIOSSIDANTE E SUOI ​​ALCUNI FATTORI

Collegamenti del sistema antiossidante		Meccanismi d'azione
1. “antiossigeno”	retinolo, carotenoidi, riboflavina	riducendo il contenuto di O2 nella cellula attivandone l'utilizzo, aumentando l'accoppiamento dei processi di ossidazione e fosforilazione
2. “antiradicale”	superossido dismutasi, tocoferoli, mannitolo	conversione dei radicali attivi in ​​composti “non radicali”, “estinzione” dei radicali liberi con composti organici
3. “antiperossido”	glutatione perossidasi, catalasi, serotonina	inattivazione degli idroperossidi lipidici.

L'eccessiva attivazione delle reazioni dei radicali liberi e del perossido, così come il fallimento del sistema di difesa antiossidante, è uno dei principali fattori di danno alle membrane cellulari e agli enzimi. I seguenti processi sono di fondamentale importanza:

1) un cambiamento nelle proprietà fisico-chimiche dei lipidi di membrana, che provoca una violazione della conformazione dei loro complessi lipoproteici e, di conseguenza, una diminuzione dell'attività dei sistemi enzimatici che forniscono la ricezione degli effetti umorali, il trasporto transmembrana di ioni e molecole, e l'integrità strutturale delle membrane;

2) cambiamenti nelle proprietà fisico-chimiche delle micelle proteiche che svolgono funzioni strutturali ed enzimatiche nella cellula; 3) la formazione di difetti strutturali nella membrana - i canali più semplici (cluster) dovuti all'introduzione in essi di prodotti LPO. Pertanto, l'accumulo di idroperossidi lipidici nella membrana porta alla loro associazione in micelle, creando canali di permeabilità transmembrana attraverso i quali è possibile un flusso incontrollato di cationi e molecole dentro e fuori la cellula, accompagnato dall'interruzione dei processi di eccitabilità, generazione di influenze regolatorie, interazione intercellulare, ecc., fino alla frammentazione delle membrane e alla morte cellulare.

Normalmente la composizione e lo stato delle membrane e degli enzimi viene modificato non solo dai processi dei radicali liberi e del perossido lipidico, ma anche dagli enzimi lisosomiali, sia liberi (solubilizzati) che legati alla membrana: lipasi, fosfolipasi, proteasi. Sotto l'influenza di vari fattori patogeni, la loro attività o contenuto nello ialoplasma può aumentare notevolmente (ad esempio: a causa dell'acidosi, che aumenta la permeabilità delle membrane lisosomiali). Di conseguenza, i glicerofosfolipidi e le proteine ​​di membrana, nonché gli enzimi cellulari, subiscono un’intensa idrolisi. Ciò è accompagnato da un aumento significativo della permeabilità della membrana e da una diminuzione delle proprietà cinetiche degli enzimi.

Come risultato dell'azione delle idrolasi (principalmente lipasi e fosfolipasi), nella cellula si accumulano acidi grassi liberi e lisofosfolipidi, in particolare glicerofosfolipidi: fosfatidilcoline, fosfatidiletanolamine, fosfatidilserine. Questi composti anfifilici sono in grado di penetrare e legarsi ad ambienti di membrana sia idrofobici che idrofili. Introducendosi nelle biomembrane, modificano la normale struttura dei complessi lipoproteici, aumentano la permeabilità e modificano anche la configurazione delle membrane a causa della forma “a cuneo” delle molecole lipidiche. L'accumulo di composti anfifilici in grandi quantità porta alla formazione di ammassi nelle membrane e alla comparsa di microfessure.

3. Squilibrio di ioni e fluido nella cellula.

La violazione della distribuzione transmembrana, del contenuto intracellulare e del rapporto dei vari ioni si sviluppa a causa o contemporaneamente a disturbi del metabolismo energetico e si combina con segni di danno alle membrane e agli enzimi cellulari. Di norma, uno squilibrio degli ioni si manifesta con l'accumulo di sodio nella cellula e la perdita di potassio a causa della rottura dell'ATPasi K,Na-dipendente del plasmalemma, in particolare con un aumento del contenuto di calcio, come risultato di un disturbo nel funzionamento del meccanismo di scambio ionico sodio-calcio della membrana cellulare, che garantisce lo scambio di due ioni sodio che entrano nella cellula con uno ione calcio che la lascia. Un aumento del contenuto intracellulare di Na+, che compete con Ca2+ per il trasportatore comune, impedisce il rilascio di calcio dalla cellula. La violazione della distribuzione transmembrana dei cationi è anche accompagnata da un cambiamento nel contenuto di Cl -, HCO 3 - e altri anioni nella cellula.

La conseguenza di uno squilibrio degli ioni è un cambiamento nel potenziale d'azione della membrana a riposo, nonché un'interruzione nella conduzione dell'impulso di eccitazione. La violazione del contenuto di ioni intracellulari provoca un cambiamento nel volume cellulare a causa di uno squilibrio dei liquidi. Si manifesta con iperidratazione (edema) o ipoidratazione (diminuzione del contenuto di liquidi) della cellula. Pertanto, un aumento del contenuto di ioni sodio e calcio nelle cellule danneggiate è accompagnato da un aumento della pressione osmotica in esse, che porta all'accumulo di acqua al loro interno. Le cellule si gonfiano e il loro volume aumenta, il che è accompagnato da stiramenti e spesso da microlacerazioni delle membrane del citolemma e degli organelli. La disidratazione delle cellule (ad esempio, in alcune malattie infettive che causano perdita di acqua) è caratterizzata dal rilascio di liquidi e proteine ​​in esso disciolti e di altri composti idrosolubili organici e inorganici. La disidratazione intracellulare è spesso combinata con il restringimento del nucleo, la rottura dei mitocondri e di altri organelli.

4. Danni al programma genetico o ai meccanismi per la sua attuazione.

I principali processi che portano a cambiamenti nell'informazione genetica di una cellula comprendono mutazioni, derepressione di geni patogeni (ad esempio oncogeni), soppressione dell'attività di geni vitali o introduzione nel genoma di un frammento di DNA estraneo con proprietà patogene.

Oltre ai cambiamenti nel programma genetico, un meccanismo importante per interrompere il funzionamento delle cellule è l'interruzione dell'attuazione di questo programma, principalmente nel processo di divisione cellulare durante la meiosi o la mitosi. Esistono tre gruppi di disturbi della mitosi:

1. Cambiamenti nell'apparato cromosomico
2. Danni alle strutture che supportano il processo di mitosi
3. Violazione della divisione del citoplasma e del citolemma (citotomia).

5. Disordini di regolazione di processi intracellulari.

Ciò può essere il risultato di disturbi che si sviluppano a uno dei seguenti livelli di meccanismi regolatori:

1. A livello di interazione di sostanze biologicamente attive (ormoni, neurotrasmettitori, ecc.) con i recettori cellulari. Cambiamenti nella sensibilità, numero e conformazione delle molecole recettrici, nella loro composizione biochimica o nell'ambiente lipidico nella membrana possono modificare significativamente la natura della risposta cellulare ad uno stimolo regolatorio;

2. A livello dei "secondi messaggeri" cellulari (messaggeri) delle influenze nervose, il cui ruolo è svolto dai nucleotidi ciclici - adenosina monofosfato (cAMP) e guanosina monofosfato (cGMP), che si formano in risposta all'azione di " primi messaggeri” - ormoni e neurotrasmettitori.

3. A livello delle reazioni metaboliche regolate da nucleotidi ciclici o altri fattori intracellulari.

PRINCIPALI MANIFESTAZIONI DEL DANNO CELLULARE

Le principali manifestazioni del danno cellulare includono quanto segue:

1. Distrofie
2. Displasia
3. Cambiamenti nella struttura e nella funzione degli organelli
4. Necrobiosi. Necrosi.

1. Distrofia.

La distrofia è intesa come un disordine metabolico nelle cellule, accompagnato da un disturbo della funzione, dai processi plastici e da cambiamenti strutturali che portano all'interruzione delle loro funzioni vitali.

I principali meccanismi delle distrofie includono quanto segue:

• sintesi di sostanze anormali nella cellula, ad esempio il complesso proteina amiloide-polisaccaride;
• trasformazione eccessiva di alcuni composti in altri, ad esempio grassi in carboidrati in proteine, carboidrati in grassi;
• decomposizione, ad esempio, dei complessi di membrana proteina-lipide;

Infiltrazione di cellule e sostanza intercellulare con composti organici e inorganici, ad esempio il colesterolo e i suoi esteri delle pareti arteriose nell'aterosclerosi.

Le principali distrofie cellulari comprendono proteine ​​(granulare, goccia ialina, distrofia idropica), carboidrati grassi e minerali (calcinosi, siderosi, depositi di rame nella distrofia epatocerebrale).

2. Displasia

La displasia è un disturbo dei processi di sviluppo cellulare, manifestato da cambiamenti persistenti nella struttura e nella funzione, che portano all'interruzione delle loro funzioni vitali.

La causa della displasia è il danno al genoma cellulare. I segni strutturali della displasmia sono cambiamenti nella dimensione e nella forma delle cellule, nei loro nuclei e in altri organelli, nel numero e nella struttura dei cromosomi. Di norma, le cellule sono ingrandite, hanno una forma irregolare e il rapporto tra i vari organelli è sproporzionato. Spesso in tali cellule si trovano varie inclusioni e segni di cambiamenti distrofici. Esempi di displasia cellulare includono la formazione di megaloblasti nel midollo osseo nell'anemia perniciosa, cellule falciformi ed eritrociti bersaglio nella patologia dell'emoglobina e cellule giganti multinucleate con una bizzarra disposizione della cromatina nella neurofibromatosi di Recklinghausen. La displasia cellulare è una delle manifestazioni di atipia delle cellule tumorali.

3. Cambiamenti nella struttura e nelle funzioni degli organelli cellulari quando la cellula è danneggiata.

1. Mitocondri.

Sotto l'influenza di fattori patogeni, si verifica un cambiamento nel numero totale di mitocondri e nella struttura dei singoli organelli. Molti effetti patogeni sulla cellula (ipossia, agenti tossici, compresi farmaci in caso di sovradosaggio, radiazioni ionizzanti) sono accompagnati da gonfiore e vacuolizzazione dei mitocondri, che possono portare alla rottura della loro membrana, alla frammentazione e all'omogeneizzazione delle creste. Si verifica spesso una perdita della struttura granulare e omogeneizzazione della matrice degli organelli, perdita del doppio circuito della membrana esterna e depositi di composti organici (mielina, lipidi, glicogeno) e inorganici (sali di calcio e altri cationi) nella matrice . La violazione della struttura e della funzione dei mitocondri porta ad una significativa inibizione della formazione di ATP, nonché ad uno squilibrio degli ioni Ca2+, K+, H+.

2. Nucleo.

Il danno al nucleo si esprime in un cambiamento nella sua forma, condensazione della cromatina lungo la periferia (marginazione della cromatina), interruzione del doppio circuito o rottura della membrana nucleare, sua fusione con una striscia di marginalità della cromatina.

3. Lisosomi.

Una manifestazione di danno ai lisosomi è la rottura della loro membrana o un aumento significativo della loro permeabilità che porta al rilascio e all'attivazione di enzimi idrolitici. Tutto ciò può portare all’“autodigestione” (autolisi) della cellula. La ragione di tali cambiamenti è l'accumulo di ioni idrogeno nelle cellule (acidosi intracellulare), prodotti di perossidazione lipidica, tossine e altri agenti.

4. Ribosomi.

Sotto l'influenza di agenti dannosi, si osserva il raggruppamento delle subunità ribosomiali (plistoma) in monosomi, una diminuzione del numero di ribosomi, il distacco degli organelli dalle membrane intracellulari e la trasformazione del reticolo endoplasmatico ruvido in uno liscio. Questi cambiamenti sono accompagnati da una diminuzione dell'intensità della sintesi proteica nella cellula.

5. Reticolo endoplasmatico.

Come risultato del danno, la rete di tubuli si espande, fino alla formazione di grandi vacuoli e cisterne a causa dell'accumulo di liquido al loro interno, della distruzione focale delle membrane dei tubuli della rete e della loro frammentazione. La violazione della struttura del reticolo endoplasmatico può essere accompagnata dallo sviluppo di distrofie cellulari, da un disturbo nella propagazione degli impulsi di eccitazione, dalla funzione contrattile delle cellule muscolari e dai processi di neutralizzazione dei fattori tossici (veleni, metaboliti, radicali liberi, ecc.) .).

6. Apparato del Golgi.

Il danno all'apparato del Golgi è accompagnato da cambiamenti strutturali simili a quelli del reticolo endoplasmatico. In questo caso, la rimozione dei prodotti di scarto dalla cellula viene interrotta, causando un'interruzione della sua funzione nel suo complesso.

7. Citoplasma.

L'effetto degli agenti dannosi sulla cellula può causare una diminuzione o un aumento del contenuto di liquidi nel citoplasma, proteolisi o coagulazione delle proteine ​​e la formazione di inclusioni che normalmente non si trovano. I cambiamenti nel citoplasma, a loro volta, influenzano in modo significativo i processi metabolici che si verificano in esso, a causa del fatto che molti enzimi (ad esempio la glicolisi) si trovano nella matrice cellulare, la funzione degli organelli e i processi di percezione delle influenze regolatorie sulla cella.

MECCANISMI CELLULARI DI COMPENSAZIONE DURANTE IL DANNO

1. Compensazione per disturbi nell'approvvigionamento energetico delle cellule:

• intensificazione della sintesi di ATP nel processo di glicolisi, nonché respirazione dei tessuti nei mitocondri intatti;
• attivazione dei meccanismi di trasporto dell'ATP;
• attivazione dei meccanismi di utilizzo dell'energia ATP;

2. Protezione delle membrane cellulari e degli enzimi:

• aumentare l'attività dei fattori del sistema di difesa antiossidante;
• attivazione di sistemi tampone;
• aumentare l'attività degli enzimi di disintossicazione microsomiale;
• attivazione di meccanismi per la sintesi di componenti di membrana ed enzimi;

3. Ridurre il grado o eliminare lo squilibrio di ioni e liquidi nelle cellule:

• ridurre il grado di interruzione dell'approvvigionamento energetico;
• ridurre il grado di danno alle membrane e agli enzimi;
• attivazione di sistemi tampone;

4. Eliminazione delle violazioni nel programma genetico delle cellule:

• eliminare le rotture nei filamenti di DNA;
• eliminazione di sezioni di DNA alterate;
• sintesi di un frammento di DNA normale invece di uno danneggiato o perduto;

5. Compensazione dei disturbi della regolazione dei processi intracellulari:

• cambiamento nel numero di recettori cellulari “funzionanti”;
• cambiamento nell'affinità dei recettori cellulari ai fattori regolatori;
• cambiamenti nell'attività dei sistemi adenilato e guanilato ciclasi;
• cambiamenti nell'attività e nel contenuto dei regolatori metabolici intracellulari (enzimi, cationi, ecc.);

6. Diminuzione dell'attività funzionale delle cellule.

7. Rigenerazione

8. Ipertrofia

9. Iperplasia.

1. Compensazione per disturbi nel processo di fornitura di energia alle cellule.

Uno dei modi per compensare i disturbi del metabolismo energetico dovuti al danno ai mitocondri è intensificare il processo di glicolisi. Un certo contributo alla compensazione dei disturbi nell'approvvigionamento energetico dei processi intracellulari durante il danno è dato dall'attivazione degli enzimi che trasportano e utilizzano l'energia ATP (adenina nucleotide transferasi, creatina fosfochinasi, ATPasi), nonché una diminuzione dell'attività funzionale di la cellula. Quest'ultimo aiuta a ridurre il consumo di ATP.

2. Protezione delle membrane cellulari e degli enzimi.

Uno dei meccanismi di protezione delle membrane cellulari e degli enzimi è la limitazione delle reazioni dei radicali liberi e del perossido da parte degli enzimi di difesa antiossidante (superossido mutasi, catalasi, glutatione perossidasi). Un altro meccanismo per proteggere le membrane e gli enzimi dagli effetti dannosi, in particolare gli enzimi lisosomiali, potrebbe essere l'attivazione dei sistemi tampone cellulari. Ciò provoca una diminuzione del grado di acidosi intracellulare e, di conseguenza, un'eccessiva attività idrolitica degli enzimi lisosomiali. Un ruolo importante nella protezione delle membrane cellulari e degli enzimi dai danni è svolto dagli enzimi microsomiali, che assicurano la trasformazione fisico-chimica degli agenti patogeni attraverso la loro ossidazione, riduzione, demetilazione, ecc. L'alterazione delle cellule può essere accompagnata dalla depressione dei geni e, di conseguenza, dall'attivazione dei processi di sintesi dei componenti di membrana (proteine, lipidi, carboidrati) per sostituire quelli danneggiati o persi.

3. Compensazione dello squilibrio di ioni e liquido.

La compensazione dello squilibrio del contenuto di ioni nella cellula può essere ottenuta attivando i meccanismi di approvvigionamento energetico delle “pompe” ioniche, nonché proteggendo le membrane e gli enzimi coinvolti nel trasporto degli ioni. L'azione dei sistemi tampone gioca un certo ruolo nel ridurre il grado di squilibrio ionico. L'attivazione dei sistemi tampone intracellulari (carbonato, fosfato, proteine) può aiutare a ripristinare i rapporti ottimali di ioni K+, Na+, Ca2+ attraverso un altro modo di ridurre il contenuto di ioni idrogeno nella cellula. Una diminuzione del grado di squilibrio ionico, a sua volta, può essere accompagnata da una normalizzazione del contenuto del fluido intracellulare.

4. Eliminazione delle violazioni nel programma genetico delle cellule.

Le aree danneggiate del DNA possono essere rilevate ed eliminate con la partecipazione degli enzimi di sintesi della riparazione del DNA. Questi enzimi rilevano e rimuovono la sezione alterata del DNA (endonucleasi ed enzimi di restrizione), sintetizzano un frammento di acido nucleico normale per sostituire quello cancellato (DNA polimerasi) e inseriscono questo frammento appena sintetizzato al posto di quello cancellato (ligasi). Oltre a questi complessi sistemi enzimatici di riparazione del DNA, la cellula contiene enzimi che eliminano i cambiamenti biochimici “su piccola scala” nel genoma. Questi includono le demetilasi, che rimuovono i gruppi metilici, e le ligasi, che eliminano le rotture nelle catene del DNA causate da radiazioni ionizzanti o radicali liberi.

5. Compensazione dei disturbi dei meccanismi di regolazione dei processi intracellulari.

Questi tipi di reazioni includono: un cambiamento nel numero di recettori per ormoni, neurotrasmettitori e altre sostanze fisiologicamente attive sulla superficie cellulare, nonché la sensibilità dei recettori a queste sostanze. Il numero di recettori può cambiare a causa del fatto che le loro molecole sono in grado di affondare nella membrana o nel citoplasma della cellula e salire sulla sua superficie. La natura e la gravità della risposta ad essi dipendono in gran parte dal numero e dalla sensibilità dei recettori che percepiscono gli stimoli regolatori.

L'eccesso o la carenza di ormoni e neurotrasmettitori o i loro effetti possono essere compensati anche a livello dei secondi messaggeri: i nucleotidi ciclici. È noto che il rapporto tra cAMP e cGMP cambia non solo a causa dell'azione di stimoli regolatori extracellulari, ma anche di fattori intracellulari, in particolare fosfodiesterasi e ioni calcio. La violazione dell'attuazione degli influssi regolatori sulla cellula può anche essere compensata a livello dei processi metabolici intracellulari, poiché molti di essi si verificano sulla base della regolazione del tasso metabolico in base alla quantità del prodotto della reazione enzimatica (il principio di positivo o feedback negativo).

6. Diminuzione dell'attività funzionale delle cellule.

Come risultato della diminuzione dell'attività funzionale delle cellule, viene assicurata una diminuzione del consumo di energia e di substrati necessari per l'implementazione delle funzioni e dei processi plastici. Di conseguenza, il grado e l'entità del danno cellulare dovuto all'azione del fattore patogeno sono significativamente ridotti e, dopo la cessazione della sua azione, si osserva un ripristino più intenso e completo delle strutture cellulari e delle loro funzioni. I principali meccanismi che forniscono una diminuzione temporanea della funzione cellulare comprendono una diminuzione degli impulsi efferenti dai centri nervosi, una diminuzione del numero o della sensibilità dei recettori sulla superficie cellulare, la soppressione regolatoria intracellulare delle reazioni metaboliche e la repressione dell'attività dei singoli geni .

7. Rigenerazione

Questo processo implica la sostituzione delle cellule o delle loro singole strutture per sostituire quelle morte, danneggiate o che hanno completato il loro ciclo vitale. La rigenerazione delle strutture è accompagnata dal ripristino delle loro funzioni. Esistono forme di rigenerazione cellulare e intracellulare. Il primo è caratterizzato dalla riproduzione cellulare tramite mitosi o amitosi. Il secondo è il ripristino degli organelli cellulari invece di quelli danneggiati o morti. La rigenerazione intracellulare, a sua volta, è divisa in organoide e intraorganoide. Per rigenerazione organoide intendiamo il ripristino e l'aumento del numero delle strutture subcellulari, e per rigenerazione intraorganoide intendiamo il numero dei loro singoli componenti (aumento delle creste nei mitocondri, lunghezza del reticolo endoplasmatico, ecc.).

8. Ipertrofia.

L'ipertrofia è un aumento del volume e della massa degli elementi strutturali di un organo o di una cellula. L'ipertrofia degli organelli cellulari intatti compensa l'interruzione o l'insufficienza della funzione dei suoi elementi danneggiati.

9. Iperplasia.

L'iperplasia è caratterizzata da un aumento del numero di elementi strutturali, in particolare degli organelli nella cellula. Spesso nella stessa cellula si osservano segni sia di iperplasia che di ipertrofia. Entrambi questi processi forniscono non solo la compensazione del difetto strutturale, ma anche la possibilità di un aumento del funzionamento cellulare.

I principali meccanismi adattativi intracellulari durante il danno includono quanto segue:

1) Compensazione dei disturbi nell'approvvigionamento energetico della cella.

2) Protezione delle membrane cellulari e degli enzimi.

3) Ridurre o eliminare lo squilibrio di ioni e liquidi nella cellula.

4) Eliminazione delle violazioni nel programma genetico delle cellule.

5) Compensazione dei disturbi dei meccanismi di regolazione dei processi intracellulari.

6) Diminuzione dell'attività funzionale delle cellule.

7) Rigenerazione.

8) Ipertrofia.

9) Iperplasia.

1. Compensazione dei disturbi nell'approvvigionamento energetico della cellula. Il danno cellulare è accompagnato da disturbi nel metabolismo energetico ed è espresso da una diminuzione della produzione di ATP durante la respirazione dei tessuti. Questo serve come segnale per la formazione dei seguenti processi.

1) Aumento della produzione di ATP durante la glicolisi.

2) Intensificazione dell'accoppiamento tra ossidazione e fosforilazione.

3) Attivazione di enzimi per il trasporto e l'utilizzo dell'energia ATP.

4) Diminuzione dell'attività funzionale della cellula.

2. Protezione della membrana E enzimi celle è la seguente:

1) aumentare l'attività dei fattori del sistema antiossidante mediante gli enzimi superossido dismutasi, catalasi, glutatione perossidasi.

2) attivazione dei sistemi tampone - riduzione dell'acidosi e riduzione dell'attività idrolitica degli enzimi lisosomiali;

3) aumentare l'attività degli enzimi di disintossicazione microsomiale attraverso ossidazione, riduzione, demetilazione, ecc.

4) attivazione di meccanismi per la sintesi di componenti di membrana ed enzimi.

3. Compensazione dello squilibrio ionico E liquidi. Quest'ultimo viene effettuato

1) attivando il meccanismo della pompa ionica:

2) coinvolgimento dei sistemi buffer nel processo,

3) ristrutturazione del metabolismo con attivazione del sistema della glicolisi, degradazione del glicogeno e rilascio di ioni potassio. Tutti i meccanismi di cui sopra aiutano a ripristinare la concentrazione di potassio, sodio, calcio e altri ioni all'esterno e all'interno della cellula.

4. Eliminazione delle violazioni V programma genetico della cellula. Il significato di questo meccanismo è:

1) rilevamento di sezioni di DNA danneggiate;

2) rimozione del tratto di DNA alterato mediante enzimi di restrizione (endonucleasi);

3) sintesi di un normale frammento di DNA utilizzando l'enzima DNA polimerasi;

4) inserimento di un frammento di DNA sintetizzato per sostituire quello danneggiato utilizzando gli enzimi ligasi

5. Compensazione per meccanismi regolatori compromessi processi intracellulari. Consiste nel modificare il numero di recettori cellulari funzionanti;

cambiare l'affinità dei recettori cellulari per fattori regolatori: ormoni, mediatori, intermediari;

cambiamenti nell'attività dell'AMP ciclico e del GMP;

cambiamento nell'attività dei metaboliti regolatori (enzimi, cationi e altre sostanze).

6. Diminuzione dell'attività funzionale delle cellule.

Garantisce la limitazione del consumo di energia e di substrati necessari per la realizzazione dei processi funzionali e plastici. Meccanismi specifici possono essere:

riduzione degli impulsi efferenti dei centri nervosi che regolano la funzione cellulare;

diminuzione del numero o della sensibilità dei recettori sulla superficie cellulare;

soppressione regolatoria intracellulare delle reazioni metaboliche;

repressione dell'attività dei singoli geni.

7. Rigenerazione(rigeneratio – rinascita, ripristino) significa la sostituzione di cellule o singole strutture cellulari per sostituire quelle morte, danneggiate o che hanno completato il loro ciclo vitale. Esistono forme di rigenerazione cellulare e intracellulare. La rigenerazione cellulare è caratterizzata dalla proliferazione delle cellule attraverso la mitosi o l'amitosi. La rigenerazione intracellulare si manifesta con il ripristino degli organelli: mitocondri, reticolo endoplasmatico e altri componenti invece di quelli danneggiati o morti.

8. Ipertrofia(iper - eccessivamente, allargato, trofeo - nutrire) un aumento del volume e della massa degli elementi strutturali, comprese le cellule stesse. L'ipertrofia degli organelli cellulari intatti compensa l'interruzione o l'insufficienza della funzione dei suoi elementi danneggiati. Ad esempio, l'ipertrofia dei mitocondri nelle cellule di quei tessuti che sono stati sottoposti a ripetuta esposizione a moderata ipossia può fornire un adeguato apporto energetico ai processi intracellulari anche in condizioni di apporto di ossigeno significativamente limitato e ridurrà o preverrà ulteriori danni cellulari.

9. Iperplasia(iper - eccessivamente, plaseo - forma) è caratterizzata da un aumento del numero di elementi strutturali, in particolare organelli, nella cellula. Spesso nella stessa cellula si osservano segni sia di ipertrofia che di iperplasia. Entrambi i processi forniscono non solo la compensazione del difetto strutturale, ma anche la possibilità di un migliore funzionamento cellulare.

Esistono meccanismi intercellulari per l'adattamento delle cellule quando sono danneggiate. Tuttavia, questo capitolo è associato al coinvolgimento di molti meccanismi di compensazione, compresi i sistemi di regolamentazione, che vengono discussi nei capitoli corrispondenti di fisiopatologia.

L'effetto dei fattori patogeni su una cellula è accompagnato dall'attivazione di varie reazioni e processi volti ad eliminare o ridurre il grado di danno e le sue conseguenze, oltre a garantire la resistenza cellulare al danno. La combinazione di queste reazioni garantisce l'adattamento (adattamento) della cellula alle mutate condizioni della sua vita. In questa situazione il compito del medico è quello di stimolare i sistemi di difesa della cellula.

Qualsiasi danno. cellule provoca cambiamenti specifici e non specifici di vari gradi di gravità,

Specifica. i cambiamenti nelle cellule in caso di danno sono caratteristici di questo fattore patogeno quando agisce su varie cellule. Pertanto, un aumento della pressione osmotica in una cellula è accompagnato dalla sua iperidratazione, dallo stiramento delle membrane e dalla violazione della loro integrità. Sotto l'influenza dei disaccoppianti dell'ossidazione e della fosforilazione, l'accoppiamento di questi processi viene ridotto o bloccato e l'efficienza dell'ossidazione biologica diminuisce. Un aumento del livello dell'ormone aldosterone della corteccia surrenale nel sangue porta all'accumulo di Na + nella cellula.

Cambiamenti aspecifici nelle cellule si riscontrano durante l'alterazione di vari tipi di cellule e l'azione su di esse di un'ampia gamma di agenti patogeni: ipossia, acidosi, eccessiva attivazione delle reazioni dei radicali liberi e del perossido; denaturazione delle molecole proteiche; aumentare la permeabilità delle membrane cellulari; squilibrio di ioni e acqua. Il complesso delle reazioni adattative delle cellule è convenzionalmente suddiviso in intracellulare e intercellulare o sistemico.

I meccanismi di adattamento intracellulare comprendono le seguenti reazioni e processi: compensazione dei disturbi nell'approvvigionamento energetico della cellula; protezione delle membrane cellulari e degli enzimi; ridurre la gravità o eliminare lo squilibrio di ioni e acqua nella cellula; eliminazione dei difetti nel programma genetico della cellula e meccanismi per la sua attuazione; compensazione dei disturbi dei meccanismi di regolazione dei processi intracellulari; diminuzione dell'attività funzionale delle cellule; rigenerazione; ipertrofia; iperplasia.

I meccanismi intercellulari (sistemici) di adattamento al danno sono caratterizzati da una maggiore interazione tra le cellule. Questa interazione viene effettuata nei seguenti modi: scambio di metaboliti, sostanze biologicamente attive locali - citochine, ioni; cambiamento nella linfa e circolazione sanguigna; influenze endocrine; effetti nervosi.

Tutte le diverse reazioni protettive e compensative della cellula in risposta al suo danno sono divise in due gruppi:

1) reazioni volte a ripristinare l'omeostasi intracellulare disturbata: a) attivazione di meccanismi di trasporto attivo di sostanze (pompe Na-K-Ca, meccanismi di scambio Na-Ca, Na-H, trasporto microcircolare); b) potenziare la rigenerazione degli antiossidanti; c) legame degli acidi grassi liberi (sintesi dei trigliceridi); d) adattamento della sintesi di proteine, acidi nucleici, fosfolipidi. Una condizione indispensabile per l'attuazione di questi meccanismi è un apporto energetico sufficiente alla cellula. Ciò si ottiene aumentando l’intensità del metabolismo energetico (attivazione della glicolisi, respirazione cellulare, ciclo pentoso) e la ridistribuzione delle risorse energetiche disponibili nella cellula

2) reazioni mirate a creare il riposo funzionale della cellula danneggiata. Il loro obiettivo è eliminare possibili ulteriori cambiamenti nell'omeostasi intracellulare sotto l'influenza di fattori di disturbo fisiologici (stabilizzazione del danno) e ridurre al minimo i costi energetici per l'esecuzione di specifiche funzioni cellulari. Tali reazioni includono:

a) la formazione di prostaglandine da parte della cellula e il loro blocco dei recettori β-adrenergici;

b) inibizione dell'adenilato ciclasi e aumento dell'attività della fosfodiesterasi, che distrugge il cAMP;

c) la formazione di adenosina, un bloccante naturale dei canali del Ca.

Argomento 1

Fisiologia cellulare patologica

Scopo della lezione: Studiare l'eziologia, i meccanismi di sviluppo e manifestazione del danno cellulare.

La fisiologia patologica studia l'attività vitale di un organismo malato. Il suo compito principale è studiare i modelli più generali di sviluppo della malattia.

Per comprendere il complesso processo specifico della malattia, è necessario iniziare la sua analisi con disturbi tipici e non specifici, prima di tutto a livello base, a livello cellulare. Il danno cellulare è uno dei principali meccanismi per lo sviluppo di molti processi patologici che si verificano sotto l'influenza di fattori fisici, chimici e biologici. Il danno alle cellule è direttamente correlato alla disfunzione dei tessuti, degli organi e al funzionamento del corpo nel suo complesso. Allo stesso tempo, il danno cellulare contiene meccanismi protettivi e compensatori volti ad eliminare sia il fattore patogeno che le conseguenze della sua azione.

Lo sviluppo di metodi di ricerca morfologici, funzionali e biochimici ha contribuito allo studio dei meccanismi di base e dei modelli di danno cellulare a livello subcellulare e molecolare. E questo, a sua volta, consente di rivelare l'essenza della patogenesi di molte malattie, che determina il significato di questo argomento nel corso dello studio della fisiologia patologica.

Processi compensativi e adattativi nella cellula quando è danneggiata

Processi compensativi-adattivi – si tratta di cambiamenti morfologici e funzionali dell'organismo volti a reintegrare le funzioni perdute. A differenza del danno, questi processi sono accompagnati da un aumento o normalizzazione del livello di attività vitale e garantiscono l’adattamento del corpo alle mutate condizioni di esistenza in condizioni patologiche. I processi adattivi-compensativi includono:

· Ipertrofia – un aumento delle dimensioni di un organo o tessuto dovuto all'aumento delle dimensioni di ciascuna cellula.

· Iperplasia – aumento delle dimensioni di un organo o tessuto a seguito dell'aumento del numero delle cellule che lo costituiscono.

· Rigenerazione – ripristino (compensazione) di elementi strutturali del tessuto per sostituire quelli perduti.

· Organizzazione - sostituzione di tessuti non vitali e corpi estranei con tessuto connettivo.

· Metaplasia – transizione da un tipo di tessuto all'altro all'interno di uno strato germinale.

Meccanismi di adattamento cellulare durante il danno

Risarcimento per violazioni energetiche

· aumento della risintesi di ATP;

· attivazione del trasporto ATP;

· attivazione di meccanismi di riciclaggio.

2.Protezione delle membrane cellulari e degli enzimi:

· Aumento dei fattori di protezione antiossidante.

· Attivazione del sistema tampone.

· Aumento dell'attività di detossificazione enzimatica dei microsomi.

· Attivazione di meccanismi di riparazione di componenti di membrana ed enzimi.

3. Ridurre il grado o eliminare lo squilibrio degli ioni fluidi nelle cellule:

· Riduzione del grado di interruzione dell'alimentazione elettrica.

· Ridotti danni alle membrane e agli enzimi.

· Attivazione di sistemi tampone.

4. Eliminazione delle violazioni del programma genetico:

· Eliminazione delle rotture nei filamenti del DNA (attivazione degli enzimi di sintesi riparativi del DNA).

· Eliminazione (blocco) della sezione di DNA alterata (endonucleasi - rilevano e rimuovono la sezione di DNA alterata);

· Sintesi di un frammento di DNA normale invece di uno danneggiato o perduto (DNA polimerasi - sintetizzano un frammento normale di acido nucleico per sostituire quello cancellato; ligasi - inseriscono un frammento appena sintetizzato al posto di quello cancellato).

5. Compensazione dei disturbi dei meccanismi di regolazione dei processi intracellulari:

· Cambiamento nel numero di recettori funzionanti;

· Cambiamenti nell'affinità dei recettori cellulari verso fattori regolatori;

· Cambiamenti nell'attività dei sistemi adenilato e guanilato ciclasi;

· Cambiamenti nell'attività e nel contenuto dei regolatori metabolici intracellulari.

6. Diminuzione dell'attività funzionale della cellula:

· Riduzione degli impulsi effettori provenienti dai centri nervosi;

· Ridotto numero o sensibilità dei recettori;

· Soppressione intracellulare delle reazioni metaboliche;

· Repressione dell'attività dei singoli geni.

7. Rigenerazione:

· Cellulare (mitosi, amitosi);

· Restauro degli organelli (mitocondri, ER, nucleo).

8. Ipertrofia.

9. Iperplasia.

Meccanismi di adattamento cellulare quando danneggiato

L'effetto dei fattori patogeni su una cellula è accompagnato dall'attivazione (o inclusione) di varie reazioni e processi volti ad eliminare o ridurre il grado di danno e le sue conseguenze, oltre a garantire la resistenza cellulare al danno. La combinazione di queste reazioni garantisce l'adattamento (adattamento) della cellula alle mutate condizioni della sua vita.

Il complesso delle reazioni cellulari adattative è convenzionalmente suddiviso in intracellulare e intercellulare (Fig. 5– 21 ).

21 Meccanismi di adattamento cellulare quando è danneggiato"

Riso. 5–21 .Meccanismi di adattamento cellulare quando danneggiato.

Meccanismi adattativi intracellulari

I meccanismi adattativi intracellulari includono le seguenti reazioni e processi.

Tabella di disposizione Y

Indennizzo per interruzioni della fornitura di energia

I meccanismi per compensare i disturbi nell'approvvigionamento energetico della cellula sono mostrati in Fig. 5- 22 .

LAYOUT inserire file “PF Fig 05” 22 Meccanismi di compensazione dei disturbi nell'approvvigionamento energetico della cellula"

Riso. 5–22 .Meccanismi di compensazione dei disturbi nell'approvvigionamento energetico di una cellula quando è danneggiata.

Quando una cellula è danneggiata, di norma, i mitocondri vengono danneggiati in misura maggiore o minore e la risintesi di ATP durante la respirazione dei tessuti viene ridotta. Questi cambiamenti servono da segnale per l'attivazione di meccanismi di compensazione: – aumento della produzione di ATP nel sistema glicolitico; – aumento dell’attività degli enzimi coinvolti nei processi di ossidazione e fosforilazione (con un grado di danno cellulare debole o moderato); – attivazione degli enzimi di trasporto energetico dell'ATP (adenina nucleotide transferasi, CPK); – aumentare l’efficienza degli enzimi di utilizzo dell’energia ATP (ATPasi); – restrizioni sull’attività funzionale della cellula; – riducendo l’intensità dei processi plastici nella cellula.

Protezione delle membrane e degli enzimi

La protezione delle membrane cellulari e degli enzimi è effettuata da quelli indicati in Fig. 5- 23 meccanismi.

LAYOUT inserire file “PF Fig 05” 23 Meccanismi di protezione delle membrane cellulari e degli enzimi"

Riso. 5–23 .Meccanismi di protezione delle membrane cellulari e degli enzimi quando danneggiati. AOD - fattori di protezione antiossidante.

Pertanto, gli enzimi di difesa antiossidanti (SOD, che inattiva i radicali O 2; catalasi e glutatione perossidasi, che scompongono rispettivamente H 2 O 2 e lipidi) riducono gli effetti patogeni delle reazioni dei radicali liberi e del perossido; l'attivazione dei sistemi tampone cellulari porta ad una diminuzione dell'acidosi intracellulare (una conseguenza dell'acidosi è l'eccessiva attività idrolitica degli enzimi lisosomiali); l'aumento dell'attività degli enzimi microsomiali (in particolare degli enzimi del reticolo endoplasmatico) migliora la trasformazione fisico-chimica degli agenti patogeni attraverso la loro ossidazione, riduzione, demetilazione, ecc.; la depressione dei geni determina l'attivazione della sintesi dei componenti della membrana (proteine, lipidi, carboidrati) per sostituire quelli danneggiati o persi.

Elimina/riduci lo squilibrio ione-liquido

I meccanismi per ridurre la gravità o eliminare lo squilibrio di ioni e acqua nella cellula sono mostrati in Fig. 5- 24 .

DISPOSIZIONE EG Figura 5– 24

LAYOUT inserire file “PF Fig 05” 24 Meccanismi per ridurre il grado di squilibrio ionico"

Riso. 5–24 .Meccanismi per ridurre il grado (eliminazione) dello squilibrio di ioni e acqua nella cellula quando è danneggiata.

Una significativa riduzione del grado di disturbi dello scambio di fluidi e ioni è assicurata da: – attivazione dei processi di approvvigionamento energetico delle pompe ioniche; – aumento dell’attività degli enzimi coinvolti nel trasporto degli ioni; – cambiamenti nell’intensità e nella natura del metabolismo (ad esempio, l’aumento della glicolisi è accompagnato dal rilascio di K +, il cui contenuto nelle cellule danneggiate è ridotto a causa della maggiore permeabilità delle loro membrane); – normalizzazione dei sistemi tampone intracellulari (ad esempio, l’attivazione di carbonato, fosfato, tamponi proteici aiuta a ripristinare il rapporto ottimale nel citosol e nella distribuzione transmembrana degli ioni K + , Na + , Ca 2+ e altri, in particolare, riducendo [H + ] nella cella). È stato dimostrato che una diminuzione del grado di squilibrio ionico, a sua volta, può essere accompagnata dalla normalizzazione del contenuto e della circolazione del fluido intracellulare, del volume delle cellule e dei loro organelli.

Eliminazione dei difetti genetici

I meccanismi per eliminare i difetti nel programma genetico della cellula e nell’espressione genica sono presentati in Fig. 5- 25 .

LAYOUT inserire file “PF Fig 05” 25 Eliminazione dei difetti nel programma genetico della cellula"

Riso.5–25 .Eliminazione dei difetti nel programma genetico della cellula e meccanismi per la sua attuazione.

L'eliminazione dei cambiamenti su piccola scala nel genoma viene effettuata dalle demetilasi. Rimuovono i gruppi metilici e le ligasi, eliminano le rotture nelle catene del DNA che si verificano sotto l'influenza di radiazioni ionizzanti, radicali liberi, ecc. La riparazione del DNA, sia l'escissione che la ricombinazione, è di particolare importanza. L'eliminazione dei disturbi nei meccanismi di attuazione del programma genetico della cellula può normalizzare nucleo e citotomia, trascrizione, traduzione, ecc.

Normalizzazione dei meccanismi regolatori dei processi intracellulari

Le reazioni che compensano i disturbi nei meccanismi attraverso i quali la cellula percepisce le influenze regolatorie sono mostrate in Fig. 5- 26 .

LAYOUT inserire file “PF Fig 05” 26 Meccanismi di compensazione dei disturbi della regolazione cellulare"

Riso. 5–26 .Meccanismi di compensazione dei disturbi della regolazione cellulare in caso di danneggiamento.

Inoltre, in una cellula danneggiata, i meccanismi di feedback nelle vie metaboliche vengono interrotti (ad esempio, la concentrazione dei prodotti finali, secondo il principio del feedback positivo o negativo, modifica l'attività degli enzimi all'inizio della catena).

Ottimizzazione dell'attività funzionale delle cellule

Un importante meccanismo di protezione cellulare è la diminuzione dell’espressione o la completa cessazione delle funzioni specifiche della cellula. Ciò consente di ridistribuire le risorse e quindi aumentare la capacità della cellula di adattarsi per compensare i cambiamenti causati da un fattore dannoso. Allo stesso tempo, l’energia spesa per svolgere una specifica funzione cellulare consente alla cellula di compensare più facilmente i cambiamenti metabolici causati da un fattore dannoso. Di conseguenza, il grado e l'entità del danno cellulare dovuto all'azione del fattore patogeno sono significativamente ridotti e, dopo la cessazione della sua azione, si osserva un ripristino più intenso e completo delle strutture cellulari e delle loro funzioni. I principali meccanismi che garantiscono una temporanea diminuzione della funzione cellulare comprendono: – una diminuzione degli impulsi effettori provenienti dai centri nervosi; – riduzione del numero o della sensibilità dei recettori sulla superficie cellulare; – soppressione regolatoria intracellulare delle reazioni metaboliche; – repressione dell’attività dei singoli geni.

Tipici cambiamenti adattativi durante il danno cellulare

L'adattamento cellulare in condizioni di danno non avviene solo a livello metabolico e funzionale. Danni prolungati, ripetuti o significativi portano a cambiamenti strutturali significativi nella cellula, che hanno un significato adattativo. Tale adattamento all'azione dei fattori dannosi avviene attraverso cambiamenti adattativi tipici della cellula o del sistema cellulare (atrofia, ipertrofia, iperplasia, metaplasia, displasia). Ad esempio, in condizioni di ristagno venoso cronico nel fegato, la carenza di ossigeno degli epatociti è accompagnata dalla loro atrofia. I processi di atrofia, ipertrofia, iperplasia e rigenerazione sono discussi nelle "Appendici" (vedere il "Libro di riferimento dei termini" sul CD).

Proteine ​​da shock termico

Quando una cellula è esposta a fattori dannosi (sbalzi di temperatura, ipossia, fattori chimici, infezioni virali, ecc.), la sintesi delle proteine ​​da shock termico (HSP, da Heat Shock Proteins; altrimenti note come proteine ​​dello stress) viene intensificata. Questo può proteggere la cellula dai danni e prevenirne la morte. I più comuni sono gli HSP con M r 70.000 (hsp70) e 90.000 (hsp90).

Il meccanismo d'azione di queste proteine ​​è vario e consiste nel regolare l'assemblaggio, il ripiegamento e lo spiegamento di altre proteine. Pertanto, le proteine ​​dello stress prevengono l’accumulo di aggregati proteici nella cellula. Un esempio di maggiore resistenza dovuta alle proteine ​​da shock termico sono le cellule tumorali che esprimono livelli aumentati di HSP70, che le protegge dai danni e dalla morte.

Meccanismi adattativi INTERCELLULARI

I meccanismi intercellulari (sistemici) di adattamento al danno sono caratterizzati dall'interazione delle cellule tra loro. Questa interazione avviene in diversi modi: – scambio di metaboliti e sostanze biologicamente attive locali (ad esempio citochine o ioni; – sviluppo di reazioni immunitarie; – cambiamenti nella circolazione linfatica e sanguigna o influenze neuroendocrine.

Esempi di reazioni adattative

Per l'ipossia sistemica La diminuzione dei livelli di ossigeno nel sangue può causare danni alle cellule, principalmente al cervello. Ciò stimola di riflesso (attraverso l'irritazione dei chemocettori) l'attività del centro respiratorio. Di conseguenza il volume della ventilazione alveolare aumenta, che elimina o riduce la mancanza di ossigeno nel sangue e nei tessuti.

Danno cellulare in condizioni di ipoglicemia può essere ridotto a seguito di una reazione adattativa: un aumento della produzione di ormoni che promuovono aumento della glicemia (GPC) e il suo trasporto nelle cellule: glucagone, adrenalina, glucocorticoidi, ormone somatotropo (GH), ecc.

Diminuzione dell'afflusso di sangue (ischemia). di qualsiasi area del tessuto, di regola, è accompagnato da un aumento compensatorio del flusso sanguigno ai tessuti attraverso i vasi collaterali (bypass).

Fattori patogeni di natura antigenica attivare i meccanismi di difesa immunitaria: il sistema di sorveglianza immunobiologica con l’aiuto di fagociti, anticorpi e/o linfociti T inattiva gli antigeni endo ed esogeni che possono danneggiare le cellule dell’organismo.

Questi ed altri sistemi garantiscono normalmente una risposta adeguata dell'organismo nel suo complesso alle varie influenze di origine endogena ed esogena.

In condizioni patologiche, partecipano all'attuazione di meccanismi di protezione, compensazione e ripristino delle strutture danneggiate e delle funzioni compromesse di cellule, organi e tessuti.

Aumento della resistenza cellulare ai danni

Le misure e i mezzi per aumentare attivamente la resistenza delle cellule intatte all'azione di fattori patogeni e per stimolare i meccanismi adattativi in ​​caso di danno cellulare sono mostrati in Fig. 5- 27.

LAYOUT DI EG A mio parere, Figura 5– 27 troppo ampio, il testo deve essere riorganizzato. Ho chiesto a Sergej Ivanovic.

LAYOUT inserire file “PF Fig 05” 27 Misure per ridurre il grado di danno cellulare"

Riso. 5–27 .Misure per ridurre la laurea(eliminando)danno cellulare.

Misure preventive e terapeutiche per il danno cellulare

Gli agenti volti a proteggere le cellule intatte dai danni (preventivi) o a stimolare i meccanismi adattativi durante la loro alterazione (terapeutici) si dividono in non farmacologici, farmacologici e combinati.

Rimedi non farmacologici utilizzato principalmente per prevenire danni cellulari. Questi agenti aumentano la resistenza delle cellule degli organi e dei tessuti, nonché dell'organismo nel suo complesso, a una serie di agenti patogeni. Ad esempio, allenare il corpo (secondo un determinato schema) con ipossia moderata, fattori di stress, attività fisica e raffreddamento aumenta la resistenza a ipossia significativa, ischemia, freddo, agenti infettivi, radiazioni ionizzanti e altri agenti. A questo proposito, l'allenamento con questi e altri influssi viene utilizzato per prevenire danni cellulari in varie malattie e anche come uno dei metodi per stimolare i processi riparativi.

L'aumento della resistenza cellulare durante l'allenamento si basa sull'aumento dell'affidabilità e della potenza dei sistemi regolatori, dei meccanismi di approvvigionamento energetico e plastico delle cellule, delle loro reazioni compensatorie, riparatrici e protettive, della riparazione del DNA, dei meccanismi di sintesi proteica, dei processi di formazione di strutture subcellulari e altri cambiamenti che garantiscono una maggiore resistenza delle cellule agli agenti dannosi.

Medicinali utilizzato principalmente per attivare meccanismi adattativi dopo l'esposizione ad un agente patogeno. La maggior parte dei farmaci viene utilizzata a scopo di terapia etiotropica o patogenetica. I principali effetti volti a ridurre la forza dell'effetto patogeno sulle cellule e/o a bloccare il meccanismo di sviluppo del processo patologico comprendono: – ridurre il grado o eliminare i disturbi nei processi di fornitura di energia alle cellule; – protezione del loro apparato di membrana e degli enzimi; – correzione e protezione dei meccanismi di trasporto transmembrana, distribuzione degli ioni intracellulari e controllo del volume cellulare; –prevenzione dei danni all'apparato genetico della cellula; – correzione dei meccanismi di regolazione e integrazione dei processi intracellulari.

Effetti combinati dare il massimo effetto: sia terapeutico che preventivo.

Principi generali di terapia e prevenzione del danno cellulare

I principi generali di terapia e prevenzione comprendono principi etiotropici, patogenetici e sanogenetici.

Effetti etiotropici eliminare, arrestare, ridurre la forza e/o la durata dell'azione dei fattori patogeni sulle cellule e anche eliminare le condizioni favorevoli all'attuazione di questa azione.

Misure sanogenetiche hanno l'obiettivo di attivare meccanismi di adattamento (compensazione, protezione, ripristino e adattamento delle cellule) alle mutate condizioni.

Effetti patogenetici hanno lo scopo di rompere i collegamenti nel meccanismo di sviluppo (patogenesi) del processo patologico. Quando le cellule sono danneggiate, correggono e/o stimolano i meccanismi di fornitura di energia alle cellule, proteggono le loro membrane ed enzimi, i meccanismi di trasporto transmembrana, la distribuzione intracellulare degli ioni e il controllo del volume cellulare, prevengono l'azione di fattori che causano cambiamenti nel apparato genetico delle cellule e modificare le influenze regolatorie sulle cellule.

Principi, obiettivi ed esempi di misure per correggere e proteggere i meccanismi di approvvigionamento energetico cellulare con la loro alterazione sono riportati nella tabella. 5–4.

Layout Tabella 5‑4

Tabella 5–4.Principi di correzione e protezione dei meccanismi di approvvigionamento energetico delle cellule quando sono danneggiate

I principi	Obiettivi	Esempi
Forniscono il trasporto di O 2, substrati metabolici nelle cellule e intensificano la risintesi di ATP in esse
	Aumentare l'apporto di ossigeno, glucosio, acidi grassi e altri substrati alle cellule.	Inalazione di ossigeno; miscela di glucosio-insulina-potassio
	Facilitare e stimolare il trasferimento transmembrana di O 2 e substrati metabolici nelle cellule e nei mitocondri.	Ialuronidasi; carnitina
	Stimolare la risintesi dell'ATP durante la glicolisi e la respirazione dei tessuti	Antiipoxanti
Ridurre il consumo energetico nelle celle	Ridurre il livello di funzionalità cellulare	Farmaci che bloccano gli effetti del sistema simpatico-surrenale (bloccanti adrenergici); Sostanze che inibiscono l'attività delle fosfodiesterasi; Farmaci che riducono l'attività delle proteine ​​chinasi; Antagonisti del calcio; ipotermia
Proteggere gli enzimi e le membrane degli organelli coinvolti nella risintesi, nel trasporto e nell'utilizzo dell'energia ATP	(vedi tabella 4–5)	(vedi tabella 4–5)

Proteggere le membrane cellulari e gli enzimi

Obiettivi d'azione ed esempi di farmaci per protezione delle membrane cellulari e degli enzimi sono riportati in tabella. 5–5.

Layout Tabella 5‑5

Tabella 5–5.Protezione delle membrane cellulari e degli enzimi in caso di danneggiamento

Obiettivi	Esempi
Reazioni dei radicali liberi e dei lipoperossidi
Ridurre la formazione di radicali liberi e prodotti tossici della perossidazione lipidica mediante:
aumentare l'utilizzo di O 2 da parte dei mitocondri e aumentare l'accoppiamento di ossidazione e fosforilazione;	Antiipoxanti, Carotene (retinolo); riboflavine
eliminazione e disintossicazione dai radicali liberi	Antiossidanti (SOD, tocoferoli, mannitolo)
distruzione e (o) inattivazione dei perossidi organici e inorganici	Glutatione perossidasi, glutatione transferasi, catalasi
Idrolasi
Ridurre il grado di alterazione delle membrane cellulari e degli enzimi	Antagonisti del calcio Bloccanti delle fosfolipasi, lipasi, proteasi (delagil, nicotinamide, ecc.)
Membrane lisosomiali
Prevenire il rilascio di idrolasi in eccesso dai lisosomi	Farmaci stabilizzatori di membrana (glucocorticoidi, FANS) Antiossidanti

Obiettivi, esempi di attività e gruppi di farmaci utilizzati correzione e protezione dei meccanismi di scambio ionico e di fluidi sono riportati in tabella. 5-6.

L'eliminazione dello squilibrio degli ioni nella cellula, di norma, è accompagnata dalla normalizzazione del contenuto di acqua al suo interno e non richiede un trattamento speciale. Tuttavia, per una serie di malattie sono necessari farmaci che riducano il contenuto totale di liquidi nel corpo, compreso il liquido intracellulare, ad esempio i diuretici (Tabella 5-6).

Layout Tabella 5‑6

Tabella 5–6.Principi di correzione e protezione dei meccanismi di trasporto ionico e di controllo del volume cellulare

Obiettivi	Esempi
Trasporto transmembrana e distribuzione intracellulare degli ioni
Ridurre la perdita di K+ e l'accumulo di Na+, Ca 2+ e acqua nelle cellule	Agenti che regolano il trasferimento transmembrana di K + e Na + (ad esempio lidocaina, mexitil, strofantina, farmaci contenenti K +, ecc.) Farmaci che inibiscono il trasporto di Ca 2+ attraverso le membrane (calcio antagonisti) Soluzioni osmoticamente attive e tamponate (bicarbonati, fosfati, mannitolo, soluzione ipertonica di glucosio)
Fornitura di energia alle cellule
Vedi la tabella 4–4	Vedi la tabella 4–4
]Stato delle membrane cellulari e degli enzimi
Vedi la tabella 4–5	Vedi la tabella 4–5

Per prevenire l'azione di fattori che causano cambiamenti nell'apparato genetico cellule: – adottare misure organizzative e igieniche speciali (indossare indumenti speciali, proteggere le sorgenti di radiazioni radioattive); – vengono utilizzati farmaci che aumentano la resistenza delle cellule dell’organismo all’azione di fattori mutageni, principalmente radiazioni ionizzanti. Queste sostanze sono chiamate radioprotettori (farmaci radioprotettivi o anti-radiazioni). Protettori radiofonici(a seconda della loro origine e del meccanismo d'azione) si dividono in biologici e farmacologici. Radioprotettori biologici aumentare la radioresistenza delle cellule del corpo attivando meccanismi aspecifici e riducendo la sensibilità delle cellule ai fattori mutageni. A questo proposito, vengono utilizzati principalmente a scopo profilattico. Come radioprotettori biologici vengono utilizzate vitamine C, PP, ormoni, coenzimi, adattogeni (estratti e tinture di eleuterococco, ginseng, citronella cinese, ecc.). Radioprotettori farmacochimici hanno un effetto protettivo dovuto alla stimolazione dei meccanismi di riparazione del DNA, all'inibizione della replicazione (quando la struttura del DNA è più vulnerabile), nonché all'inattivazione dei prodotti delle reazioni dei radicali liberi e del perossido. I radioprotettori farmacochimici ampiamente utilizzati includono aminotioli (ad esempio cistamina, propammina), indolilalchilammine (mexammina, serotonina), ammine biogene (istamina, tiramina, adrenalina) e polisaccaridi. L'individuazione e l'eliminazione delle mutazioni è facilitata anche da effetti volti a proteggere le membrane cellulari e gli enzimi (vedere Tabelle 5-4), compresi gli enzimi riparatori del DNA.

Per correggere le influenze normative Sulle cellule vengono utilizzati preparati di ormoni, neurotrasmettitori, nucleotidi ciclici, ecc .. I metodi e gli schemi per il loro utilizzo variano a seconda della natura del danno e del processo patologico che si sviluppa in relazione a ciò.

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REDATTORI EDITORIALI DELLA BIBLIOTECA DEL PATRIMONIO FILOSOFICO

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