Meccanismi generali di compensazione del danno cellulare. Meccanismi di adattamento cellulare quando danneggiato. Eliminazione dei difetti genetici
Una cellula è un'unità strutturale e funzionale di tessuti e organi. In esso hanno luogo i processi che sono alla base del sostegno energetico e plastico delle strutture e delle funzioni dei tessuti.
Possono causare vari fattori patogeni che agiscono sulla cellula danno. Per danno cellulare si intendono i cambiamenti nella sua struttura, metabolismo, proprietà fisico-chimiche e funzioni che portano all'interruzione delle funzioni vitali.
Spesso il processo di danneggiamento viene designato con il termine alterazione, che non è del tutto esatto, poiché alteratio viene tradotto con cambiamento, deviazione ed è quindi un concetto più ampio. Tuttavia, nella letteratura medica questi termini sono solitamente usati come sinonimi.
^ CAUSE DI DANNO CELLULARE
Il danno a una cellula può essere il risultato dell'azione di molti fattori patogeni su di essa. Sono convenzionalmente divisi in tre gruppi principali: fisici, chimici e biologici.
Tra i fattori natura fisica Le cause più comuni di danno cellulare sono:
influenze meccaniche. Causano l'interruzione della struttura del plasmalemma e delle membrane delle formazioni subcellulari;
fluttuazioni di temperatura. Un aumento della temperatura dell'ambiente in cui si trova la cellula, fino a 45-50°C o più, può portare alla denaturazione delle proteine, degli acidi nucleici, alla decomposizione dei complessi lipoproteici, all'aumento della permeabilità delle membrane cellulari e ad altri cambiamenti. Una significativa diminuzione della temperatura può causare un rallentamento significativo o una cessazione irreversibile dei processi metabolici nella cellula, cristallizzazione del fluido intracellulare e rottura delle membrane;
cambiamenti nella pressione osmotica nella cellula, in particolare, a causa dell'accumulo in essa di prodotti di ossidazione incompleta di substrati organici, nonché di ioni in eccesso. Quest'ultimo, di regola, è accompagnato dal flusso di fluido nella cellula lungo un gradiente di pressione osmotica, dal suo gonfiore e allungamento (fino alla rottura) delle sue membrane plasmalemma e organelli. Una diminuzione della pressione osmotica intracellulare o un suo aumento nell'ambiente extracellulare porta alla perdita di liquido da parte della cellula, al suo increspamento (picnosi) e spesso alla morte;
esposizione alle radiazioni ionizzanti, che provocano 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. Anche fattori gravitazionali, elettromagnetici e altri fattori fisici possono avere un effetto patogeno sulla cellula.
È importante che il danno cellulare possa essere causato sia dall'eccesso che dalla carenza dello stesso fattore. Ad esempio, l'eccesso di ossigeno nei tessuti attiva il processo di ossidazione dei radicali liberi del perossido lipidico (LPRO), i cui prodotti danneggiano gli enzimi e le membrane cellulari. D'altra parte, una diminuzione del contenuto di ossigeno provoca un'interruzione dei processi ossidativi, una diminuzione della formazione di ATP e, di conseguenza, una rottura delle funzioni cellulari.
Il danno cellulare è spesso causato da fattori di processi immunitari e allergici. Possono essere causati, in particolare, dalla somiglianza degli antigeni, ad esempio, tra i microbi e le cellule del corpo.
Il danno può anche derivare dalla formazione di anticorpi o linfociti T che agiscono contro le cellule del corpo inalterate a causa di mutazioni nell'emone dei linfociti B o T del sistema immunitario.
Un ruolo importante nel mantenimento dei processi metabolici nella cellula è svolto dalle sostanze che vi entrano dalle terminazioni dei neuroni, in particolare neurotrasmettitori, trofogeni e neuropeptidi. La riduzione o la cessazione del loro trasporto provoca disturbi metabolici nelle cellule, l'interruzione delle loro funzioni vitali e lo sviluppo di condizioni patologiche chiamate neurodistrofie.
Oltre a questi fattori, il danno cellulare è spesso causato da un aumento significativo della funzionalità di organi e tessuti. Ad esempio, con un'attività fisica eccessiva prolungata, può svilupparsi insufficienza cardiaca a causa dell'interruzione del funzionamento dei cardiomiociti.
Il danno cellulare può essere il risultato non solo di fattori patogeni, ma anche di processi geneticamente programmati. Un esempio è la morte dell'epidermide, dell'epitelio intestinale, dei globuli rossi e di altre cellule a causa del loro processo di invecchiamento. I meccanismi di invecchiamento e morte cellulare comprendono cambiamenti graduali e irreversibili nella struttura delle membrane, degli enzimi, degli acidi nucleici, l'esaurimento dei substrati per le reazioni metaboliche e una diminuzione della resistenza cellulare alle influenze patogene.
In base alla loro origine, tutti i fattori causali del danno cellulare si dividono in: 1) esogeni ed endogeni; 2) origine infettiva e non infettiva.
Viene effettuata l'azione dei fattori dannosi sulla cellula direttamente O indirettamente. In quest'ultimo caso stiamo parlando della formazione di una catena di reazioni secondarie, della formazione di sostanze - intermediari che svolgono un effetto dannoso. L'azione di un agente dannoso può essere mediata attraverso: - cambiamenti negli effetti nervosi o endocrini sulle cellule (ad esempio durante lo stress, lo shock); - disturbo circolatorio sistemico (con insufficienza cardiaca); - deviazione dei parametri fisico-chimici (in condizioni accompagnate da acidosi, alcalosi, formazione di radicali liberi, prodotti PSOL, squilibrio di ioni e liquido); - reazioni immuno-allergiche nelle malattie autoallergiche; - formazione di eccesso o carenza di sostanze biologicamente attive (istamina, chinine, prostalandine). Molti di questi e altri composti coinvolti nello sviluppo di processi patologici sono chiamati mediatori (ad esempio mediatori dell'infiammazione, delle allergie, della cancerogenesi, ecc.).
^ II. MECCANISMI GENERALI DI DANNO CELLULARE
A livello cellulare, i fattori dannosi “accendono” diversi collegamenti patogenetici. Questi includono:
disordine dei processi di fornitura di energia alle cellule;
danni alle membrane e ai sistemi enzimatici;
squilibrio di ioni e liquido;
violazione del programma genetico e/o della sua attuazione;
disordine dei meccanismi che regolano la funzione cellulare.
La sintesi di ATP può essere compromessa a causa di una carenza di ossigeno e/o di substrati metabolici, di una diminuzione dell'attività della respirazione tissutale e degli enzimi della glicolisi, di danni e distruzione dei mitocondri in cui si verificano le reazioni del ciclo di Krebs e il trasferimento di elettroni ai mitocondri. ossigeno molecolare associato alla fosforilazione dell'ADP.
È noto che la consegna di energia ATP dai siti della sua sintesi - dai mitocondri e ialoplasma - alle strutture effettrici (miofibrille, “pompe ioniche” di membrana, ecc.) Viene effettuata utilizzando sistemi enzimatici: ADP - ATP - translocasi (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 il CPK la trasferisce ulteriormente alla creatina con la formazione di creatina fosfato, che entra nel citosol. La creatina fosfochinasi delle strutture cellulari effettrici trasporta il gruppo fosfato della creatina fosfato all'ADP per formare ATP, che viene utilizzato nella vita della cellula. I sistemi di trasporto dell'energia enzimatica possono essere danneggiati da vari agenti patogeni e quindi, anche sullo sfondo di un elevato contenuto totale di ATP nella cellula, può svilupparsi la sua carenza nelle strutture che consumano energia.
Disturbi nell'approvvigionamento energetico delle cellule e disturbi delle loro funzioni vitali possono svilupparsi anche in condizioni di produzione sufficiente e normale trasporto di energia ATP. Ciò può essere il risultato di un danno ai meccanismi enzimatici di utilizzo dell'energia, dovuto principalmente ad una diminuzione dell'attività dell'ATPasi (attomiosina ATPasi, ATPasi K + - Na + - dipendente del plasmalemma, ATPasi Mg 2+ - dipendente della “pompa del calcio”). ” del reticolo sarcoplasmatico, ecc.).
L'interruzione dei processi di approvvigionamento energetico, a sua volta, può diventare uno dei fattori che influenzano il funzionamento dell'apparato di membrana delle cellule, i loro sistemi enzimatici, l'equilibrio di ioni e fluidi, nonché i meccanismi di regolazione cellulare.
2. ^ Danni alle membrane e agli enzimi gioca un ruolo significativo nell'interruzione del funzionamento cellulare, nonché nella transizione dei cambiamenti reversibili in esso a quelli irreversibili. Ciò è dovuto al fatto che le proprietà fondamentali di una cellula dipendono in gran parte dallo stato delle sue membrane e dagli enzimi associati o liberi.
UN). Uno dei meccanismi più importanti di danno alla membrana e agli enzimi è l'intensificazione delle reazioni dei radicali liberi (FRR) e del PSOL. Queste reazioni si verificano normalmente nelle cellule, essendo un collegamento necessario in processi vitali come il trasporto di elettroni nella catena degli enzimi respiratori, la sintesi di prostaglandine e leucotrieni, la proliferazione e maturazione cellulare, la fagocitosi, il metabolismo delle catecolamine, ecc. PSOL è coinvolto nei processi di regolazione della composizione lipidica delle biomembrane e dell’attività enzimatica. Quest'ultimo è il risultato sia dell'azione diretta dei prodotti delle reazioni del perossido lipidico sugli enzimi, sia di quella indiretta, attraverso un cambiamento nello stato delle membrane a cui sono associati molti enzimi.
L'intensità del PSOL è regolata dal rapporto tra i fattori che attivano (pro-ossidanti) e sopprimono (antiossidanti) questo processo. I pro-ossidanti più attivi includono composti facilmente ossidabili che inducono radicali liberi, in particolare naftochinoni, vitamine A e D, agenti riducenti - NADPH 2, NADH 2, acido lipoico, prodotti metabolici di prostaglandine e catecolamine.
Il processo PSOL può essere suddiviso condizionatamente in tre fasi: 1) iniziazione dell'ossigeno (fase “ossigeno”), 2) formazione di radicali liberi di agenti organici e inorganici (fase “radicale libero”), 3) produzione di perossidi lipidici (“perossido " palcoscenico). Il collegamento iniziale nelle reazioni del perossido di radicali liberi in caso di danno cellulare è, di regola, la formazione nel processo di reazioni di ossigenasi delle cosiddette specie reattive dell'ossigeno: radicale superossido di ossigeno (O 2 -.), radicale idrossile (OH. ), perossido di idrogeno (H 2 O 2), che interagiscono con componenti delle strutture cellulari, principalmente lipidi, proteine e acidi nucleici. Di conseguenza, si formano radicali attivi, in particolare lipidi e i loro perossidi. In questo caso, può acquisire un carattere di catena “simile a una valanga”.
Tuttavia, ciò non accade sempre. Nelle cellule hanno luogo processi e agiscono fattori che limitano o addirittura arrestano le reazioni dei radicali liberi e del perossido, ad es. hanno un effetto antiossidante. Uno di questi processi è l'interazione tra radicali e idroperossidi lipidici, che porta alla formazione di composti “non radicali”. Il ruolo principale nel sistema di protezione antiossidante delle cellule è svolto da meccanismi di natura enzimatica e non enzimatica.
^ Collegamenti del sistema antiossidante e suoi
alcuni fattori:
| Collegamenti del sistema antiossidante | Fattori | ^ Meccanismi d'azione |
| 1 | 2 | 3 |
| I. “Antiossigeno” | Retinolo, carotenoidi, riboflavina | Riducendo il contenuto di O2 nella cellula, ad esempio, attivandone l'utilizzo, aumentando l'accoppiamento dei processi di ossidazione e fosforilazione. |
| 1 | 2 | 3 |
| II. “Antiradicale” | superossido dismutasi, tocoferoli, mannitolo | Conversione dei radicali attivi in composti “non radicali”, “estinzione” dei radicali liberi con composti organici. |
| III. “Antiperossido” | Glutatione perossidasi, catalasi, serotonina | Inattivazione degli idroperossidi lipidici, ad esempio, durante la loro riduzione. |
La ricerca degli ultimi anni ha dimostrato che l'eccessiva attivazione delle reazioni dei radicali liberi e del perossido è uno dei principali fattori di danno alle membrane cellulari e agli enzimi. I seguenti processi sono di fondamentale importanza: 1) cambiamenti nelle proprietà fisico-chimiche dei lipidi di membrana, che causano una violazione della conformazione dei loro complessi lipoproteici e, in connessione con ciò, una diminuzione dell'attività delle proteine e dei sistemi enzimatici che forniscono il ricezione degli effetti umorali, trasporto transmembrana di ioni e molecole, 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 cosiddetti. i canali più semplici (cluster) grazie all'introduzione in essi dei prodotti PSOL. Questi processi, a loro volta, causano l'interruzione di processi importanti per la vita delle cellule: eccitabilità, generazione e conduzione di impulsi disuguali, metabolismo, percezione e attuazione di influenze regolatorie, interazione intercellulare, ecc.
B). Attivazione delle idrolasi (lisosomiali, legate alla membrana e libere).
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 legati alla membrana, liberi (solubilizzati) e lisosomiali: lipasi, fosfolipasi, proteasi. Sotto l'influenza di fattori patogeni, la loro attività o contenuto nello ialoplasma della cellula può aumentare (in particolare, a causa dello sviluppo di acidosi, che aumenta il rilascio di enzimi dai lisosomi e la loro successiva attivazione). A questo proposito, i glicerofosfolipidi e le proteine di membrana, nonché gli enzimi cellulari, subiscono un'idrolisi intensiva. Ciò è accompagnato da un aumento significativo della permeabilità della membrana e da una diminuzione delle proprietà cinetiche degli enzimi.
IN). Introduzione di composti anfifilici nella fase lipidica delle membrane.
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. Sono chiamati composti anfifilici per la loro capacità di penetrare e fissarsi sia negli ambienti idrofobici che idrofili delle membrane cellulari (amphi significa “entrambi”, “due”). Con un livello relativamente piccolo di composti anfifilici nella cellula, quando penetrano nelle biomembrane, modificano la normale sequenza dei glicerofosfolipidi, interrompono la struttura dei complessi lipoproteici, aumentano la permeabilità e modificano anche la configurazione delle membrane a causa della "forma a cuneo" “forma delle micelle lipidiche. L'accumulo di anfifili in grandi quantità è accompagnato dalla loro massiccia penetrazione nelle membrane, che, come un eccesso di idroperossidi lipidici, porta alla formazione di ammassi e microfratture al loro interno. Il danno alle membrane cellulari e agli enzimi è una delle principali cause di interruzione significativa del funzionamento delle cellule e spesso porta alla loro morte.
3. ^ Squilibrio di ioni e fluido nella cellula. Di norma, una violazione della distribuzione transmembrana, nonché del contenuto intracellulare e del rapporto di vari ioni, si sviluppa dopo o contemporaneamente a disturbi dell'approvvigionamento energetico ed è combinata con segni di danno alle membrane cellulari e agli enzimi. Di conseguenza, la permeabilità della membrana per molti ioni cambia in modo significativo. Ciò vale in massima misura per potassio, sodio, calcio, magnesio, cloro, cioè ioni che prendono parte a processi vitali come l'eccitazione, la sua conduzione, l'accoppiamento elettromeccanico, ecc.
UN). Variazione del rapporto ionico transmembrana. Di norma, uno squilibrio degli ioni si manifesta con l'accumulo di sodio nella cellula e la perdita di potassio.
La conseguenza dello squilibrio è un cambiamento nel potenziale di membrana di riposo e d'azione, nonché un'interruzione nella conduzione dell'impulso di eccitazione. Questi cambiamenti sono importanti perché sono spesso uno dei segni importanti della presenza e della natura del danno cellulare. Un esempio sono i cambiamenti nell'elettrocardiogramma quando le cellule del miocardio sono danneggiate e nell'elettroencefalogramma quando la struttura e le funzioni dei neuroni cerebrali vengono interrotte.
B). Iper- e disidratazione delle cellule.
I disturbi nel contenuto di ioni intracellulari causano cambiamenti nel volume cellulare a causa dello squilibrio dei liquidi. Si manifesta come iperidratazione (diminuzione del contenuto di liquidi) della cellula. Ad esempio, un aumento del contenuto di ioni sodio e calcio nelle cellule danneggiate è accompagnato da un aumento della pressione osmotica in esse. Di conseguenza, l'acqua si accumula nelle cellule. Allo stesso tempo, le cellule si gonfiano, il loro volume aumenta, il che è accompagnato da un maggiore allungamento e spesso da micro-lacerazioni delle membrane del citolemma e degli organelli. Al contrario, la disidratazione cellulare (ad esempio, in alcune malattie infettive che causano perdita di acqua) è caratterizzata dal rilascio di liquidi e proteine in essi disciolti (compresi gli enzimi), nonché di altri composti idrosolubili organici e inorganici. La disidratazione intracellulare è spesso combinata con il restringimento nucleare, la rottura dei mitocondri e di altri organelli.
4. Uno dei meccanismi significativi della disfunzione cellulare è danni al programma genetico e/o ai meccanismi per la sua attuazione. I principali processi che portano a cambiamenti nell'informazione genetica di una cellula sono le mutazioni, la depressione dei geni patogeni (ad esempio gli oncogeni), la soppressione dell'attività dei geni vitali (ad esempio la regolazione della sintesi degli enzimi) o l'introduzione di un frammento di DNA estraneo nel genoma (ad esempio, il DNA di un virus oncogeno, una sezione anomala del DNA di un'altra cellula).
Oltre ai cambiamenti nel programma genetico, c'è un importante meccanismo di disfunzione cellulare violazione dell’attuazione di questo programma principalmente durante il processo di divisione cellulare durante la mitosi o la meiosi.
5. Un importante meccanismo di danno cellulare è disturbo della regolazione dei processi intracellulari. Ciò può essere il risultato di disturbi che si sviluppano a uno o più livelli di meccanismi regolatori:
a livello di interazione di sostanze biologicamente attive (ormoni, neurotrasmettitori, ecc.) con i recettori cellulari;
al cosiddetto livello cellulare “secondi messaggeri” (messaggeri) degli influssi nervosi: nucleotidi ciclici – adenosina monofosfato (cAMP) e guanosina monofosfato (cGMP), che si formano in risposta all’azione dei “primi messaggeri” – ormoni e neurotrasmettitori. Un esempio è l'interruzione della formazione del potenziale di membrana nei cardiociti dovuta all'accumulo di cAMP in essi, che è, in particolare, una delle possibili cause dello sviluppo di aritmie cardiache;
a livello di reazioni metaboliche regolate da nucleotidi ciclici o altri fattori intracellulari. Pertanto, l'interruzione del processo di attivazione degli enzimi cellulari può modificare significativamente l'intensità delle reazioni metaboliche e, di conseguenza, portare all'interruzione del funzionamento cellulare.
^ III. PRINCIPALI MANIFESTAZIONI DEL DANNO CELLULARE
1. Distrofie. Le distrofie (dis - disordine, disordine, trofe-nutrimento) sono intese come disordini metabolici nelle cellule e nei tessuti, accompagnati da disturbi delle loro funzioni, manifestazioni plastiche, nonché cambiamenti strutturali che portano all'interruzione delle loro funzioni vitali.
I principali meccanismi delle distrofie sono: - sintesi di sostanze anormali nella cellula, ad esempio il complesso proteina-polisaccaride dell'amiloide; trasformazione eccessiva di alcuni composti in altri, ad esempio grassi e carboidrati in proteine, carboidrati in grassi; - decomposizione (fanerosi), 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 (disproteinosi), grassi (lipidosi), carboidrati e minerali.
2. Displasia(dis - disordine, disordine, plaseo-forma) sono una violazione del processo di sviluppo cellulare, manifestata da un cambiamento persistente nella loro struttura e funzione, che porta a un disordine nelle loro funzioni vitali.
La causa della displasia è il danno al genoma cellulare. Questo è ciò che causa cambiamenti persistenti e, di regola, ereditati da cellula a cellula, a differenza delle distrofie, che sono spesso temporanee, reversibili e possono essere eliminate quando si interrompe l'azione del fattore causale.
Il meccanismo principale della displasia è un disturbo del processo di differenziazione, che consiste nella formazione della specializzazione strutturale e funzionale della cellula. I segni strutturali della displasia 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 bizzarra ("cellule mostruose") e il rapporto tra i vari organelli in esse contenuti è sproporzionato. Spesso in tali cellule si trovano varie inclusioni e segni di processi degenerativi. Esempi di displasia cellulare includono la formazione di megaloblasti nel midollo osseo con anemia perniciosa, eritrociti a forma di falce con patologia dell'emoglobina, grandi neuroni - "mostri" con danni alla corteccia cerebrale (sclerosi tuberosa), cellule giganti multinucleate con una bizzarra disposizione di cromatina nella neurofibromatosi di Recklinghausen. La displasia cellulare è una delle manifestazioni di atipia delle cellule tumorali.
^ Cambiamenti nella struttura e nelle funzioni degli organelli cellulari in seguito al danno cellulare.
Sotto l'influenza di fattori patogeni, si verifica un cambiamento nel numero totale di mitocondri, nonché nella struttura dei singoli organelli. Riduzione del numero di mitocondri in relazione alla massa cellulare totale. I cambiamenti nei singoli mitocondri che sono stereotipati per l'azione della maggior parte dei fattori dannosi sono una diminuzione o un aumento delle loro dimensioni e forma. Molti effetti patogeni sulla cellula (ipossia, agenti tossici endogeni ed esogeni, compresi farmaci in caso di sovradosaggio, radiazioni ionizzanti, cambiamenti della pressione osmotica) sono accompagnati da gonfiore e vacuolizzazione dei mitocondri, che possono portare alla rottura della loro membrana, frammentazione e omogeneizzazione delle creste. La violazione della struttura dei mitocondri porta ad una significativa soppressione del processo di respirazione in essi e alla formazione di ATP, nonché a uno squilibrio degli ioni all'interno della cellula.
Nucleo. Il danno al nucleo è combinato con un cambiamento nella sua forma, condensazione della cromatina lungo la periferia del nucleo (marginazione della cromatina), interruzione del doppio circuito o rottura dell'involucro nucleare, sua fusione con la striscia di marginalità della cromatina.
Lisosomi. In caso di influssi patogeni, il rilascio e l'attivazione degli enzimi lisosomiali può portare all'“autodigestione” (autolisi) della cellula. Il rilascio di idrolasi lisosomiali nel citoplasma può essere causato da rotture meccaniche della loro membrana o da un aumento significativo della permeabilità di quest'ultima. Questa è una conseguenza dell'accumulo di ioni idrogeno nelle cellule (acidosi intracellulare), prodotti di perossidazione lipidica, tossine e altri agenti.
Ribosomi. Sotto l'influenza di fattori dannosi, si osserva la distruzione di gruppi di subunità ribosomiali (polisomi), solitamente costituiti da diversi ribosomi - "monomeri", una diminuzione del numero di ribosomi e la separazione degli organelli dalle membrane intracellulari. Questi cambiamenti sono accompagnati da una diminuzione dell'intensità del processo di sintesi proteica nella cellula.
^ Reticolo endoplasmatico . In caso di danneggiamento, si verifica un'espansione della rete di tubuli, fino alla formazione di grandi vacuoli e cisterne dovute all'accumulo di liquido in essi, alla distruzione focale delle membrane della rete di tubuli e alla loro frammentazione.
^ 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 insieme.
Citoplasmaè un mezzo liquido a bassa viscosità in cui si trovano organelli e inclusioni cellulari. L'effetto di fattori 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. Un cambiamento nello stato del citoplasma, a sua volta, influenza 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 normative e di altro tipo sulla cellula.
^ Necrosi e autolisi .
Il principale meccanismo di autolisi è l'idrolisi dei componenti cellulari e della sostanza intercellulare sotto l'influenza degli enzimi lisosomiali. Ciò è facilitato dallo sviluppo di acidosi nelle cellule danneggiate.
Anche altre cellule – facociti e microrganismi – possono prendere parte al processo di lisi delle cellule danneggiate. A differenza del meccanismo autolitico, quest’ultimo è detto eterolitico. Pertanto, la lisi delle cellule necrotiche (necrolisi) può essere ottenuta mediante processi auto- ed eterolitici a cui prendono parte enzimi e altri fattori sia delle cellule morte che delle cellule viventi in contatto con esse.
5. ^ Cambiamenti specifici e non specifici nel danno cellulare . Qualsiasi danno a una cellula provoca in essa un complesso di cambiamenti specifici e non specifici.
Sotto specifica comprendere i cambiamenti nelle proprietà delle cellule che sono caratteristici di un dato fattore quando agisce su varie cellule, o caratteristici solo di un dato tipo di cellula quando esposto ad agenti dannosi di vario tipo. Pertanto, l'effetto di fattori meccanici su qualsiasi cellula è accompagnato da una violazione dell'integrità delle sue membrane. Sotto l'influenza dei disaccoppianti del processo di ossidazione e fosforilazione, l'accoppiamento di questi processi viene ridotto o bloccato. Un'elevata concentrazione nel sangue di uno degli ormoni della corteccia surrenale, l'aldosterone, provoca l'accumulo di ioni sodio in eccesso in varie cellule. D'altra parte, l'effetto degli agenti dannosi su alcuni tipi di cellule provoca cambiamenti specifici per loro. Ad esempio, l'influenza di vari fattori patogeni sulle cellule muscolari è accompagnata dallo sviluppo della contrattura delle miofibrille, sui neuroni - dalla formazione del cosiddetto potenziale di danno, sui globuli rossi - dall'emolisi e dal rilascio di emoglobina da essi.
Il danno è sempre accompagnato da un complesso e non specifico, cambiamenti stereotipati nelle cellule. Si osservano in vari tipi di cellule sotto l'influenza di vari agenti. Le manifestazioni non specifiche più comuni delle alterazioni cellulari comprendono acidosi, eccessiva attivazione delle reazioni dei radicali liberi e del perossido, denaturazione delle molecole proteiche, aumento della permeabilità del potenziale della membrana cellulare e aumento delle proprietà di assorbimento delle cellule.
L'identificazione di un complesso di cambiamenti specifici e non specifici nelle cellule di organi e tessuti consente di giudicare la natura e la forza dell'azione del fattore patogeno, il grado di danno, nonché l'efficacia degli agenti medicinali e non medicinali utilizzato per il trattamento.
^ IV. MECCANISMI CELLULARI DI COMPENSAZIONE DURANTE IL DANNO
L'effetto dei fattori patogeni su una cellula e lo sviluppo del danno è accompagnato dall'attivazione o dall'attivazione di una reazione volta ad eliminare o ridurre l'entità del danno e le sue conseguenze. Il complesso di queste reazioni garantisce l’adattamento della cellula alle mutate condizioni della sua vita. I principali meccanismi adattativi comprendono reazioni di compensazione, ripristino e sostituzione di strutture e disfunzioni perse o danneggiate, protezione delle cellule dall'azione di agenti patogeni, nonché una diminuzione regolatoria della loro attività funzionale. L'intero complesso di tali reazioni può essere diviso in due gruppi: intracellulare ed extracellulare (intercellulare).
I principali meccanismi intracellulari di compensazione del danno includono quanto segue.
^ Compensazione dei disturbi nel processo di fornitura di energia alle cellule .
^ Proteggere le membrane cellulari e gli enzimi .
^ Compensazione dello squilibrio ionico e liquido .
^ Eliminazione delle violazioni nel programma genetico delle cellule .
^ Compensazione dei disturbi dei meccanismi di regolazione dei processi intracellulari .
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).
^ Diminuzione dell'attività funzionale delle cellule .
L'adattamento delle cellule in condizioni di danno avviene non solo a livello metabolico e funzionale. Danni ripetuti o significativi a lungo termine provocano cambiamenti strutturali significativi nella cellula, che hanno un significato adattativo. Si ottengono attraverso i processi di rigenerazione, ipertrofia, iperplasia e ipotrofia.
Rigenerazione.(regeneratio – rinascita; ripristino) significa la sostituzione delle cellule e/o dei suoi singoli elementi strutturali in sostituzione di quelle morte, danneggiate o che hanno completato il loro ciclo vitale. La rigenerazione delle strutture è accompagnata dal ripristino delle loro funzioni. Esistono le cosiddette forme di rigenerazione cellulare e intracellulare (subcellulare). Il primo è caratterizzato dalla riproduzione cellulare tramite mitosi o amitosi. La rigenerazione intracellulare si manifesta con il ripristino degli organelli: mitocondri, nucleo, reticolo endoplasmatico e altri invece di quelli danneggiati o morti.
Ipertrofia(iper - eccessivamente, aumentare, trofeo - nutrire) è un aumento del volume e della massa degli elementi strutturali, in particolare delle cellule. L'ipertrofia degli organelli cellulari intatti compensa l'interruzione o l'insufficienza delle funzioni dei suoi elementi danneggiati.
Iperplasia(iper - eccessivamente, plaseo - forma) è caratterizzato 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 i processi forniscono non solo la compensazione del difetto strutturale, ma anche la possibilità di un aumento del funzionamento cellulare.
Una caratteristica dei meccanismi di adattamento intercellulare (extracellulare) è che sono implementati principalmente con la partecipazione di cellule che non sono state direttamente esposte al fattore patogeno (ad esempio, iperfunzione dei cardiomiociti al di fuori della zona di necrosi durante l'infarto del miocardio).
In base al livello e alla scala, tali reazioni in caso di danno cellulare possono essere suddivise in organo-tessuto, intrasistema e intersistema.
Un esempio di reazione adattativa a livello del tessuto organo è l'attivazione della funzione delle cellule epatiche o renali non danneggiate quando le cellule di una parte dell'organo sono danneggiate. Ciò riduce il carico sulle cellule esposte agli effetti patogeni e aiuta a ridurre l'entità del loro danno.
Le reazioni intrasistemiche includono la costrizione delle arteriole quando il lavoro del cuore diminuisce (ad esempio durante l'infarto del miocardio), che garantisce e previene (o riduce il grado di) danno alle loro cellule.
Il coinvolgimento di diversi sistemi fisiologici nelle reazioni adattative si osserva, ad esempio, durante l'ipossia generale. Allo stesso tempo viene attivato il lavoro dei sistemi metabolici respiratorio, circolatorio, sanguigno e tissutale, che riduce la mancanza di ossigeno e di substrati metabolici nei tessuti, aumenta il loro utilizzo e quindi riduce il grado di danno alle loro cellule.
L'attivazione dei meccanismi di adattamento intracellulare e intercellulare durante il danno, di norma, previene la morte cellulare, garantisce le loro funzioni e aiuta ad eliminare le conseguenze del fattore patogeno. In questo caso parliamo di cambiamenti reversibili nelle cellule. Se la forza dell'agente patogeno è elevata e/o quelle protettive e adattative sono insufficienti, si sviluppano danni irreversibili alle cellule che muoiono.
CONCLUSIONE
Qualsiasi processo patologico si verifica con un grado e una scala di danno cellulare maggiori o minori. Nonostante la diversità dei fattori patogeni che agiscono sulle cellule, queste rispondono fondamentalmente con lo stesso tipo di reazioni. Ciò si basa su meccanismi tipici di alterazione cellulare. A sua volta, il danno cellulare è solitamente accompagnato dall'attivazione di fattori di protezione, compensazione, compensazione e adattamento, che mirano a fermare o limitare l'azione del fattore dannoso, nonché ad eliminare le conseguenze della sua influenza. La conoscenza di questi meccanismi è la base per lo sviluppo di principi e metodi per identificare i processi patologici, prevederne il decorso, nonché le modalità di terapia patogenetica e la prevenzione del danno cellulare durante essi.
LETTERATURA
Zaiko N.N., Byts Yu.V. fisiologia patologica. – Kiev “Logos”, 1996. – 647 p.
Litvitskij P.F. Fisiopatologia. Corso di lezioni. – M.: Medicina. – 1995. – 745 pag.
1. Compensazione per disturbi nell'approvvigionamento energetico delle cellule:
a) intensificazione della sintesi di ATP nel processo di glicolisi, nonché della respirazione tissutale nei mitocondri intatti;
b) attivazione di meccanismi di trasporto dell'ATP;
c) attivazione di meccanismi di utilizzo dell'energia ATP;
2. Protezione delle membrane cellulari e degli enzimi:
a) aumentare l'attività dei fattori del sistema di difesa antiossidante;
b) attivazione di sistemi tampone;
c) aumentare l'attività degli enzimi di disintossicazione microsomiale;
d) 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:
a) ridurre il grado di interruzione dell'approvvigionamento energetico;
b) ridurre il grado di danno alle membrane e agli enzimi;
c) attivazione di sistemi tampone;
4. Eliminazione delle violazioni nel programma genetico delle cellule:
a) eliminare le rotture nei filamenti di DNA;
b) eliminazione delle sezioni di DNA alterate;
c) sintesi di un frammento di DNA normale invece di uno danneggiato o perduto;
5. Compensazione dei disturbi della regolazione dei processi intracellulari:
a) cambiamento nel numero di recettori cellulari “funzionanti”;
b) cambiamenti nell'affinità dei recettori cellulari per fattori regolatori;
c) cambiamenti nell'attività dei sistemi adenilato e guanilato ciclasi;
d) 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 in caso di danno è dato dall'attivazione degli enzimi che trasportano e utilizzano l'energia ATP (adenina nucleotide transferasi, creatina fosfochinasi, ATPasi), nonché dalla 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.
Nel sistema nervoso centrale.
Modelli generali
I processi di compensazione nel sistema nervoso sono più spesso considerati come reazioni che si verificano dopo lesioni, interventi chirurgici o determinati fenomeni patologici. In un numero significativo di casi, i medici si trovano ad affrontare una condizione in cui un processo patologico si sta già sviluppando nel sistema nervoso, ma non causa ancora disfunzioni e non viene rilevato senza studi speciali.
I processi compensatori si realizzano inizialmente grazie a meccanismi intrastrutturali che si verificano, ad esempio, all'interno di un nucleo del sistema nervoso. Tale compensazione si basa su una serie di complessi riarrangiamenti della struttura stessa. Ciò è possibile attraverso l'utilizzo delle riserve esistenti della struttura e attraverso la vicarianza.
La vicarizzazione in questo caso va intesa come un aumento dell'attività e della funzionalità dei restanti elementi strutturali. Ad esempio, la transizione dei neuroni monomodali a quelli polimodali, dei neuroni monosensoriali a quelli polisensoriali. Questo meccanismo di disturbi del sistema nervoso centrale si basa sul fatto che ciascuna delle sue strutture è potenzialmente multifunzionale. La compensazione infrastrutturale dipende spesso dalle caratteristiche individuali dell'organizzazione degli analizzatori in una persona. Quindi, il 17° campo per alcune persone può essere due volte più grande che per altri. Alcune persone hanno un'espansione della zona maculare del 17o campo o della parte anteriore di questo campo, l'area della visione periferica. È anche noto che il corpo genicolato laterale in alcuni individui
superare il valore medio del 185%. Naturalmente in tutti questi casi le possibilità compensative sono molto più ampie.
È previsto un altro modo di risarcimento intrasistema interazioni, ad esempio, all'interno del sistema striopallidale, quando la disfunzione del nucleo caudato nella regolazione dell'attività motoria può essere compensata dal putamen.
La terza modalità di compensazione è in fase di implementazione intersistema interazioni. La compensazione, come processo intersistemico, è principalmente dovuta alla partecipazione all'eliminazione della patologia in via di sviluppo di una struttura da parte delle strutture funzionalmente correlate di altri sistemi. In questo caso un altro sistema, grazie alla formazione di nuove connessioni temporanee, può garantire la conservazione della funzione che il sistema danneggiato dal processo patologico è principalmente destinato a svolgere.
Va notato che tutti i percorsi di compensazione sono attuati in parallelo, ma il peso della partecipazione di ciascuno di essi nelle diverse fasi di sviluppo della patologia è diverso. Nelle fasi iniziali, gran parte della compensazione viene effettuata a causa di processi intrastrutturali; con l’intensificarsi della patologia, la compensazione intrasistemica diventa più importante, quindi la compensazione intersistemica.
Molto spesso non esiste alcun parallelo tra i disturbi morfologici del sistema nervoso centrale e la capacità di questa struttura di svolgere la sua funzione intrinseca. Ad esempio, quando il cervelletto viene danneggiato da un tumore in crescita, la compensazione è così perfetta che i sintomi clinici compaiono quando la maggior parte del cervelletto viene distrutta. La compensazione delle funzioni viene realizzata con maggiore successo con un processo patologico a crescita lenta in giovane età.
Pertanto, è noto che Louis Pasteur subì un'emorragia cerebrale in gioventù, che portò alla significativa distruzione della corteccia dell'emisfero destro del suo cervello. Tuttavia, ciò non ha impedito a Pasteur di mantenere e sviluppare le sue capacità mentali e di svolgere un lavoro eccezionale nel campo della biologia.
In un altro caso famoso, dopo un quadruplo intervento chirurgico per un tumore al cervello in un bambino di 12 anni, la maggior parte dell'emisfero sinistro del cervelletto fu praticamente rimosso. Immediatamente dopo ogni operazione, il bambino ha avvertito disturbi nella sfera motoria, nella parola e in altre funzioni cerebrali. Tuttavia, queste violazioni sono state compensate abbastanza rapidamente.
Le capacità compensatorie del cervello diminuiscono con l'età, ciò è dovuto all'indebolimento della labilità nella formazione di nuove connessioni funzionali.
Proprietà del sistema nervoso centrale,
Fornire meccanismi di compensazione
Funzioni compromesse
I meccanismi fisiologici per compensare le disfunzioni delle formazioni del sistema nervoso centrale si basano sulle proprietà specifiche dei neuroni nelle strutture sottocorticali e corticali del cervello.
Queste proprietà includono:
Multifunzionalità di ogni elemento
sistema nervoso;
Neuroni polisensoriali;
Specializzazione relativa dei neuroni
qualsiasi area del cervello;
Localizzazione delle funzioni nella corteccia;
Elaborazione parallela (simultanea) di diversi
informazioni sensoriali;
Capacità di autoregolamentazione, auto-organizzazione;
Meccanismo dominante;
Principio di funzionamento riflesso;
Feedback;
La ridondanza è strutturale e funzionale;
Affidabilità;
Asimmetria funzionale;
Il principio di un percorso finale comune;
La capacità degli elementi nervosi di sincronizzarsi
zioni di attività;
Plasticità dei centri nervosi e di quelli individuali
ronov;
Il principio di irradiazione e concentrazione è attivo
sti;
Integrità del sistema nervoso.
Multifunzionalità. La funzione principale del sistema nervoso è raccogliere, elaborare, archiviare, riprodurre e trasmettere informazioni al fine di organizzare l'attività intellettuale e comportamentale, regolare il funzionamento di organi, sistemi di organi e garantire la loro interazione.
Molte delle funzioni elencate sono già implementate a livello subneurale. Pertanto, i microtubuli, le sinapsi, i dendriti e la membrana dei neuroni hanno la capacità di svolgere tutte le funzioni informative del sistema nervoso: percezione, elaborazione, archiviazione, riproduzione ripetuta e trasmissione delle informazioni. Questo è il principio fondamentale del funzionamento del sistema nervoso: il principio della multifunzionalità.
La multifunzionalità è inerente alla maggior parte delle strutture del sistema nervoso centrale. Ad esempio, la stimolazione della stessa struttura del globo pallido con diverse frequenze di impulso può causare una risposta motoria o autonomica. La corteccia sensomotoria è in grado di percepire segnali provenienti dalla pelle, dalla vista, dall'udito e da altri tipi di ricezione. IN
In risposta a questi segnali, nella corteccia sensomotoria si formano reazioni che di solito si verificano durante la normale attività dell'estremità corticale dell'analizzatore visivo, uditivo o di altro tipo.
Di conseguenza, grazie alla multifunzionalità, la stessa funzione può essere svolta da diverse strutture cerebrali. Questo punto fondamentale indica le possibilità quasi illimitate di compensare la funzione nel sistema nervoso centrale.
Le proprietà di multifunzionalità dei centri nervosi sono strettamente correlate alle proprietà polisensoriale neuroni.
La polisensorialità è la capacità di un neurone di rispondere a segnali provenienti da diversi sistemi afferenti. I neurofisiologi distinguono i neuroni monosensoriali, che rispondono solo a un tipo di segnale, e i neuroni bisensoriali, che rispondono a due segnali diversi; ad esempio, alcuni neuroni nella corteccia visiva possono rispondere a stimoli visivi e uditivi. Infine, la corteccia cerebrale contiene neuroni che rispondono a tre o più tipi di segnali. Questi neuroni sono chiamati neuroni polisensoriali.
Oltre alla capacità di rispondere agli stimoli provenienti da diversi sistemi sensoriali, i neuroni in alcune aree del cervello sono in grado di rispondere solo a una caratteristica della stimolazione sensoriale, ad esempio a una certa frequenza del suono o solo a un colore. Tali neuroni sono chiamati monomodale.
I neuroni monomodali hanno un'elevata selettività e un'elevata sensibilità a determinati tipi di stimoli, ad es. questi neuroni sono specializzato. I neuroni specializzati sono localizzati nelle aree delle proiezioni primarie
zioni di analizzatori. Tali zone sono le aree primarie delle aree visive, uditive, cutanee e altre della corteccia.
Determina la posizione preferenziale dei neuroni monosensoriali localizzazione delle funzioni nella corteccia. Nella storia dello studio della localizzazione delle funzioni nella corteccia cerebrale si possono distinguere due idee: secondo una di esse, le funzioni motorie e sensoriali sono rappresentate da aree strettamente locali, il cui danno dovrebbe escludere per sempre l'una o l'altra funzione. L'idea opposta è stata motivata equipotenzialità corteccia nell’implementazione delle abilità sensoriali e motorie.
Come risultato di molti anni di ricerca sul sistema nervoso centrale, è emersa una visione di compromesso. Attualmente si può considerare accertato che la localizzazione delle funzioni nella corteccia è determinata principalmente dai neuroni monosensoriali, che hanno le soglie di sensibilità più basse per la loro adeguata stimolazione. Tuttavia, accanto a questi neuroni ci sono sempre neuroni polisensoriali che garantiscono l'interazione della struttura locale con altre strutture cerebrali, e quindi la possibilità di formare una connessione temporanea, compensazione delle disfunzioni della loro struttura e delle strutture ad essa associate.
Nei casi in cui un neurone risponde a due caratteristiche dello stesso stimolo sensoriale, ad esempio a due colori di stimolazione visiva o a due toni di uno stimolo uditivo, questi neuroni sono classificati come bimodali. I neuroni che rispondono a tre o più caratteristiche di un canale sensoriale sono detti multimodali.
I neuroni polimodali forniscono una compensazione intrasistemica per le funzioni compromesse.
Parallelamente a questo, è possibile un altro meccanismo di compensazione, dovuto alla capacità dei neuroni monomodali di diventare bi- e polimodali.
Negli esperimenti con la registrazione dell'attività dei singoli neuroni, è stato dimostrato che i neuroni monomodali della corteccia uditiva, rispondendo a un tono con una frequenza di 1000 Hz, inizialmente non rispondevano a questo segnale quando veniva applicato un tono con una frequenza di 500 Hz , e dopo una serie di combinazioni di un tono a 500 Hz con depolarizzazione extracellulare del neurone monomodale attraverso un microelettrodo, quest'ultimo è stato addestrato a rispondere ad un tono a 500 Hz. Di conseguenza, il neurone è diventato bimodale e, per questo, poteva compensare i disturbi causati dalla morte dei neuroni capaci di rispondere a segnali con una frequenza di 500 Hz.
Fondamentalmente lo stesso meccanismo di comunicazione temporale è alla base dell'addestramento dei neuroni monosensoriali a rispondere a stimoli di diversi livelli sensoriali, vale a dire ai segnali provenienti da diversi sistemi di analisi. In questo caso parliamo di compensazione interanalizzatore, intersistema.
Non esiste alcuna zona nella corteccia cerebrale che sarebbe associata all'implementazione di una sola funzione. Diverse parti del cervello hanno un numero diverso di neuroni multisensoriali e multimodali. Il maggior numero di tali neuroni si trova nelle zone associative e secondarie, terziarie dell'estremità corticale degli analizzatori. Una parte significativa dei neuroni nella corteccia motoria (circa il 40%) sono anche multisensoriali; rispondono alle irritazioni della pelle, al suono e alla luce. Nel campo 17 della corteccia visiva, circa il 15% dei neuroni sono polisensoriali, e nei campi 18-19 della stessa corteccia più del 60% di tali neuroni sono classificati come polisensoriali. Nei corpi genicolati, fino al 70% dei neuroni risponde alla stimolazione sonora e luminosa e il 24% risponde all'irritazione della pelle. I neuroni non specializzati hanno anche la proprietà polisensoriale
nuclei fisici del talamo, nucleo rosso del mesencefalo, nucleo caudato, putamen, nuclei del sistema uditivo del tronco cerebrale, formazione reticolare.
Il numero di neuroni polisensoriali nelle strutture cerebrali varia a seconda dello stato funzionale del sistema nervoso e del compito svolto in un dato momento. Pertanto, durante il periodo di apprendimento con la partecipazione di analizzatori visivi e motori, aumenta il numero di neuroni polisensoriali in queste aree corticali. Di conseguenza, l'allenamento diretto crea le condizioni per un aumento dei neuroni polisensoriali e, quindi, per un aumento delle capacità compensatorie del sistema nervoso.
La presenza di neuroni polisensoriali e l'aumento del loro numero sotto carichi funzionali sul sistema nervoso determinano le capacità dinamiche di compensazione delle sue strutture durante vari tipi di disfunzioni.
È importante anche per la medicina clinica che alcuni neuroni della corteccia cerebrale, in seguito all'apprendimento, siano in grado di diventare multisensoriali, cioè di se prima dell'applicazione di una combinazione di stimoli condizionati e incondizionati il neurone rispondeva solo allo stimolo incondizionato, dopo una serie di combinazioni questo neurone diventa capace di rispondere allo stimolo condizionato.
La polimodalità e le proprietà polisensoriali consentono a un neurone di percepire simultaneamente stimoli provenienti da diversi analizzatori o, se provenienti da un analizzatore, di percepire simultaneamente segnali con le sue diverse caratteristiche. La percezione parallela simultanea dei segnali implica anche l'elaborazione parallela simultanea. Ciò è evidenziato da esperimenti sui riflessi condizionati, che mostrano che come risultato dello sviluppo di un riflesso condizionato a un complesso simultaneo di segnali,
presentato a diversi analizzatori (ad esempio uditivo e visivo), può essere causato da qualsiasi segnale individuale di questo complesso.
La multifunzionalità e le proprietà polisensoriali sono associate a un'altra proprietà del funzionamento del cervello: la sua affidabilità. L'affidabilità è assicurata, oltre alla polisensorialità e alla multifunzionalità, da meccanismi quali ridondanza, modularità e cooperazione.
La ridondanza, come elemento per garantire l'affidabilità del funzionamento del cervello, viene ottenuta in diversi modi. La più comune è la prenotazione degli elementi. Nell'uomo, solo una frazione percentuale dei neuroni nella corteccia è costantemente attiva, ma è sufficiente a mantenere il tono della corteccia necessario per lo svolgimento delle sue attività. Quando il funzionamento della corteccia viene interrotto, il numero di neuroni attivi di fondo al suo interno aumenta in modo significativo.
La ridondanza di elementi nel sistema nervoso centrale garantisce la preservazione delle funzioni delle sue strutture anche se una parte significativa di esse è danneggiata. Ad esempio, la rimozione di una porzione significativa della corteccia visiva non porta a disturbi della vista. Il danno uniemisferico alle strutture del sistema limbico non causa sintomi clinici specifici del sistema limbico. La prova che il sistema nervoso ha grandi riserve sono i seguenti esempi. Il nervo oculomotore svolge normalmente le sue funzioni di regolazione dei movimenti del bulbo oculare con solo il 45% dei neuroni conservati nel suo nucleo. Il nervo abducente normalmente innerva il suo muscolo conservando il 38% dei neuroni nel suo nucleo, mentre il nervo facciale svolge le sue funzioni conservando solo il 10% del numero di neuroni situati nel nucleo di questo nervo.
L'elevata affidabilità del sistema nervoso è dovuta anche alle numerose connessioni delle sue strutture e al gran numero di sinapsi sui neuroni. Pertanto, i neuroni cerebellari hanno fino a 60mila sinapsi sul loro corpo e dendriti, neuroni piramidali della corteccia motoria - fino a 10mila, motoneuroni alfa del midollo spinale - fino a 6mila sinapsi.
La ridondanza si manifesta in molti modi di implementazione del segnale; Quindi, un segnale motorio duplicato proveniente dalla corteccia ai motoneuroni del midollo spinale può giungere loro non solo dai neuroni piramidali del 4° campo della corteccia, ma anche dall'area motoria accessoria, da altri campi di proiezione, dal gangli della base, nucleo rosso, formazione reticolare e altre strutture. Pertanto, il danno alla corteccia motoria non dovrebbe portare ad una completa perdita di informazioni motorie ai motoneuroni del midollo spinale.
Di conseguenza, oltre alla ridondanza, l'affidabilità del sistema nervoso si ottiene mediante la duplicazione, che consente di introdurre rapidamente, se necessario, elementi aggiuntivi per implementare una particolare funzione. Un esempio di tale duplicazione è la trasmissione multicanale di informazioni, ad esempio in un analizzatore visivo.
Quando l'affidabilità del funzionamento cerebrale non è garantita attraverso la duplicazione e la ridondanza, si attiva il meccanismo di partecipazione probabilistica dei neuroni all'attuazione di una determinata funzione. Il meccanismo probabilistico crea ridondanza operativa nella partecipazione di cellule nervose di vari moduli per organizzare una particolare reazione. Il principio probabilistico del funzionamento del sistema nervoso è che i neuroni non agiscono isolatamente, ma in una popolazione. Naturalmente, lo stato unificato di tutti
ron popolazione quando arriva un segnale è impossibile. La partecipazione di un singolo neurone all'organizzazione di una reazione è determinata dal suo stato (soglia di eccitabilità, generalizzazione dell'impulso, ecc.). A questo proposito, la partecipazione alla reazione può essere realizzata o meno, ad es. è probabilistico.
La modularità è il principio dell'organizzazione strutturale e funzionale della corteccia cerebrale, che risiede nel fatto che l'elaborazione locale delle informazioni dai recettori di una modalità viene effettuata in un modulo neurale. Esistono due tipologie di moduli: micromoduli e macromoduli. I micromoduli nella corteccia somatosensoriale sono un'unione di 5-6 neuroni, tra i quali ci sono neuroni piramidali, i loro dendriti apicali formano un fascio dendritico. Tra i dendriti di questo fascio non ci sono solo connessioni sinaptiche, ma anche contatti elettrotonici. Questi ultimi garantiscono il funzionamento sincrono dei neuroni del micromodulo, aumentando l'affidabilità del trasferimento delle informazioni.
Il micromodulo contiene anche cellule stellate. Hanno sinapsi sui neuroni piramidali del loro modulo e contatti con fibre talamo-corticali ascendenti. Alcune cellule stellate inviano assoni lungo la superficie della corteccia, creando così le condizioni per il trasferimento di informazioni da un modulo corticale all'altro e formando un ambiente inibitorio attorno al modulo attivo.
I micromoduli sono combinati in macromoduli: colonne orientate verticalmente (secondo Mountcastle), il loro diametro raggiunge 500-1.000 micron. Mountcastle ha scoperto che quando il microelettrodo viene immerso perpendicolarmente alla superficie della corteccia, tutti i neuroni registrati reagiscono alla stimolazione di un elemento sensoriale (ad esempio, alla luce).
Quando il microelettrodo veniva immerso obliquamente rispetto alla superficie della corteccia, lungo il suo percorso si incontravano neuroni con diverse capacità sensoriali, ad es. rispondere a segnali diversi (ad esempio luce, suono).
Si ritiene che in questo caso il microelettrodo penetri nelle colonne adiacenti e registri neuroni con diverse capacità sensoriali. Sulla base della ricerca di Mauntcastle et al., viene riconosciuta la natura monosensoriale e monofunzionale della colonna.
Questa conclusione contraddice il principio dei neuroni polisensoriali. Un modulo deve contenere sia neuroni monosensoriali o monomodali che neuroni polisensoriali, altrimenti l'affidabilità delle informazioni del sistema nervoso, la sua plasticità e quindi la capacità di formare nuove connessioni compensatorie funzionali sono drasticamente ridotte.
Nella corteccia visiva c'è un'alternanza di colonne, i cui neuroni rispondono agli stimoli visivi solo dall'occhio destro o solo dall'occhio sinistro. Di conseguenza, nella corteccia visiva di entrambi gli emisferi del cervello ci sono colonne oculari dominanti, cioè colonne che rispondono alla stimolazione di un occhio.
Nella corteccia uditiva esistono colonne capaci di differenziare i segnali provenienti da entrambe le orecchie e colonne che non sono capaci di tale differenziazione.
Nella corteccia sensomotoria, le colonne adiacenti eseguono reazioni multidirezionali: ad esempio, alcune eccitano i motoneuroni del midollo spinale, mentre altre li inibiscono.
Il principio modulare dell'organizzazione strutturale e funzionale del cervello è una manifestazione della natura cooperativa del funzionamento dei neuroni cerebrali. La cooperazione consente ai neuroni del modulo di partecipare probabilisticamente all'implementazione della funzione
tipo, che crea la possibilità di relativa intercambiabilità dei neuroni e quindi aumenta l'affidabilità dell'attività nervosa. Di conseguenza, il funzionamento del sistema diventa poco dipendente dallo stato della singola cellula nervosa. D'altra parte, la struttura mobile di tali unità lavorative, formata dalla partecipazione probabilistica delle cellule nervose in esse, determina una maggiore flessibilità delle connessioni interneuronali e la facilità dei loro riarrangiamenti, che determinano le proprietà di plasticità caratteristiche delle parti superiori del cervello.
La cooperazione consente ad una struttura di svolgere funzioni che non sono inerenti ai suoi singoli elementi. Pertanto, un singolo neurone cerebrale non è in grado di apprendere, ma essendo in una rete di neuroni acquisisce questa capacità.
La cooperatività consente di mettere in atto i meccanismi di autoregolazione e autorganizzazione inerenti al sistema nervoso fin dalle prime fasi della sua organizzazione.
L'autoregolazione è la proprietà delle strutture del sistema nervoso di stabilire e mantenere automaticamente il proprio funzionamento ad un certo livello. Il principale meccanismo di autoregolamentazione è il meccanismo di feedback. Questo meccanismo è ben illustrato dall'esempio del sostegno del riverbero durante lo sviluppo interemisferico di uno stato convulsivo epilettico. Il feedback nel sistema nervoso ha un significato rinforzante, inibitorio o puramente informativo sui risultati dell'attività, la reazione del sistema a cui è stato indirizzato il segnale.
Il feedback organizza e restringe l'insieme delle opzioni per la trasmissione del segnale, creando un ambiente inibitorio per il percorso di eccitazione dei neuroni inattivi.
Il meccanismo della sua auto-organizzazione è strettamente correlato all'autoregolazione del sistema nervoso. I sistemi auto-organizzati generalmente hanno una serie di caratteristiche che sono inerenti anche al sistema nervoso centrale:
Molti ingressi;
Molte uscite;
Alto livello di complessità dell'interazione
i loro elementi;
Un gran numero di elementi funzionanti
Compagno;
La presenza di determinanti probabilistici e hard
collegamenti roved;
Disponibilità della funzione degli stati di transizione;
Molte funzioni;
Disponibilità della funzione di uscita con feedback.
Grazie al principio di auto-organizzazione dei compensi
zione delle funzioni nel sistema nervoso è assicurata da
i cambiamenti nelle scale di funzionamento delle connessioni, il
creando nuove connessioni basate sull'inclusione nel
attività di potenziali sinapsi, utilizzando
l’esperienza accumulata da un dato individuo.
Lo sviluppo del sistema nervoso nella filogenesi e nell'ontogenesi porta ad una continua complicazione dell'interazione dei suoi sistemi. Più forme, tipi e numero di riflessi condizionati sono organizzati nell'ontogenesi, più connessioni vengono stabilite tra le strutture del sistema nervoso.
L'aumento del numero di connessioni funzionali tra le strutture del sistema nervoso è di importanza decisiva, poiché in questo caso aumenta il numero di opzioni per il passaggio dei segnali e le possibilità di compensare le funzioni compromesse vengono notevolmente ampliate.
Grazie all'auto-organizzazione, lo sviluppo di segni clinici di patologia del sistema nervoso non appare ad un certo stadio.
L'auto-organizzazione porta a cambiamenti qualitativi nell'interazione dei sistemi, che rendono possibile realizzare la funzione compromessa dalla patologia. È importante qui che il sistema nervoso, oltre alla possibilità di un'ampia scelta di percorsi per raggiungere un obiettivo, sia in grado di rafforzare o indebolire selettivamente i segnali.
Nel primo caso, quando il segnale viene amplificato, è assicurata una trasmissione affidabile delle informazioni con parziale conservazione morfologica della struttura.
Nel secondo caso, quando il segnale viene indebolito, diventa possibile ridurre le interferenze provenienti da altre fonti. Poiché il sistema nervoso è in grado di filtrare selettivamente il segnale desiderato, ciò gli consente, evidenziando il segnale necessario ma debole, in primo luogo di rafforzarlo direttamente e, in secondo luogo, di avvantaggiarlo nel passaggio alla struttura percettiva riducendo il forza di quelli non necessari segnali interferenti.
Le capacità compensatorie del sistema nervoso sono anche associate alla localizzazione specifica delle funzioni nella corteccia cerebrale, che non è assoluta. Innanzitutto, ciascuna estremità corticale dell'analizzatore ha campi primari, secondari e terziari.
I campi primari della corteccia corrispondono ai campi architettonici della corteccia, in cui terminano le vie di proiezione sensoriale. Queste zone sono collegate con i sistemi ricettivi periferici nel modo più diretto, hanno una chiara localizzazione somatotopica e in esse viene effettuata un'analisi qualitativa dei segnali specifici in arrivo. Il danno a queste zone porta a disturbi elementari della sensibilità.
I campi secondari della corteccia si trovano vicino a quelli primari. Nei settori secondari legati direttamente e indirettamente ai sistemi ricettivi, continua
Il segnale viene elaborato, viene determinato il suo significato biologico, vengono stabilite connessioni con altri analizzatori e con l'esecutivo, spesso con il sistema motorio. Il danno a questa zona porta a disturbi della memoria e della percezione specifici di questo analizzatore.
Le zone terziarie, o associative, si trovano in aree di reciproca sovrapposizione degli analizzatori e occupano la maggior parte della rappresentazione corticale di un dato analizzatore nell'uomo.
Le associazioni neurali di queste zone sono le più adatte a stabilire connessioni con altre aree del cervello e quindi sono le più adatte all'attuazione dei processi compensatori. Le lesioni delle aree associative non portano a disturbi delle funzioni specifiche degli analizzatori, ma si manifestano nelle forme più complesse di attività analitica e sintetica (gnosi, prassi, linguaggio, comportamento diretto all'obiettivo) associate alla funzione di questo analizzatore.
La localizzazione strutturale delle funzioni presuppone che il cervello abbia percorsi deterministici, sistemi che implementano la conduzione di un segnale, l'organizzazione di una particolare reazione, ecc. Tuttavia, nel cervello, oltre alle connessioni strettamente determinate, si realizzano connessioni funzionali che si sviluppano durante l'ontogenesi.
Quanto più rafforzate e protette sono le connessioni tra le strutture cerebrali nel processo di sviluppo individuale, tanto più difficile è utilizzare le capacità compensative nelle patologie.
Sulla base del principio della struttura, viene implementato il meccanismo della gerarchia. Non sta tanto nella subordinazione, ma nell'organizzazione di processi compensativi. Ciascuna struttura sovrastante partecipa all'implementazione delle funzioni di quella sottostante, ma
Ciò si verifica quando la struttura sottostante ha difficoltà a svolgere le sue funzioni.
Durante l'apprendimento, o quando una di esse è disfunzionale, le strutture cerebrali non localizzano l'eccitazione entro i loro confini, ma le permettono di diffondersi ampiamente in tutto il cervello: il principio dell'irradiazione.
L'irradiazione dello stato di attività si diffonde ad altre strutture cerebrali sia attraverso connessioni dirette che attraverso vie indirette. Il verificarsi di irradiazione durante l'ipofunzione di una struttura coinvolta nell'implementazione di un particolare processo consente di trovare modi per compensare l'ipofunzione e implementare la reazione desiderata.
La ricerca di un nuovo percorso si consolida secondo il principio riflesso e si conclude con una concentrazione dell'attività in alcune strutture interessate all'esecuzione della reazione.
La convergenza e il principio di un percorso finale comune sono strettamente correlati alla concentrazione dell'attività in alcune strutture cerebrali. Questo principio è implementato a livello del singolo neurone e del sistema. Nel primo caso, l'informazione in un neurone viene raccolta sui dendriti, il soma del neurone, e viene trasmessa principalmente attraverso l'assone. Le informazioni provenienti da un neurone possono essere trasmesse non solo attraverso l'assone, ma anche attraverso le sinapsi dendritiche. Le informazioni vengono inviate attraverso l'assone ai neuroni di altre strutture cerebrali, UN attraverso le sinapsi dendritiche solo ai neuroni vicini.
La presenza di un percorso finale comune consente al sistema nervoso di avere diverse opzioni per ottenere l'effetto desiderato attraverso diverse strutture che hanno accesso allo stesso percorso finale.
Le difficoltà di compensazione che si riscontrano in età avanzata non sono dovute al fatto che le riserve cerebrali sono esaurite, ma al fatto che gran parte
il numero di modi ottimali per implementare la funzione, che, sebbene attivata in caso di patologia, non può essere implementata a causa di essa. Più spesso, la patologia richiede la formazione di nuovi modi per implementare una particolare funzione.
La formazione di nuovi percorsi, nuove funzioni della struttura cerebrale si basa sul seguente principio del suo funzionamento: il principio della plasticità.
La plasticità consente al sistema nervoso, sotto l'influenza di vari stimoli, di riorganizzare le connessioni per mantenere la funzione principale o per implementare una nuova funzione.
La plasticità consente ai centri nervosi di realizzare funzioni che prima non erano loro inerenti, ma grazie alle connessioni esistenti e potenziali, questi centri diventano capaci di partecipare alla compensazione di funzioni interrotte in altre strutture. Le strutture multifunzionali hanno maggiori capacità di plasticità. A questo proposito, i sistemi cerebrali non specifici, le strutture associative, le zone di proiezione secondaria degli analizzatori, poiché presentano un numero significativo di elementi multifunzionali, sono più capaci di plasticità rispetto alle zone delle proiezioni primarie degli analizzatori. Un chiaro esempio della plasticità dei centri nervosi è il classico esperimento di P.K. Anokhin con cambiamenti nelle connessioni tra i centri dei nervi frenico e brachiale.
In questo esperimento, i nervi frenico e brachiale furono tagliati e l'estremità centrale del nervo frenico fu attaccata all'estremità periferica del nervo brachiale e, viceversa, l'estremità centrale del nervo brachiale al nervo frenico periferico. Dopo qualche tempo dall'intervento l'animale ha riacquistato la corretta regolazione della respirazione e la corretta sequenza dei movimenti volontari.
Di conseguenza, i centri nervosi riorganizzarono la loro funzione come richiesto dal sistema muscolare periferico, con il quale si stabilì una nuova connessione.
Nelle prime fasi dell'ontogenesi, la ristrutturazione di questo tipo avviene in modo più completo e dinamico.
Il ruolo più significativo nel compensare le disfunzioni delle strutture cerebrali è svolto da riflesso il principio del suo funzionamento. Ogni nuova connessione riflessa tra le strutture cerebrali è un nuovo stato del cervello, che consente l'implementazione della funzione richiesta al momento.
1. Compensazione per disturbi nell'approvvigionamento energetico delle cellule:
a) intensificazione della sintesi di ATP nel processo di glicolisi, nonché della respirazione tissutale nei mitocondri intatti;
b) attivazione di meccanismi di trasporto dell'ATP;
c) attivazione di meccanismi di utilizzo dell'energia ATP;
2. Protezione delle membrane cellulari e degli enzimi:
a) aumentare l'attività dei fattori del sistema di difesa antiossidante;
b) attivazione di sistemi tampone;
c) aumentare l'attività degli enzimi di disintossicazione microsomiale;
d) 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:
a) ridurre il grado di interruzione dell'approvvigionamento energetico;
b) ridurre il grado di danno alle membrane e agli enzimi;
c) attivazione di sistemi tampone;
4. Eliminazione delle violazioni nel programma genetico delle cellule:
a) eliminare le rotture nei filamenti di DNA;
b) eliminazione delle sezioni di DNA alterate;
c) sintesi di un frammento di DNA normale invece di uno danneggiato o perduto;
5. Compensazione dei disturbi della regolazione dei processi intracellulari:
a) cambiamento nel numero di recettori cellulari “funzionanti”;
b) cambiamenti nell'affinità dei recettori cellulari per fattori regolatori;
c) cambiamenti nell'attività dei sistemi adenilato e guanilato ciclasi;
d) 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 in caso di danno è dato dall'attivazione degli enzimi che trasportano e utilizzano l'energia ATP (adenina nucleotide transferasi, creatina fosfochinasi, ATPasi), nonché dalla 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.
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