Gistologia_v_voprosakh_i_otvetakh_Sluka
.pdfно выделить несколько их типов:
1.Клетки, которым свойственно первичное старение, возникающее в результате собственных возрастных изменений: нервные, мышечные и соединительнотканные. Из них формируются статичные или стабильные популяции, в которых размножения клеток не происходит. Первичные механизмы старения связаны с изменениями состояния генома и, как следствие, со снижением интенсивности репликации ДНК, приводящим к изменениям биосинтеза белка.
2.Клетки, для которых характерно вторичное старение, оно является не только следствием собственных возрастных изменений, но и влияний регуляторных, средовых, а также связанных с первичным старением других клеточных элементов — мышечные волокна, клетки желез, печени, почек, циркулирующие лимфоциты. Такие клетки образуют растущие популяции, в которых количество размножающихся клеток обеспечивает только рост и небольшую убыль клеток.
3.Клетки, у которых вестественных условиях старение в основномвторичноиопосредованочерезкомплексвнутриорганизменных регуляторных влияний, включая механизмы общей трофики (кровоснабжение, проницаемостьбарьеровидр.). Клеткамданнойгруппы свойственны свои возрастные изменения. Однако темп и выраженность регуляторных сдвигов нередко предваряют эти изменения. Таковы эпидермис кожи, эпителий во многих органах. Эти клеткиобразуютобновляющиесяпопуляции, вкоторыхколичество вновьобразующихсяклетоксоответствуетколичествудифференцированных, функционирующихиотмирающихклеточныхэлементов.
Следовательно, организм по продолжительности жизни составляющих его клеток гетерогенен, а отмирание клеток является естественным процессом.
Морфологиястареющейклетки. Впроцессевозрастныхпреоб-
разований клеток различных популяций наблюдаются общие черты, касающиеся прежде всего основных компонентов клеток и их соотношений. Впервую очередь при старении изменяются ядерно-
цитоплазматическиесоотношения. Объемклеткиувеличивается.
41
Возрастные изменения клеточных мембран. В процессе старе-
ния в цитолемме обнаруживаются структурные и функциональные преобразования:
•очаговые уплотнения и утолщения;
•изменение количества микроворсинок и микровыростов, что особенно проявляется в условиях повышенной функциональной нагрузки на клетку;
•уменьшение интенсивности микропиноцитоза;
•уменьшение количества и изменения щелевых контактов. Внутриклеточные мембраны отдельных органелл (мембран-
ных) также подвергаются возрастным изменениям. Эти изменения касаются главным образом степени текучести их билипид-
ного слоя. С возрастом повышается восприимчивость мембран к перекисному окислению липидов и текучесть мембран снижается под воздействием аккумуляции свободных радикалов. Изменения в составе жирных кислот приводят к снижению индекса их ненасыщенности, причиной чего, предположительно, и является уменьшение текучести.
Изменения в степени текучести мембран, в свою очередь, могут привести к изменениям в клеточных реакциях, включая возбудимость, транспорт и связывание сигнальных молекул и лигандов с рецепторами, врезультате чегоизменяетсяреакцияклетки наэндо- и экзогенную стимуляцию. Связанные с возрастом изменения мембранных компонентов, особенно липидных, варьируют в зависимости от типа клетки и мембраны, диеты, физической нагрузки, гормонального статуса, антигенов, митогенов и т.д.
К другим возрастным изменениям мембран относятся:
•кумуляция липофусцина;
•ферментные модификации;
•перекисноеокислениелипидоввнутриклеточных мембран;
•физико-химические изменения.
Субмембранный аппарат. Взаимосвязь между плазматической мембраной и цитоскелетом играет большую роль в подвижности и перераспределении лиганд-рецепторных комплексов. Этот процесс существенно замедляется в пожилом возрасте (85 лет и старше). Цитоскелетные элементы, передавая информацию с клеточных мембран внутриклеточным компонентам, играют важную роль в регуляции некоторых клеточных функций, включая ответ лимфоидных клеток на митогены, хемотоксическую реакцию нейтрофилов, содержание липофусцина в лизосомах и деление клеток. Изменения этих функций по мере старения организма свидетельствуют о том, что дезорганизация цитоскелетных структур является, по-видимому, факторомнекоторыхвозрастныхявлений.
42
Ядра старых клеток имеют неровную, фестончатую поверхность, образующуюся за счет многочисленных инвагинаций кариолеммы. Для них характерно расширение перинуклеарного пространства с формированием цистерн, разделенных ядерными порами, нередко отмечается расширение ядерных пор. Увеличивается доля конденсированного хроматина (гетерохроматина). При старении в ядре появляются ядерные включения в виде фибриллярных пучков, тубуло-ламеллярных систем, вирусоподобных частиц, а так же в виде мультивезикулярных и электронно-плотных телец. Увеличивается количество клеток с полиплоидией ядер, число дву- и многоядерных, а также многоядрышковых клеток.
Цитоплазматические структуры. Цитоплазматический в процессе возрастных изменений клеток статических популяций резко просветляется, гидратирован, в некоторых стареющих клетках он может быть уплотнен, содержать очаги деструкции.
Митохондрии — это "больное место" стареющей клетки. Одним из постоянных признаков возрастных преобразований и старения клеток являются морфологические изменения митохондрий, проявляющиеся просветлением матрикса, расширением межкристных промежутков, декомплексацией крист. В старческом возрасте митохондрии многих клеток подвергаются резкому набуханию, в них появляются электронно-плотные включения, а также крупные, иногда гигантские митохондрии, что рассматривается как компенсация редукции количества органелл, вызванной Ингибированием их деления.
Эндоплазматическая сеть с возрастом в просвете цистерн накапливает электронно-плотное вещество и тубулярные структуры. Наблюдается расширение цистерн гранулярной и гладкой эндоплазматической сети, уменьшение количества рибосом на мембранах, лизис полисомальных розеток, рибосом. Уменьшается относительная площадь ее поверхности.
Комплекс Голъджи частично подвергается редукции, рексису и уменьшению линейной площади поверхности. Наблюдается расширениевезикулярныхэлементовснакоплениемвнихжидкихфракций и электронно-плотных гранул, что рассматривается как результатзастойных явлений, связанных со снижением обменных процессовмеждуструктурамиаппаратаГольджиицитоплазмойклетки.
Лизосомы постоянно подвергаются старению в клетках различных популяций. В клетках увеличивается количество первичных лизосом, появляющихся между митохондриями, вблизи очагов деструкции и свободно в цитоплазме. В лизосомах нарастает количество трудноперевариваемых веществ, изменяется активность лизосомальных ферментов, наблюдается снижение
43
стабильности лизосомальных мембран, приводящее к высвобождению лизосомальных гидролаз и деструктивным изменениям в цитоплазме клеток, особенно статических популяций. В результате этого, сами лизосомы участвуют в возрастных изменениях клеток и в процессах их старения, что обусловлено:
•повреждающей литической активностью ферментов, чрезмерной аутофагией, утечкой гидролаз через поврежденную мембрану лизосом;
•экструзией ферментов вследствие изменения клеточной
мембраны или гибели клетки.
Наряду с нарастанием количества первичных лизосом в клетках в процессе старения происходит формирование вторичных лизосом — аутофагического типа, а также остаточных телец, которые могут участвовать в процессах переваривания, пока не будут полностью блокированы непереваренными продуктами.
Остаточные тельца, нагруженные липофусцином, при старении обнаруживаются в возрастающем количестве в нейронах и глиальных клетках, кардиомиоцитах, гепатоцитах, клетках эндокринных желез, атакжевостеобластах, остеоцитах, эндотелиальныхклетках.
Таким образом, основными изменениями в стареющей клетке являются:
•повреждение рецепторного аппарата цитоплазматической мембраны, чтоведеткнарушениюответанафакторыроста;
•снижение текучести мембран;
•появление ядер с неправильной формой;
•изменения межклеточных контактов;
•изменения митохондрий (легкий отек);
•аккумуляциявклеткенормальныхианомальныхсубстанций;
•повышениегетерогенностициклическойактивностиклетки;
•увеличение числа лизосом, особенно на фоне образования большого количества аутофагосом и остаточных телец.
Этим изменениям сопутствуют (или их вызывают) изменения метаболизма.
18. Старениеигибельклетки. Молекулярно-генетическая теориястаренияклетки. Некрозиапоптоз, их морфофункциональнаяхарактеристикаи отличительные признаки
Молекулярно-генетическая концепция старения клетки бази-
руется на двух важнейших открытиях:
1. Клетки многоклеточного организма (за исключением половых) могут делиться ограниченное число раз, примерно 50
44
("предел Хайфлика"). Механизм этого процесса связан с удвоением ДНК при митозе. Установлено, что молекула ДНК при каждой репликации в области теломера (концевого участка хромосомы, не несущего генетической информации, но предназначенного для узнавания ферментами) укорачивается на определенную часть, вследствие чего дочерние клетки имеют ДНК короче на укороченную часть теломера по сравнению с материнской. В результате ряда последовательных делений теломер такой ДНК достигает критической величины, при которой он перестает распознаваться ферментами, что приводит к прекращению деления клетки. Предполагается, что утрата теломерных концов дестабилизирует хромосомы, ограничивая (сокращая) жизнь соматических клеток.
Предложены две точки зрения для объяснения этого процесса. Согласно первой из них, критическое укорочение теломерных концов воспринимается клеткой как повреждение ДНК, в ответ на которое индуцируется сигнал для синтеза белка р53 и клеточный цикл блокируется. В соответствии с другой точкой зрения, при укорочении теломерных концов ДНК изменяется экспрессия регуляторных генов, локализованных в теломерном хроматине, в результате чего наступает старение.
Прогрессивная утрата теломерных концов хромосом является нормальным состоянием соматических клеток, что рассматривается как "часовой механизм" отсчета времени жизни клеток.
2. Наличие в ядре особого фермента, содержащего РНК, — теломерная трансфераза (теломераза), — обеспечивает стабилизацию теломерных концов хромосом. Теломераза осуществляет важнейшую генетическую функцию сохранения теломерных концов хромосом в половых клетках. В соматических клетках теломераза не функционирует, поэтому дочерним клеткам передаются укороченные хромосомы. В случае же ее активности, в соматических клетках укороченный участок теломера достраивается (как — пока неясно), при этом дочерние клетки сохраняют возможность делиться и могут стать бессмертными. В частности, в сохраняемых раковых клетках культуры НЕЬА, где активность этого фермента высока, деление клеток продолжается с 20-х годов (более 70 лет) нынешнего столетия.
Как осуществляется регуляция теломеразной активности в нормальных, стволовых и раковых клетках пока неизвестно, но на это открытие возлагаются большие надежды в связи с возможной в будущем расшифровкой судьбы клетки — состариться и погибнуть или переключиться на опухолевый рост.
45
Гибель клетки. Старение клетки в конечном итоге приводит к катабиозу и последующей смерти. Смертью клетки обычно называют необратимое прекращение явлений жизнедеятельности. Для некоторых клеток критерием смерти может служить утрата способности к размножению, росту или передвижению.
Существуют два типа гибели клеток — некроз и апоптоз, которые отличаются вызвавшими их причинами и соответственно разными механизмами реализации.
Некроз наблюдается в случаях действия на клетку сильных повреждающих факторов — температурных (гипер- и гипотермия), механических, биологических (яды), химических, а так же гипоксии и стрессов.
Цитологическими методами в гибнущих клетках часто обнаруживают уменьшение количества цитоплазмы или характерные изменения ядра, диффузную окраску ядра и цитоплазмы, обесцвечивание гранул и вакуолей, лизис митохондрий. Наблюдаются диспергирование полирибосом, расширение цистерн эндоплазмати-ческой сети. В случаях медленного и постепенного наступления смерти возникает некробиоз путем разжижения или коагуляции.
Первопричиной некроза является повреждение клеточных мембран (блокада ионных каналов), что ведет к повышению в цитоплазме концентрации ионов кальция и активации фос-фолипаз, вызывающих протеолиз, а также к образованию ряда кислот, в частности, молочной. Накопление вследствие ауто-лиза низкомолекулярных соединений приводит к набуханию погибших клеток. Посмертные изменения ядер характеризуются их интенсивным окрашиванием и обычно сопровождаются последующим сморщиванием (пикноз), фрагментацией (кариорексис) и растворением (кариолизис) с последующим разрушением всей клетки.
Апоптоз — генетически программируемый процесс гибели клеток, регулируемый особыми генами, обеспечивающими синтез веществ, разрушающих клетки. Программу апоп-тоза запускают:
•дефицит гормонов, факторов роста, цитокинов;
•нарушения контактов с микроокружением;
•индукторы апоптоза (g-интерферон, трансформирующий фактор роста — b, фактор некроза опухолей, глюкокор-тикоиды, ряд интерлейкинов);
•вирусные инфекции;
•различные повреждающие физические и химические факторы.
46
Апоптоз имееет тканевую специфичность. Ряд морфологических проявлений при апоптозе сходен с наблюдаемыми при некрозе. Однако в отличие от некроза апоптоз характеризуется своеобразным уплотнением ядра (без разрушения кариолеммы и отсутствия кариолизиса) и сильным сморщиванием цитоплазмы, а конденсация органелл в клетке не заканчивается их разрушением. В итоге клетка образует многочисленные выпячивания, в которых находятся органеллы и фрагменты ядра. Эти выпячивания отшнуровываются от клетки, образуя апоптозные тела, захватывающиеся фагоцитами.
Процесс апоптоза протекает очень быстро, его длительность составляет от нескольких минут до 3 ч.
Апоптоз рассматривается как один из универсальных механизмов тканевого гомеостаза, поскольку он наблюдается как в процессах эмбриогенеза, так и в реакциях зрелых тканей на повреждающие факторы, при опухолевом росте и иммунных реакциях. Именно апоптозу принадлежит основная роль в гибели стареющих клеток.
47
Раздел III
Общая гистология (Учение о тканях)
19. Тканькакуровеньструктурнофункциональнойорганизациимногоклеточных организмов. Определение. Происхождениеи общиепринципыорганизации. Типытканевых системиихосновныесвойства. Значение гистологии для медицины
Ткань — это, возникшая в эволюции частная система гистологических элементов (клеток и их производных), объединенных общностью строения, функции, происхождения (развития, кам-биальности), состоящая из одного или нескольких дифферонов клеток и обладающая специфическими функциями благодаря кооперативной деятельности всех ее элементов.
Происхождение тканей. Первичные многоклеточные организмы (по И. И. Мечникову) представляли колонию одноклеточных организмов с лабильной дифференцировкой на поверхностные жгутиковые и внутренние амебоидные клетки. Дивергентная (в разных направлениях) дифференцировка этих клеток в процессе эволюции привела к возникновению первичной постоянной пограничной ткани (кинобласта), клетки которой стали обеспечивать движение, захват пищи и реакцию на внешние раздражители, и системы погруженных внутрь клеток (фаго-цитобласта), обеспечивавших внутренний обмен и стабилизацию условий метаболизма. По мере прогрессивного развития раньше других дифференцировались пограничные (эпителиальные) ткани и ткани внутренней среды. Вначале тканевые свойства первичных тканей были нестойкими, но постепенно закреплялись в процессе эволюции. Возникновение мышечной и нервной тканей филогенетически происходило в составе пограничной ткани; они появились позднее, в результате специализации клеток поверхностной ткани на восприятии различных видов энергии (кванты света, колебания окружающей жидкости,
48
изменения t° и др.) и движении — развивался специализированный внутриклеточный аппарат сокращения. С момента появления сократимые структуры являлись эффекторной частью примитивных нервных элементов, воспринимающих раздражения внешней среды. В дальнейшем мышечная и нервная ткани выделились из состава пограничной. Особое значение при этом приобрела нервная ткань, интегрировавшая деятельность всего организма. Постепенно, под влиянием естественного отбора происходило возрастание разнообразия тканей. Сходные тканевые структуры в процессе эволюции возникали параллельно (теория параллелизма тканевых структур А. А. Заварзина) путем дивергентного развития (теория дивергентной эволюции тканей Н. Г. Хлопина), т. е. путем расхождения признаков, приведшее к разнообразию тканей.
Образование тканей в процессе эволюции явилось прогрессивным моментом в формировании многоклеточных организмов: обеспечило образование нового, более высокого уровня структурно-функциональной интеграции организма, что привело к интенсификации организменных функций и способствовало прогрессивному усложнению органов.
Общиепринципыорганизациитканей.
1.Ткани имеют определенный набор элементов. Они образованы главным образом клетками. Кроме того в состав тканей могут входить производные клеток — межклеточный матрикс, а также надклеточные (симпласты) и постклеточные (роговые чешуйки) структуры.
Среди клеток различают:
а) специализированные клетки, обеспечивающие главные функции ткани;
б) созревающие клетки — клетки, находящиеся на различных стадиях дифференцировки и в разных периодах клеточного цикла;
в) камбиальныеклетки — совокупность стволовых (полипотентных), полустволовых (полупотентных) и малодифференцированных клеток. За счет камбиальных элементов обеспечивается обновление (регенерация) тканей.
г) мигрирующиеклетки— представлены выходящимиизкрови в ткань форменными элементами крови (лейкоциты).
2.Тканиимеютмеханическуюопору. Образующиеткань клетки нуждаются в механической опоре, в качестве которой выступают базальные мембраны. С их помощью образуются клеточные пласты (эпителиальная, мышечная ткани). Механической опорой является и межклеточный матрикс, физикохимическое
49
состояние которого имеет большое значение для формирования специфического микроокружения клеток.
3.Ткани обладают территориальной стабильностью —
внорме имеют постоянное расположение, определенную клеточную массу и конфигурацию. Эти параметры поддерживаются в течение всей жизни как на уровне тканей в целом, так и на внутритканевом уровне.
4.Ткани содержат кровеносные сосуды. Большинство тканей (соединительные, мышечные, нервная) содержат сплетения кровеносных сосудов, посредством которых идет прямая доставка клеточным элементам необходимых для метаболизма веществ. Некоторые ткани кровеносных сосудов не содержат (эпителиальные и хрящевые ткани), их питание осуществляется путем диффузии из рядом расположенной соединительной ткани.
5.Ткани иннервированы. Только периферическая кровь регулируется нервной системой опосредованно. Степень иннервации (в смысле ее обширности и представительства разных отделов нервной системы) в разных тканях имеет свои особенности.
Классификации тканей. Морфофункциональная классифика-
ция включает 4 тканевые системы:
1.Эпителиальные. Основное их свойство — пограничность.
2.Ткани внутренней среды: кровь, лимфа, соединительные ткани. Основное свойство — поддержание структурного, метаболического и генетического гомеостаза в организме.
3.Мышечные ткани. Основное их свойство — сократимость.
4.Нервная ткань: основное свойство — возбудимость.
Онтофилогенетическая классификация подразделяет пере-
численные выше ткани по генетическому принципу (источнику развития). По Н. Г. Хлопину, В. П. Михайлову (1972) выделяется 7 тканевых типов: 1) эпидермальный, 2) энтероцелонеф-родермальный, 3) ангиодермальный, 4) нейральный, 5) энтомезенхимный, 6) миотомный, 7) хордальный. Из них В. П. Михайлов выделяет до 70-ти конкретных тканей, возникающих при дивергентной эволюции.
Значение гистологии для медицины. Знание нормальной структуры клеток, тканей и органов необходимо для понимания механизмов изменений в них при различных патологических состояниях, возможностей восстановления, консервации и трансплантации тканей. Поэтому гистология с цитологией и эмбриологией тесно связана с патологической анатомией и физиологией, биохимией, а также со многими клиническими дисциплинами.
50