Клеточное обновление

В обновляющихся тканях на протяжении всей жизни организма происходит убыль зрелых дифференцированных элементов с ограничен­ным жизненным циклом и образованием новых клеток, восполняющих эту убыль. Благодаря физиологическому равновесию между этими про­цессами обеспечивается стационарное состояние тканей. Поддержание его обеспечивают клетки-предшественники, которые могут давать потом­ство либо таких же, как они сами, клеток, либо клеток, способных к дальнейшей дифференцировке. Категория клеток-предшественников неоднородна. Часть из них обладает способностью к самообновлению на протяжении периода времени, даже превышающего продолжительность существования всего организма, часть живет и по нескольку месяцев. Клетки, обеспечивающие поддержание системы в целом, называют ство­ловыми. Такие клетки на протяжении всей жизни организма обладают способностью к самовоспроизводству и продукции клеток, которые в дальнейшем подвергаются дифференцировке и созреванию. Считается, что миграция происходит благодаря градиенту давления между участками отторжения клеток и генеративной зоной. В качестве примера можно рассмотреть процесс обновления слизистой оболочки желудка. Источником новообразования клеток служат более или менее четко отграничен­ные участки слизистой оболочки, которые обозначают как генеративные или стартовые зоны. В этих зонах располагаются недифференцирован­ные клетки, способные к делению и являющиеся источником всей кле­точной популяции эпителия. Подвергшиеся делению клетки мигрируют в направлении от генеративной зоны к функциональной, теряя способ­ность к делению и приобретая черты специализированных дифференци­рованных клеток. В процессе деления клетки генеративной зоны про­ходят последовательные фазы митотического цикла, которые протекают асинхронно в клетках одною типа. Такая десинхронизация фаз позво

ляет обеспечить сохранность пула. В качестве примера клеточного об­новления растущих тканей можно привести печень. В нормальных усло­виях к делению способны единичные гепатоциты, располагающиеся не­посредственно у печеночных триад. Все другие клетки печеночной доль­ки блокированы в фазе G₀. В большинстве клеток обновление происхо­дит путем внутриклеточной регенерации. Но при резекции печени в про­цесс деления вступают почти все сохранившиеся клетки. Поэтому разли­чают в печени потенциальный пролиферативный пул, который обеспечи­вает регенерацию в экстремальных условиях, и реальный пролифератив­ный пул, который поддерживает постоянное клеточное обновление органа. В статичных тканях внутриклеточные регенеративные процессы приобретают исключительную роль. Внутриклеточные регенераторные и гиперпластические процессы являются единственный источником материального обеспечения всего разнообразия колебаний функцио­нальной активности нервной системы и ее восстановления после раз­личных патологических процессов. Для ЦНС с характерными для ее кле­ток сложнейшими и многочисленными связями наиболее целесообраз­ным и экономным путем восстановления нарушенной функции является усиление работы их специфических ультраструктур, т.е. исключительно внутриклеточной регенерации.

Структурные основы компенсаторно-приспособительных процес­сов (КПП)

Известно, что в каждый данный момент из общего числа одноимен­ных структур интенсивно работает только какая-то их часть, в то время как другие пребывают в состоянии относительного функционального по­коя. При увеличении функциональной нагрузки можно выделить 2 этапа структурных изменений компенсаторно-приспособительных процессов.

I этап - включение всех структур, в том числе и находящихся в покое, в работу, т.о. синхронизация и интенсификация метаболических процессов.

II этап - функциональная нагрузка может возрастать или быть бо­лее длительной, и тогда для сохранения гомеостаза, чтобы в этих хрони­чески напряженных условиях работы сохранить принцип перемежаю­щейся активности, происходит увеличение числа ультраструктур в рам­ках клетки и гиперплазия клеток в рамках органа. Таким образом, II этап материального обеспечения КПП состоит в появлении новых

структур (органелл в клетках и самих клеток) соответственно уровню функционального напряжения.

Если усиление функциональной активности обеспечивается гипер­плазией клеточных органелл и самих клеток, то обусловленное различ­ными причинами длительное ее снижение сопровождается противопо­ложным процессом, а именно, уменьшением числа ультраструктур в от­дельных клетках, а затем и уменьшением их количества. Этот процесс называют атрофией. Атрофия сопровождается сложной перестройкой внутриклеточной архитектуры и также глубокими изменениями ультраструктур.

Общие закономерности компенсаторна-приспособительных реакций:

1) Важным условием адекватного структурного обеспечения приспособительных колебаний активности биологических процессов яв­ляется временная синхронизация между действием раздражителя, тре­бующим изменений функциональной активности, и моментом реализации последней. Другими словами, чем более сближены во времени действие фактора внешней среды и ответ на него организма, тем точнее и эффек­тивнее приспособительная реакция последнего. Материальные ресурсы органа вполне достаточные потенциально, но не реализованные вовремя, т.е. синхронно с действием патогенного фактора, не могут предотвратить разрушительного влияния последнего. Если организм все же не успевает перестроиться и перейти на ритм работы, соответствующий ритму дейст­вия раздражителя, возникают дистрофические или некротические изме­нения тканей, сопровождающиеся функциональными расстройствами.

2) Важнейшей закономерностью КПП является следующий факт. В условиях регенерации при сохранении повреждающего воздействия, развивается качественное несовершенство новообразованных клеток, внутриклеточных структур, поэтому любое изменение нагрузки, либо действие повреждающего фактора, либо развитие стресса может привес­ти к альтерации этих клеток.

3) При прерывистом действии на организм самых разнообразных факторов дефицит времени, нехватка его для полного завершения реге­нераторного процесса между каждыми очередными воздействиями, явля­ется одной из наиболее частых неспецифических причин возникновения структурно-функциональных расстройств органов и систем.

4) Способность организма к перестройке интенсивных биологичес­ких процессов небезгранична. Существуют некоторые минимальные, бо-

лее уже несжимаемые сроки развертывания перестройки и, в частности, гиперплазии ультраструктур и расширения материальной базы клетки, раньше которых они произойти не могут. Так повышение активности ферментных систем после введения индукторов наблюдается спустя 5-6 ч; репликация ДНК, т.е. появление ее новых матриц, происходит не ранее, чем через 2- - 30 ч после начала действия патогенного фактора, и как бы ни увеличилась его доза или частота его воздействия, этот срок оказывается неизменным. Так, ишемия, вызванная сужением ветви во­ротной вены, приводит к резкой атрофии соответствующей доли печени - уже через 1 неделю масса ее составляет 1/6 исходной. Механизм такой атрофии объясняют усиленным апоптозом - активной самодеструкцией клеток, не сопровождающейся характерной для некроза воспалительной реакцией.

Представленные закономерности составляют материальную основу так называемой надежности биологических систем. Касаясь проблемы КПП, прежде всего следует упомянуть о главном принципе, на котором всегда основывается механизм КПП. Этот принцип состоит в том, что при всем огромном разнообразии факторов, которые влияют па дина­мику КПП, это влияние, в конечном счете, всегда выражается только в одном - усилении или торможении клеточного обновления и гиперплазии структур. Этот принцип получил название "плюс-минус взаимодействие" или принцип регуляции антагонистических функций. Морфологически это гиперплазия, гипертрофия, атрофия.

4.2. ГОРМОНАЛЬНАЯ РЕГУЛЯЦИЯ КЛЕТОЧНОГО ОБНОВЛЕНИЯ

Переход в различные фазы клеточного цикла, т.е. стимуляция или угнетение деления, изменение размеров клеток органов обеспечивается различными регуляторными системами с помощью большого числа фак­торов, стимулирующих или ингибирующих названные процессы. Эти факторы могут вырабатываться как самими клетками, так и возникать за их пределами. По этому признаку их можно разделить на внутренние и внешние.

К внутренним относятся:

а) генетические структуры ДНК, связь РНК с белком;

б) эпигеномные - субстратферментное взаимодействие, накопление субстратов.

Специализированные регуляторы - циклические нуклеотиды, два ве­щества - антагонисты, т.н. цАМФ и цГМФ (аденозинмонофосфат, гуанодинмонофосфат), т.н. аутокринная система, изменяют обменные процессы, косвенно могут влиять на состояние ядерных структур - трансформируют все разнообразные влияния на усиление или понижение функции. Внутренние факторы опосредуют действие всех внешних.