Изменение ядерной мембраны. Вакуоли и псевдовакуоли
Глава 2
УЛЬТРАСТРУКТУРНЫЕ ОСНОВЫ ПАТОЛОГИИ КЛЕТКИ
Прежде, чем преступить к изучению темы «Ультраструктурные основы патологии клетки», просьба ответить на вопросы тестовых заданий для определения исходного уровня Ваших знаний.
Эталоны ответов на вопросы этих заданий можно найти в конце учебника.
ТЕСТОВОЕ ЗАДАНИЕ № 1
Для определения основных частей эукариотической клетки необходимо выбрать один наиболее полный правильный ответ. Эукариотическая клетка состоит из:
1. цитоплазмы, органелл, включений, плазмалеммы;
2. цитоплазмы, ядра, включений;
3. цитоплазмы, ядра, органелл;
4. цитоплазмы и ядра;
5. цитоплазмы, ядра, ядрышка и включений.
ТЕСТОВОЕ ЗАДАНИЕ № 2
Выберите один правильный ответ. При электронно-микроскопическом изучении клетки исследователь обнаружена трехслойная ультраструктура, ограничивающую цитоплазму. Наружная поверхность ее представлена толстым слоем мукополисахаридов (гликокаликс), внутренняя - лабильными белками. Ультраструктура представляет собой:
1. эндоплазматическую сеть;
2. митохондрии;
3. плазмалемму;
4. кариолемму;
5. цитоскелет.
ТЕСТОВОЕ ЗАДАНИЕ № 3
Выберите один правильный ответ. При электронно-микроскопическом изучении клетки выявлены шаровидные пузырьки, ограниченные мембраной и содержащие множество разнообразных гидролитических ферментов. Известно, что эти органеллы обеспечивают внутриклеточное пищеварение, защитные реакции клетки и представляют собой:
1. центросомы;
2. рибосомы;
3. эндоплазматическую сеть;
4. митохондрии;
5. лизосомы.
ТЕСТОВОЕ ЗАДАНИЕ № 4
Выберите один правильный ответ. При электронно-микроскопическом изучении клетки выявлены тельца овальной и округлой формы, оболочка которых представлена двумя мембранами: наружная - гладкая, внутренняя образует кристы и покрыта сферическими частицами, которые содержат АТФ-синтетазу Ультраструктура представляет собой:
1. лизосомы;
2. рибосомы;
3. эндоплазматическую сеть;
4. митохондрии;
5. центросомы.
ТЕСТОВОЕ ЗАДАНИЕ № 5
Выберите один правильный ответ. При электронно-микроскопическом изучении цитоплазмы клетки обнаружена система замкнутых мембран, ограничивающих канальцы и цистерны с прикрепленными к ним рибосомами. Известно, что эта система обеспечивает синтез белков и транспорт веществ. Эта система представляет собой:
1. лизосомы;
2. митохондрии;
3. шероховатый эндоплазматический ретикулум (ШЭР);
4. гладкий эндоплазматический ретикулум (ГЭР)
5. аппарат Гольджи.
ТЕСТОВОЕ ЗАДАНИЕ № 6
Выберите один правильный ответ. При электронно-микроскопическом изучении цитоплазмы клетки обнаружена система замкнутых мембран, ограничивающих канальцы и цистерны. Известно, что в этой системе осуществляется метаболизм липидов и углеводов, детоксикация, транспорт веществ, обмен кальция. Эта система представляет собой:
1. лизосомы;
2. митохондрии;
3. шероховатый эндоплазматический ретикулум (ШЭР);
4. гладкий эндоплазматический ретикулум (ГЭР);
5. аппарат Гольджи.
ТЕСТОВОЕ ЗАДАНИЕ № 7
Выберите один правильный ответ. При электронно-микроскопическом изучении цитоплазмы клетки обнаружены стопки плоских цистерн и пузырьков, содержащих секреторные гранулы, стенки которых образованы мембранами. Известно, что в этих структурах накапливаются вещества, синтезированные в других органеллах, обеспечивается созревание, транспорт, упаковка веществ в секреторные пузырьки, удаление их из клетки.
Эта система представляет собой:
1. лизосомы;
2. митохондрии;
3. шероховатый эндоплазматический ретикулум (ШЭР);
4. гладкий эндоплазматический ретикулум (ГЭР);
5. аппарат Гольджи.
ТЕСТОВОЕ ЗАДАНИЕ № 8
Выберите один правильный ответ. При электронно-микроскопическом изучении цитоплазмы клетки обнаружено множество округлых телец диаметром 15-20 нм, состоящих из двух связанных субъединиц - большой и малой. Эти тельца располагались на поверхности мембран, ограничивающих канальцы и цистерны. Известно, что эти ультраструктуры обеспечивают синтез белка. Эти ультраструктуры представляют собой:
1. лизосомы;
2. рибосомы;
3. шероховатый эндоплазматический ретикулум (ШЭР);
4. гладкий эндоплазматический ретикулум (ГЭР);
5. аппарат Гольджи.
ТЕСТОВОЕ ЗАДАНИЕ № 9
Выберите один правильный ответ. При электронно-микроскопическом изучении цитоплазмы клетки обнаружено множество полых цилиндров, стенка которых состояла из 13 протофиламентов (глобул белка тубулина). Известно, что эти ультраструктуры принимают участие в образовании цитоскелета, обеспечивают опорную, транспортную функции и участвуют в построении митотического аппарата. Эти ультраструктуры представляют собой:
1. микрофиламенты;
2. микротрубочки (макрофиламенты);
3. шероховатый эндоплазматический ретикулум (ШЭР);
4. гладкий эндоплазматический ретикулум (ГЭР);
5. промежуточные филаменты.
ТЕСТОВОЕ ЗАДАНИЕ № 10
Выберите один правильный ответ. При электронно-микроскопическом изучении цитоплазмы клетки обнаружено множество нитей толщиной 5-7 нм, состоящих из белка актина и тропомиозина. Известно, что эти ультраструктуры обеспечивают движение клетки и некоторых рецепторов клеточной мембраны. Эти ультраструктуры представляют собой:
1. микрофиламенты;
2. микротрубочки (макрофиламенты);
3. шероховатый эндоплазматический ретикулум (ШЭР);
4. гладкий эндоплазматический ретикулум (ГЭР);
5. промежуточные филаменты.
ТЕСТОВОЕ ЗАДАНИЕ № 11
:Выберите один правильный ответ. При электронно-микроскопическом изучении цитоплазмы клетки обнаружено множество нитей толщиной до 10 нм, образованных белком кератином. Эти ультраструктуры представляют собой
1. микрофиламенты;
2. микротрубочки (макрофиламенты);
3. шероховатый эндоплазматический ретикулум (ШЭР);
4. гладкий эндоплазматический ретикулум (ГЭР);
5. промежуточные филаменты.
ТЕСТОВОЕ ЗАДАНИЕ № 12
Выберите один правильный ответ. При электронно-микроскопическом изучении цитоплазмы гепатоцита выявлено множество телец диаметром 0,3-1,5 мкм, ограниченных мембраной. В этих структурах обнаружено обилие каталазы. Известно, что эти ультраструктуры несут ответственность за поддержание температурного режима в клетке. Эти ультраструктуры представляют собой:
1. митохондрии;
2. лизосомы;
3. секреторные гранулы;
4. пероксисомы;
5. рибосомы.
ТЕСТОВОЕ ЗАДАНИЕ № 13
Выберите один правильный ответ. При электронно-микроскопическом изучении клеточного ядра выявлена округлой формы структура величиной 5 мкм, которая располагалась на периферии и состояла из фибриллярной и гранулярной частей, содержащих РНК. Эта ультраструктура представляет собой:
1. глыбки хроматина;
2. кариоплазму;
3. центросому;
4. ядрышко;
5. хромосомы.
ТЕСТОВОЕ ЗАДАНИЕ № 14
Выберите один правильный ответ. При электронно-микроскопическом изучении свертка крови обнаружено множество безъядерных телец округлой, овальной или веретеновидной формы, размером 2-3 мкм. В цитоплазме телец содержалось значительное количество микротрубочек, митохондрий, гранулы гликогена. Эти тельца представляют собой:
1. эритроциты;
2. макрофаги;
3. тромбоциты;
4. нити фибрина;
5. лимфоциты.
ТЕСТОВОЕ ЗАДАНИЕ № 15
Выберите один правильный ответ. При изучении ультраструктуры цитоплазмы клетки обнаружена органелла, локализующаяся возле ядра. Она состояла из двух цилиндров длиной 0,5 нм, расположенных перпендикулярно друг к другу. Стенка этих цилиндров образована 9 триплетами микротрубочек. Известно, что эти ультраструктуры обеспечивают поляризацию митотического аппарата и представляют собой:
1. рибосомы;
2. центросомы;
3. эндоплазматическую сеть;
4. митохондрии;
5. лизосомы.
ТЕСТОВОЕ ЗАДАНИЕ № 16
Выберите один правильный ответ. При электронно-микроскопическом исследовании обнаружена мелкая клетка с круглым ядром и узким ободком базофильной цитоплазмы (в световом микроскопе), в которой содержится гранулярная эндоплазматическая сеть и пластинчатый комплекс. Это:
1. моноцит;
2. нейтрофил;
3. лимфоцит;
4. эозинофил;
5. эритроцит.
ТЕСТОВОЕ ЗАДАНИЕ № 17
Выберите один правильный ответ. Клетка имеет оксифильную зернистую цитоплазму и сегментированное ядро, состоящее из 2-х сегментов. В электронном микроскопе в составе гранул определяется кристаллоидная структура с высокой электронной плотностью, погруженная в аморфный тонкозернистый матрикс. Это:
1. моноцит;
2. нейтрофил;
3. лимфоцит;
4. эозинофил;
5. эритроцит.
ТЕСТОВОЕ ЗАДАНИЕ № 18
Выберите один правильный ответ. При электронно-микроскопическом исследовании обнаружена крупная клетка (диам. 20 мкм) с бобовидным ядром и базофильной цитоплазмой (в световом микроскопе), содержащей лизосомы, фагоцитарные вакуоли, множество пиноцитозных пузырьков, гранулярную эндоплазматическую сеть, митохондрии. Это:
1. моноцит;
2. нейтрофил;
3. лимфоцит;
4. эозинофил;
5. эритроцит.
ТЕСТОВОЕ ЗАДАНИЕ № 19
Выберите один правильный ответ. При электронно-микроскопическом исследовании обнаружена клетка (диам. 10 мкм) с сегментированным ядром (4 сегмента) и оксифильной в световом микроскопе цитоплазмой, которая имеет мелкую зернистость, окрашивающуюся кислым и основным красителем. В электронном микроскопе в цитоплазме определяются органеллы общего назначения и 2 типа гранул. Это:
1. моноцит;
2. нейтрофил;
3. лимфоцит;
4. эозинофил;
5. эритроцит.
ТЕСТОВОЕ ЗАДАНИЕ № 20
Выберите один правильный ответ. При электронно-микроскопическом исследовании обнаружена мелкая безъядерная клетка с оксифильной в световом микроскопе цитоплазмой. В электронном микроскопе цитоплазма однородна, содержит включения в виде мелкой зернистости. Это:
1. моноцит;
2. нейтрофил;
3. лимфоцит;
4. эозинофил;
5. эритроцит.
Актуальность темы
Благодаря работам Рудольфа Вирхова, великого немецкого ученого, одного из основоположников современной патологической анатомии, в настоящее время не осталось болезней, знания о которых не базировались бы на морфологическом изучении клеток — структурных единиц живых организмов. Однако увидеть нормальную структуру клетки во всех ее модификациях удалось только во второй половине этого века, благодаря применению ультраструктурного метода изучения клеток с использованием трансмиссионной (просвечивающей) и сканирующей электронной микроскопии, криоскалывания, электронной гисто- и иммуногистохимии, электронной ауторадиографии.
При изучении курса общей гистологии Вами получены необходимые сведения о нормальных ультраструктурах и их функциональной роли в жизнедеятельности эукариотической животной клетки(в дальнейшем просто “клетки”).
Напомню, что клетка — это высокоорганизованная, саморегулирующаяся структурно-функциональная единица живого организма, способная к активному обмену с окружающей ее средой.
В клетке человека и животных выделяют следующие ультраструктуры (рис. 2.1):
— ядро (Я): (оболочка с ядерными порами (ЯП), кариоплазма, ядрышки и перинуклеарное пространство (ПНП);
— цитоплазма (Цп): гиалоплазма с различными органеллами и включениями:
1) органеллы мембранного происхождения:
—цитоплазматическая мембрана (включая десмосомы) (Цм);
—митохондрии (М): (наружная оболочка, кристы, матрикс)
—аппарат Гольджи (АГ);
—эндоплазматический ретикулум (ЭР):
—гладкий (ГЭР);
—гранулярный (шероховатый) (ШЭР);
—лизосомы (Лз): первичные, вторичные: цитолизосомы и фаголизосомы; остаточные тельца или телолизосомы;
2) органеллы немембранного происхождения:
—свободные рибосомы (Рб) и полисомы;
—центросома (центриоль) (Ц);
—микротрубочки или макрофиламенты;
—специализированные структуры или микрофиламенты (нейрофибриллы, миофибриллы: гладкие и поперечные, тонофибриллы, фибриллы промежуточных типов, микроворсинки, реснички, жгутики);
3) включения: трофические, секреторные вакуоли (СВ), пинозитозные пузырьки (ПП).
Кажущиеся в световом и электронном микроскопе неизменными внутриклеточные структуры, при жизни не являются статичными. В процессе жизнедеятельности клетки происходит постоянное их обновление. Однако эти изменения не всегда доступны для распознавания в электронном микроскопе и определить их можно лишь на молекулярном уровне при помощи специальных методик молекулярной морфологии.
Повреждение отдельных ультраструктур и даже гибель отдельных клеток, из которых построены различные ткани и органы человека, может быть проявлением «физиологической нормы». Это постоянный, “запрограммированный” процесс гибели клеток в организме, обозначаемый апоптозом, имеет очень важное значение не только для нормального существования организма, но и играет одну из ключевых ролей при многих общепатологических процессах.
Воздействие тех или иных внутренних и/или внешних факторов приводит на начальном этапе к повреждению элементарных структур клетки и нарушению их функций, в дальнейшем возможно развитие как патологии отдельной клетки, так и клеточных коопераций.Патология клетки, или “целлюлярная патология” – это структурная основа всей патологии человека.
Многочисленными исследованиями доказано, что любой патологический процесс, какой бы степенью функциональных нарушений он не проявлялся, начинается на уровне ультраструктур, то есть субклеточном уровне. Не существует ни одного повреждающего фактора, который не приводил бы к структурным изменениям. Ряд заболеваний может быть и был впервые диагностирован только на ультраструктурном уровне. Важно отметить, что самые ранние, начальные стадии патологического процесса, проявляющиеся только на уровне ультраструктур клеток, как правило, обратимы или могут быть компенсированы.
Знание клеточной патологии помогает специалисту любого медицинского профиля понимать морфологическую сущность того или иного патологического процесса, происходящего в тканях и органах, расширяя представления о причинах и механизмах возникновения болезни, особенностях ее течения, позволяет определить и наметить рациональные и эффективные пути их лечения и профилактики. Все вышеперечисленное определяет важность и актуальность темы.
Главная цель обучения– уметь распознавать количественные и качественные морфологические изменения ультраструктур клетки, обусловленные воздействием различных патогенных факторов иинтерпретировать функциональное значение этих изменений.
Для этого необходимо уметь:
– идентифицировать на электронных микрофотографиях отличительные морфологические признаки органелл клетки в условиях патологии;
– определять характер и степень структурных отклонений изучаемых органелл от эталонов, принятых в качестве “нормальных” морфологических констант;
– определять обратимость и необратимость выявленных структурных изменений органелл;
– распознавать стереотипные и специфичные изменения ультраструктур клетки в ответ на воздействие болезнетворного фактора;
– интерпретировать морфологические изменения ультраструктур и определить их функциональное значение в развитии общих реакций клетки при различных общепатологических процессах, таких как, например, нарушения метаболизма клетки, смерть клетки (апоптоз и некроз), гипертрофия и атрофия клетки, клеточная дисплазия и метаплазия, опухолевая трансформация и др.
Напоминаю Вам, что нормальное существование и функционирование клетки зависит от:
1. Состояния окружающей клетку среды (гомеостаза);
2. Своевременности и достаточности поступления в клетку питательных веществ (кислорода, глюкозы, аминокислот);
3. Уровня содержания продуктов метаболизма, особенно, CO2.
Поскольку в большинстве случаев воздействие любого патогенного (болезнетворного) фактора сопровождается изменением гомеостаза, то первая рецепция патогенной информации будет осуществлена клеткой через ее клеточную мембрану.
Нормальная проницаемость цитомембраны — главное условие в гомеостазе клетки. Цитомембрана построена одновременно и как барьер и как проход для всех субстанций, которые проникают в клетку или ее покидают. Она поддерживает внутренний химический состав клетки посредством избирательной проницаемости и транспортировки. Процесс мембранного транспорта предполагает перенос ионов и других субстратов против градиента концентрации. Транспорт может быть активным, тогда он требует АТФ и «подвижности» транспортных белков в мембране, или пассивным, посредством различных диффузионных и обменных процессов. Вода и ионы пересекают ее путем простой диффузии. Такие молекулы, как глюкоза, нуждаются в средствах транспортировки.
Поэтому изучение ультраструктурной патологии клетки мы начнем с изучения структурных изменений, наблюдаемых в клеточной мембране.
ЦИТОПЛАЗМАТИЧЕСКАЯ МЕМБРАНА
Клеточную мембрану схематически изображают в виде тонкой линии. В трансмиссионном электронном микроскопе она представлена трехслойной структурой, состоящей из двух плотных листков, каждый толщиной от 2 до 3 нм, разделенных менее плотным интермедиарным слоем, толщиной от 4 до 5 нм. Общая толщина мембраны составляет от 7,5 до 10 нм (рис. 2.2). Наружная поверхность ее представлена толстым слоем мукополисахаридов (гликокаликс). Внутренняя поверхность связана с элементами цитоскелета клетки и сформирована лабильными белками, которые обеспечивают целостность микрофиламентов и микротрубочек. На поверхности мембраны некоторых клеток имеются микроворсины, которые заполнены молекулами актина, а также десмосомы (клеточные соединения), в состав которых входят микрофиламенты, образованные кератином, который является гистохимическим маркером клеток эпителия.
Davson и Danielli в 1935 году предложили модель клеточной мембраны. Главной «изюминкой» модели является характер расположения молекул липидов. Мембрана состоит из двух рядов молекул фосфолипидов, расположенных более или менее перпендикулярно к поверхности мембраны, так что их неполярные (гидрофобные) концы соприкасаются друг с другом, а полярные (гидрофильные) обращены к водным растворам по ту или другую сторону мембраны.
В цитомембране располагаются рецепторы гормонов, таких как инсулин или адреналин, и других биологически активных веществ, влияющих на функцию и реактивность клеток, локализуются различные протеины, молекулы мукополисахаридов и специфические белки (например, антигенные детерминанты гистосовместимости), которые определяют ее способность к проницаемости и антигенные свойства.
Цитомембрана играет главную роль в межклеточных коммуникациях как путем образования специализированных межклеточных контактов, так и путем передачи сигналов.
Наконец, она играет критическую роль в росте и пролиферации клеток. Предполагают, что патологические модификации в цитомембране ответственны также за опухолевую трансформацию клеток.
Нарушения структуры и функции мембраны клетки
Причины повреждения цитоплазматической мембраны:
А. Действие физических и химических факторов (высокая и низкая температура, химические вещества и др.).
Б. Образование свободных радикалов (очень нестабильных частиц с нечетным числом электронов на внешней орбите), содержащих активированный кислород, с последующей реакцией между ними и липидами мембраны клетки (перекисное окисление липидов) (табл. 2.1), в результате чего освобождается избыточная энергия.
В. Активация системы комплемента. Комплемент — это система плазматических белков (C1-C9), которые существуют в неактивной форме и составляют приблизительно 10% глобулинов крови (см. главу «Иммунитет»). При активации его конечные продукты, вероятно комплексы C5b, C6, C7, C8 и C9 проявляют фосфолипазную активность, то есть,+ могут ферментативно повреждать цитомембрану. Это явление (фиксация комплемента и его активация) — важный компонент иммунного ответа, при котором уничтожаются клетки, распознанные как «чужие».
Г. Лизис ферментами. Например, панкреатические липазы (в избытке выделяются при остром панкреатите) и ферменты, вырабатываемые Clostridium perfringens (один из возбудителей газовой гангрены) вызывают обширный некроз цитомембран.
Д. Лизис вирусами осуществляется как путем прямой вставки цитопатических вирусов в мембрану клетки, так и косвенно, через иммунный ответ на вирусные антигены, расположенные на поверхности инфицированных клеток.
Виды повреждений цитоплазматической мембраны
Ультраструктурная патология мембран клетки может проявляться в виде повреждения ее формы и величины и сопровождаться нарушениями синтеза и обмена мембран, изменениями ее проницаемости, нарушениями мембранного транспорта, альтерации клеточных соединений, коммуникации клеток и их «узнавания»,.
Повреждение формы и величины цитоплазматической мембраны морфологически проявляется в виде:
– деформации или атрофии специализированных структур;
– увеличения количества (утолщение клеточной мембраны), протяженности и площади мембранных структур (пиноцитозные и фагоцитозные пузырьки);
– истончение (атрофия) клеточной мембраны с появлением щелей или разрывов;
– формирование специальных патологических структур (формирования миелиноподобных, или псевдомиелиновых структур).
Примерами деформации или атрофии (уменьшения) специализированных структур могут служить: атрофия микровиллей энтероцитов при заболеваниях тонкой кишки с развитием синдрома мальабсорбции или деформация ножек подоцитов эпителия внутреннего листка капсулы Боумена почечного клубочка при некоторых нефропатиях.
Большинство из перечисленных структурных изменений клеточной мембраны сопровождается нарушением ее проницаемости. Важная роль в осуществлении проницаемости мембран принадлежит гликокаликсу и взаимодействию мембранных белков с цитоскелетом, а также гормонам, взаимодействующим с мембранными рецепторами. Изменения проницаемости могут быть тяжелыми (необратимыми) или поверхностными. Наиболее изученной моделью изменения мембранной проницаемости является повреждение тяжелыми металлами (ртуть, уран). Тяжелые металлы резко увеличивают проницаемость мембраны для натрия, калия, хлора, кальция и магния, что приводит к быстрому набуханию клеток, распаду их цитоскелета. Увеличение поверхности клеточной мембраны за счет мембран микропиноцитозных пузырьков является признаком резкого набухания клетки и ее гибели.
Увеличение объема клетки за счет поступления большого количества воды в связи с аномалией осмотического давления сопровождается появлением щелей и даже разрывов в мембране. Если разрывы не увеличиваются, то щели закрываются и исчезают. Утолщение клеточной мембраны может быть связано с уменьшением количества ионов кальция во внеклеточной жидкости. При этом изменяется проницаемость мембраны для ионов натрия и калия и в клетке накапливается жидкость.
Действие на мембрану клетки агрессивного фактора вызывает ответные (реактивные) морфологические изменения в виде увеличения количества, протяженности и площади мембранных структур. Захват клеткой различных чужеродных субстанций (жидких и плотных) может осуществляться при помощи двух механизмов: пиноцитоза и фагоцитоза.
Пиноцитоз (рinein — пить) — инвагинация (впячивание) наружной клеточной мембраны с захватом инородной жидкой субстанции, последующим смыканием мембраны, отшнуровкой ее и образованием пиноцитозного пузырька. Этот процесс наблюдается в большинстве клеток. Нередко пиноцитозные пузырьки играют роль транспортного средства для жидкостей, пересекающих таким образом иногда всю клетку (например, в эндотелии).
Фагоцитоз (phagein — поедать) представляет собой процесс захватывания клеткой извне и втягивания в себя какой-либо плотной частицы путем эвагинации (выпячивания) клеточной мембраны и формирования фагоцитозного пузырька.
Судьба фаго- и пиноцитозных пузырьков в большинстве случаев одинакова: сливаясь в цитоплазме клетки с первичными лизосомами они формируют мультивезикулярные тельца (при пиноцитозе) или фагосомы (при фагоцитозе). И те, и другие называют вторичными лизосомами. Во вторичных лизосомах осуществляется процесс переваривания захваченных частиц с образованием остаточных телец, которые затем выталкиваются из клетки наружу путем экзоцитоза (ехо — вне). Ампутацию отростков цитоплазмы и высвобождение поврежденных фрагментов внутриклеточных структур принято называть клазматозом (clastein — повреждать).
Клеточный ответ на аноксию, антиген-антительный конфликт или на ингибиторы метаболизма проявляется своеобразным изменением клеточной мембраны в виде формирования миелиноподобных, или псевдомиелиновых структур. Они появляются в результате перекисного окисления липидов мембран и формируются из высвобождающихся фосфолипидов путем скручивания удлиненных цитоплазматических отростков или микротрубочек. Не следует путать псевдомиелиновые фигуры и специфические миелиновые фигуры, связанные с миелином. Последние вакуолизируются и фрагментируются в случаях демиелинизации или повреждении нейронов.
Результаты повреждения цитоплазматической мембраны
Повреждение структурной целостности цитоплазматической мембраны ведет к гибели (некрозу) клетки. Ограниченное (локальное) повреждение может быть восстановлено, однако с некоторой потерей мембраны (например, в эритроцитах этот процесс ведет к формированию микросфероцитов).
Нарушение «барьерной» функции сопровождается избыточным поступлением воды в клетку и развитием вакуольной или гидропической дистрофии.
Патология межклеточных контактов может проявляться в их сохранении в тех случаях, когда они обязаны были исчезнуть в процессе созревания клетки: например, в эпидермисе при паракератозе (задержке созревания и слущивания клеток). В других случаях наблюдается распад тех клеточных соединений, которые должны существовать в норме. При этом клетки утрачивают связь друг с другом. Это состояние может быть вызвано уменьшением количества ионов кальция во внеклеточной жидкости или воздействием на клеточную мембрану фосфолипаз. Разделенные клетки обладают утолщенной плазматической мембраной. Альтерация клеточных контактов закономерно наблюдается в процессе канцерогенеза, лежит в основе нарушения контактного торможения пролиферации опухолевых клеток, способствует опухолевой инфильтрации и метастазированию.
Изменения коммуникации клеток и их «узнавания». Коммуникабельность клеток и распознавание «своих» и «чужих» — необходимое свойство клеточного кооперирования. Клеточные «общение» и «узнавание» прежде всего базируются на различиях в структуре внешних поверхностей плазматических мембран. Особую роль в этих процессах играет гликокаликс мембраны с поверхностными антигенами — маркерами определенного типа клеток. Поверхностные антигены могут изменяться. Изменения клеточного»общения» и «узнавания» встречаются при различных патологических процессах (воспаление, регенерация, опухолевый рост). Показано, что при исчезновении характерных для данного типа клеток антигенов могут появляться «эмбриональные» и аномальные (например, карциноэмбриональный) антигены. Изменения гликопротеидов (гликокаликса) мембраны делают ее более доступной действию антител. Цитоплазматическая мембрана принимает участие в иммунных процессах. На ее поверхности могут фиксироваться антитела и здесь же может проявляться антиген-антительный конфликт. Наличие комплексов антиген-антитело может быть выявлено при помощи люминесцентной микроскопии или в сканирующем электронном микроскопе.
ЦИТОПЛАЗМА
Цитоплазма в световом микроскопе при окраске гематоксилином и эозином ацидофильна, выглядит оптически однородной или мелкогранулированной. В электронном микроскопе определяются многочисленные структуры (органеллы), необходимые для метаболизма клетки. В части клеток в условиях патологии содержатся образования, не участвующие в метаболических процессах и не являющиеся структурно однородными с цитоплазмой — это включения (жир, гликоген, пигменты и др.).
МИТОХОНДРИИ
Митохондрии – это структуры, ограниченные двумя мембранами – внешней и внутренней, имеют форму цилиндра диаметром 0,5-1 нм и длиной 2-5 нм. Число, форма и величина митохондрий широко варьируют в различных клетках.
Митохондрии — это индикаторы функционального состояния клеток, наиболее чувствительные к агрессии. Известно, что одним из первых признаков аутолиза (гибели) клетки является вакуолизация митохондрий. Хотя митохондрии и относятся к стабильным структурам, в клетках происходит их постоянное обновление. Деструкция (разрушение) избыточного числа митохондрий осуществляется при помощи процессов аутофагии вакуолями, которые играют роль вторичных лизосом.
Митохондрии — это «энергетические станции», которые непосредственно участвуют в обмене через цикл Кребса и системы транспорта электронов дыхательной цепи. Производимая ими энергия конвертируема и накапливается внутри молекул АТФ в виде богатых энергией фосфатных соединений (макроэргических связей). АТФ производится фосфорилированием АДФ; эта реакция связана с окислением восстановленных веществ в дыхательной цепи ферментов. Для этого требуется кислород.
Повреждения митохондрий
Причины повреждения (альтерации) митохондрий, связанные с нарушением производства АТФ (рис. 2.3).
A. Гипогликемия: Глюкоза — главный субстрат для производства энергии в большинстве тканей и единственный источник энергии в клетках головного мозга — нейронах. Поэтому низкий уровень глюкозы в крови (гипогликемия) приводит к недостаточному производству АТФ, которое является наиболее ощутимым в мозге.
Б. Гипоксия: Недостаток кислорода в клетках (гипоксия) может возникать при:
1) наличии механической преграды для дыхания или болезней легких, которые сопровождаются нарушением оксигенации крови;
2) ишемии, или нарушении притока артериальной крови к тканям в результате общих нарушений циркуляции или возникновения местной преграды для тока крови;
3) анемии (то есть, при снижении количества эритроцитов и/или уровня гемоглобина в крови), что приводит к снижению транспорта кислорода кровью;
4) нарушении структуры гемоглобина (например, при отравлении угарным газом (СО), при котором образуется карбоксигемоглобин, не способный к переносу кислорода).
В. Ингибирование ферментов: например, отравление цианистым калием. Цианистый калий ингибирует цитохромоксидазу, конечный фермент в дыхательной цепи, что приводит к острому дефициту АТФ во всех клетках органов и быстрой смерти.
Г. Разобщение окислительного фосфорилирования: разобщение окисления и фосфорилирования происходит или путем химических реакций, или путем физического отделения ферментов от митохондриальной мембраны. Митохондриальное набухание, которое является общим признаком для большинства типов повреждений, является причиной разобщения окислительного фосфорилирования.
Виды повреждений митохондрий
Различают следующие структурные изменения митохондрий (рис. 2.4):
– увеличение числа и размеров;
– образование мегамитохондрий;
– изменение формы;
– изменения структуры крист митохондрий.
Увеличение числа и размеров митохондрий. Избыточное увеличение числа митохондрий можно наблюдать в оптическом микроскопе. Это проявляется появлением в цитоплазме клеток оксифильных гранул. Такие клетки известны как онкоциты или, например, в щитовидной железе, как клетки Гюртля. Они имеют обильную цитоплазму, ядро в них часто отодвинуто к периферии. Онкоциты выявляются часто в щитовидной, паращитовидных, слюнных, бронхиальных и молочных железах. В секретирующих клетках онкоцитарная трансформация свидетельствует об изменении белкового синтеза. Клетки, цитоплазма которых богата митохондриями, встречаются и при других патологических состояниях (гипертрофия, воспаление, опухоли).
Мегамитохондрии. Митохондрии способны к ауторепликации как пластиды (аналог митохондрий) растительных клеток. Они могут расти и делиться, достигать гигантских размеров, иногда больше чем ядро — это и есть мегаметахондрии. В световом микроскопе их можно увидеть в виде светлых круглых, очень оксифильных шариков. Мегамитохондрии встречаются, например, в гепатоцитах при алкоголизме и при циррозах печени, в эпителиальных клетках канальцев почек при нефротическом синдроме, при дефиците рибофлавина, при интоксикации бромидами, при некоторых мышечных заболеваниях. Однако, известно и то, что после устранения интоксикации уже через несколько часов происходит возврат к норме гигантских митохондрий.
Изменение формы митохондрийчаще всего обусловлено их набуханием.
Набухание митохондрий. Оно связано с проникновением в митохондрию воды. Набухание необходимо дифференцировать от истиного увеличения объема митохондрий, известного под названием мегамитохондрии. Набухание митохондрий наблюдается при самых различных состояниях: голодании, гипоксии, интоксикациях, лихорадке, мышечных заболеваниях, назначении тироксина и т.д. Мутное набухание, описанное в оптическом микроскопе как зернистая дистрофия клетки, также сопровождается набуханием митохондрий.
In vitro констатировано два типа набуханий.
Первый тип — с малой амплитудой набухания, при котором изменение энергетической активности влечет за собой обратимую альтерацию протеиновых структур. Этот тип набухания сопровождается пассажем воды через расширенное наружное пространство, сформированное наружной мембраной, во внутреннее, образованное кристами и выполненное матриксом. При этом митохондриальный матрикс сжимается и становится очень плотным. После фазы контракции митохондрии могут возвращаться в нормальное состояние.
Второй тип — с большой амплитудой набухания, возникает в результате увеличения проницаемости внутренней мембраны. Следствием этого является разглаживание и фрагментация крист. Набухание с большой амплитудой вначале может корригироваться увеличением концентрации АТФ и магнезии, но после повреждения наружной мембраны быстро становится необратимым (т.е. смертельным). Оно сопровождается in vivo гибелью гранул митохондриального матрикса, которые вначале просветляются, затем уплотняются и образуют хлопья во внутренней камере. Заключительный этап гибели характеризуется тем, что обе мембраны, внутренняя и наружная, разрываются.
При некоторых состояниях на внутренней мембране могут образовываться преципитаты фосфата кальция, что ведет к кальцификации (омелотворению) митохондрий. Эти изменения также являются необратимыми.
Изменения структуры крист митохондрий могут касаться их размеров, формы и числа:
– деформация крист и уменьшение их числа (встречается при пониженной активности митохондрий);
– увеличение числа крист митохондрий—свидетельство возрастающих функциональных потребностей клетки.
Наряду с изменением крист в условиях патологии, наблюдается изменение структуры плотных гранул митохондриального матрикса. Эти гранулы диаметром от 20 до 50 нм аккумулируют дивалентные катионы. Кроме кальция, магния, фосфора и других неорганических субстанций, матрикс плотных гранул образован протеинами и липидами. Их увеличение в объеме наблюдается в клетках, перенасыщенных ионами кальция, что может вести к смертельному повреждению клетки. Гипертрофия (увеличение в объеме) этих гранул выявлена при ишемии миокарда, в гепатоцитах при интоксикации четыреххлористым углеродом, в мышечных клетках при тетанусе. Уменьшение или исчезновение плотных гранул происходит в онкоцитах, гепатоцитах и клетках кишечного эпителия при ишемии.
ЭНДОПЛАЗМАТИЧЕСКИЙ РЕТИКУЛУМ
Эндоплазматический ретикулум (ЭР) в цитоплазме образует многочисленные сплетения из щелей и каналов. Он участвует в формировании ядерной мембраны и аппарата Гольджи. Функция мембран, формирующих ретикулум, различна в зависимости от их связи с рибосомами: «шероховатый ЭР»— это место белкового синтеза, составляющего основу клеточной секреции белка, тогда как «гладкий ЭР» играет роль в синтезе углеводов, метаболизме стероидов и различных токсических субстанций, которые необходимо нейтрализовать. Он также имеет отношение к метаболизму гликогена. Развитость ЭР является выражением синтетической активности, что можно наблюдать в экзокринных клетках поджелудочной железы или плазмоцитах, однако накопление продуктов синтеза в ЭР может быть обусловлено замедлением их экскреции. Примером этого служат Русселевские тельца — округлые включения, обнаруживаемые в старых плазмоцитах. Русселевские тельца называют надгробными памятниками плазматическим клеткам. Липопротеиды, входящие в состав мембран ЭР, по мнению большинства ученых, аналогичны тем, что входят в состав наружной клеточной мембраны. Обе мембраны могут соединяться и тогда ЭР открывается наружу клетки, в частности, это происходит в феноменах клеточной секреции. С другой стороны, удается рассмотреть тот момент, когда субстанции, проникающие в клетку, появляются в ЭР, при этом они, как правило, направляются к лизосомам. Следовательно, ЭР оберегает клетку от вторжения в нее инородных субстанций. Описанное под названием «дегрануляция шероховатого ЭР» уменьшение числа рибосом, связанных с ЭР, и общего числа рибосом часто наблюдается в гепатоцитах при интоксикации этионином, четыреххлористым углеродом и пиромицином. Эти изменения обратимы и свидетельствуют о снижении белкового синтеза. Наконец, необходимо помнить,что ЭР также является пристанищем для некоторых вирусов, в частности ретровирусов.
В условиях патологии можно наблюдать два вида морфологических изменений — гиперплазию и атрофию эндоплазматического ретикулума.
Гиперплазия ЭР (гладкого или шероховатого), т.е. увеличение его количества может сопровождаться образованием концентрических структур, которые в световом микроскопе часто видны как участки эозинофильной цитоплазмы. Биохимически доказано, что в структурах, сформированных ГЭР, увеличивается число энзимов, ответственных за детоксикацию, таким образом, это явление свидетельствует об участии гладкого ЭР в процессах детоксикации. Подобные изменения неспецифичны и наблюдаются при воздействии афлотоксина, тетрахлористого углерода, ДДТ, диметилнитрозамина, фосфора, прогестерона, при вирусных инфекциях или опухолях (гепатома).
Атрофия ЭР, т.е. уменьшение его размеров сопровождается снижением белково-синтетической функции клетки (при голодании, болезнях печени, старении).
АППАРАТ ГОЛЬДЖИ
Аппарат Гольджи (пластинчатый комплекс). Структуры Гольджи образованы сплющенными мешочками (вакуолями), содержащими секреторные гранулы и анастамозами, которые взаимосвязаны с эндоплазматическим ретикулумом. В них протеины, предназначенные для секреции, конъюгируются с углеводными группами. Величина аппарата Гольджи связана с синтетической активностью клетки и обусловлена либо уровнем наружной секреции, например, в печени или поджелудочной железе, либо интенсивностью синтеза, необходимой для жизнедеятельности самой клетки, например, в нейронах.
Морфологические проявления нарушений секреторной функции выражаются или в виде гиперплазии пластинчатого комплекса, то есть увеличения площади его мембран и количества секреторных гранул, либо в виде атрофии пластинчатого комплекса, что сопровождается редукцией (уменьшением) вакуолей и потерей секреторных гранул.
Гиперплазия аппарата Гольджи обычно сочетается с гиперплазией эндоплазматического ретикулума. Если синтез тех или иных веществ опережает их секрецию и выведение, то эти вещества накапливаются в аппарате Гольджи и могут его повреждать. Например, накопление желчи в гепатоцитах при холестазе.
Атрофия аппарата Гольджи свидетельствует о снижении его функциональной активности. Одной из причин такого снижения может быть белковое голодание, а также нарушение взаимодействия пластинчатого комплекса с эндоплазматической сетью.
ЛИЗОСОМЫ
Лизосомы встречаются в клетках в норме и патологии. Они участвуют в питании клетки, разрушении клеток или их стареющих частей, тем самым облегчая восстановление клеток или способствуя их нормальному созреванию. Лизосомы обеспечивают сохранность биологического равновесия, нарушенного агрессивными агентами при многочисленных процессах — воспалении, иммунной защите, нарушении коагуляции крови и др.
Лизосомы можно определить как электронноплотные структуры небольших размеров, которые имеют вид полиморфных гранул или везикул, окруженных липопротеидной мембраной (рис. 2.5). Это определение относится, главным образом, к первичным лизосомам, которые являются дериватами (производными) эндоплазматического ретикулума и аппарата Гольджи. Они способны разрушать протеины, липиды, полисахариды и нуклеиновые кислоты при помощи более 50 лизосомных ферментов типа гидролаз.
Первичные лизосомы объединяются с другими вакуолями, выбрасывая свое содержимое в них, и образуют таким образом вторичные лизосомы: пинолизосомы, фаголизосомы и аутофаголизосомы или цитолизосомы (цитолизомы). Они довольно полиморфны и богаты кислой фосфатазой. Если процесс переваривания полностью не осуществляется, в них образуются резидуальные (остаточные) тельца или телолизосомы, имеющие самый разнообразный вид. Одни из них удаляются из клетки путем экзоцитоза, другие — путем клазматоза. Некоторые телолизосомы подвергаются биохимической переработке и удаляются путем диффузии через клеточную мембрану. Другие могут образовывать коричневатые комплексы, такие как липофусцин, липосидерин, гемосидерин и др., которые остаются внутриклеточно или удаляются из клетки. Гранулы липофусцина рассматриваются некоторыми авторами как продукты распада липопротеидов мембран и носят название «пигмент изнашивания клетки». Их называют также третичными лизосомами.
Таким образом, лизосомы относятся к внутриклеточной литической, или «переваривающей» системе. В некоторых клетках переваривающая функция может быть доминирующей, как например, в полиморфноядерных лейкоцитах. В отличие от большинства органелл, ранее изученных, лизосомы обладают катаболической, а не анаболической функцией. Эту функцию лизосомы осуществляют при помощи двух механизмов — путем эндоцитоза и аутофагии.
Эндоцитоз. Этот процесс очень часто наблюдается в проксимальных извитых канальцах почек. Протеины, особенно с низким молекулярным весом, после прохождения гломерулярного фильтра реабсорбируются и накапливаются лизосомами клеток эпителия извитых канальцев почек. По-видимому, именно это явление Вирхов описал под названием «мутное набухание». Наличие в клетках канальцев почек при многих протеинуриях гранул с положительной реакцией на кислую фосфатазу свидетельствует об их лизосомном происхождении. Аналогичное накопление протеинов, осуществляемое лизосомами, может наблюдаться в печени (клетках Купфера, мононуклеарных фагоцитах).
Аутофагия. Способность лизосом захватывать и разрушать собственные структуры клетки объясняет, каким образом большие молекулы, такие как гликоген и ферритин, могут проникать в эти органеллы. Механизм аутофагии начинается с образования вокруг участка цитоплазмы системы гладких мембран, которые охватывают циркулярно этот участок и сливаются в форме вакуоли, в которую первичные лизосомы выбрасывают свои энзимы. Этот феномен, описываемый под названием «фокальный клеточный некроз», играет роль внутреннего регулятора цитоплазмы. Можно предположить, что он позволяет клетке контролировать число ее митохондрий, репродукция которых осуществляется более или менее автономно.
Лизосомные болезни
Повреждение лизосомных мембран
Дестабилизация (лабилизация) лизосомных мембран в виде трещин и разрывов может наблюдаться при воздействии различных агрессивных факторов: ионизирующей радиации, аноксии, шоке, отравлении тетрахлористым углеродом, воздействии кремния, недостатке витаминов и гипервитаминозе А, воздействии бактериальных эндотоксинов и т.д. В этих случаях гидролазы диффундируют в клетку, что ведет к ее некрозу или прогрессивному разрушению путем самопереваривания.
Однако, имеется большое число стабилизаторов лизосомной мембраны, защищающих ее от внешних воздействий. К ним относятся холестерол, кортикоиды, витамин Е в малых дозах, антигистамин и т. д. Они повышают резистентность клеток по отношению к агрессору. Лизосомы продуцируют также большое число инактиваторов агрессивных агентов, например, при воспалении, иммунных реакциях, интоксикации. Когда эта функция избыточна и превышает силу агрессии или блокирует ее природу, лизосомы не принимают больше участия в гомеостазе. Они становятся анормальными и растянутыми.
Недостаток лизосомных энзимов. В лизосомах могут отсутствовать некоторые энзимы, необходимые для нормального метаболизма клеток. Энзимопатия или дисметаболическая болезнь имеет врожденный характер и передается по наследству по аутосомнорецессивному типу. Дефицит энзимов наблюдается наиболее часто при гликогенозах (болезнь Помпе, болезнь Гирке), липидозах (недостаточность липаз адипозоцитов), гепатозах (болезнь Дабина-Джонсона). Эти состояния иногда называют «болезнями накопления». В реальной действительности речь идет не об избыточном образовании различных субстанций, а о замедлении или остановке разрушения их метаболитов при нормальном синтезе. Выражение «лизосомные болезни» отражает генетический дефицит лизосомных ферментов, а не собственно повреждение лизосом. Только некоторые состояния могут несомненно соответствовать этому термину. Это редкая болезнь Шедиака-Хигачи, при которой выявляются крупные гранулы в поврежденных лизосомах полинуклеаров крови. Аналогичное состояние наблюдается также у алеутских норок и касается нарушения синтеза различных клеточных включений, в частности, зерен меланина, что сопровождается их избыточным накоплением в лизосомах и нарушением функции. Синдром включает: альбинизм, нейтропению, аденопатию, гепатоспленомегалию, рецидивирующие инфекции.
Феномен накопления в лизосомах лежит в основе болезни Вильсона, при которой накапливается медь, и гемохроматоза, сопровождающегося накоплением ферритина.
Пероксисомы
Пероксисомы (микротельца) представляют собой гранулы, содержащие множество энзимов, таких как Д-аминоацид-оксидаза, каталаза и уриказа (отсюда название — урикосомы). Эти органеллы выявляются среди ЭР.
Увеличение их числа в гепатоцитах описано при применении медикаментов, снижающих уровень липемии, вирусном гепатите, лептоспирозе, в кардиомиоцитах при длительном воздействии этанола. Изменение структуры урикосом было описано при болезнях Менкеса и Вильсона.
Уменьшение числа пероксисом и снижение синтеза их ферментов наблюдается в печени при воспалении, а также при опухолевом росте. Разрушение пероксисом отмечается при гиперлипидемии и гиперхолестеринемии.
Пероксисомные болезни
В настоящее время известны три синдрома, которые рассматривают как наследственные пероксисомные болезни: акаталаземия, цереброгепаторенальный синдром Целлвегера и системная недостаточность карнитина.
Акаталаземия — заболевание, в основе которого лежит резкое снижение активности каталазы в печени и других органах. Основным клиническим синдромом этого заболевания являются гангренозные изъязвления полости рта.
Цереброгепаторенальный синдром Целлвегера характеризуется:
—отсутствием пероксисом в гепатоцитах;
—снижением каталазной активности печени до 20% и менее;
—редукцией эндоплазматического ретикулума;
—атрофией и уменьшением числа митохондрий;
—увеличением в гепатоцитах количества гранул гликогена и липидных вакуолей.
Ведущим клиническим проявлением недостаточности пероксисом является нарушение синтеза желчных кислот.
Системная недостаточность карнитина сопровождается окислением жирных кислот в скелетных мышцах, печени, плазме крови. В клинике наблюдается миопатия с периодическими нарушениями функции печени и головного мозга.
Цитозоль (цитоплазматический матрикс)
Цитозоль — это компонент цитоплазмы, структурно не относящийся к органеллам и содержащий белки, из которых происходит сборка органелл, растворимых ферментов, участвующих в промежуточном обмене клетки. Его вязкость варьирует, возрастая с увеличением количества содержащихся в нем филаментов.
Вариации плотности цитозоля
Увеличение плотности цитозоля. Это неспецифический ответ на различные типы повреждающих факторов: аноксию или гипоксию, интоксикацию, действие вируса, раковую интоксикацию, ионизирующую радиацию, воздействие высокой температуры, электрический ток и т.д. Цитоплазма становится ацидофильной в световом микроскопе и более плотной при обычном электронно-микроскопическом изучении в результате уменьшения содержания в ней воды или денатурации белков. Альтерация сопровождается в некоторых случаях дилатацией шероховатого ЭР или уплотнением митохондриального матрикса и нуклеоплазмы. Она не всегда обратима. При коагуляционном некрозе в электронном микроскопе видны плотные и аморфные обрывки гиалоплазмы, а в световом микроскопе цитоплазма однообразно ацидофильна.
Уменьшение плотности цитозоля может быть связано с уменьшением или прекращением белкового синтеза, а также с проникновением в цитоплазму воды. При локальном уменьшении плотности говорят о хромолизе.
ПАТОЛОГИЯ НЕМЕМБРАННЫХ ОРГАНЕЛЛ
Рибосомы
Рибосомы, как свободные, так и связанные с мембранами эндоплазматического ретикулума, являются необходимыми органоидами для распознавания генетического кода клетки. Локализация рибосом связана с типом синтезируемых белков. Свободные рибосомы, находящиеся в базофильных эритробластах и в нейронах, обеспечивают синтез клеточных белков. Напротив, рибосомы, ассоциированные с мембранами ЭР, выявляются во всех секретирующих клетках.
В условиях патологии рибосомы могут строить хорошо очерченные геометрические фигуры. Например, при воздействии афлотоксина и в опухолевых клетках лимфомы Беркитта они имеют вид спирали. Аналогичные изменения наблюдаются в клетках при гипотермии, при кислородном голодании и дефиците белка в организме.
Микротрубочки и микрофиламенты
Микротрубочки (макрофиламенты) занимают особое место в межклеточных сообщениях. Большинство клеток содержат комплексы фибриллярных структур, которые выполняют опорную, транспортную, сократительную и двигательную функции. Специализированные клетки могут также содержать аналогичные фибриллы, но они отличаются биомеханически.
Для некоторых органелл характерно соединение микротрубочек в группы, обычно числом девять, например, триплеты в центриолях, дуплеты в ресничках. Микротрубочки являются очень сложными структурами и содержат много протеинов, а также АТФ-азу, которая участвует в построении мерцательного эпителия.
Существуют генетические аномалии числа или расположения дуплетов. Например врожденный синдром неподвижных ресничек (синдром Картагенера) характеризуется тем, что реснички покровного эпителия дыхательных путей и слизистой оболочки среднего уха неподвижны или малоподвижны. Поэтому мукоцилиарный транспорт резко ослаблен или отсутствует, что ведет к хроническому воспалению дыхательных путей и среднего уха. У таких больных неподвижны также сперматозоиды, так как их хвост эквивалентен ресничкам.
Отсутствие связи между периферическими и центральными дуплетами в ресничках сопровождается их неподвижностью. Это может наблюдаться при самой разнообразной патологии:
— при инфекционных бронхитах, сопровождающихся иммобилизацией ресничек и отсутствием их движений в слизистой бронха;
— у курильщиков очень часто отмечается неподвижность патологически измененных ресничек, в которых содержится множество дуплетов;
— размножение центриолей с образованием «кист ресничек» часто наблюдается в генитальном тракте женщин при хронических воспалительных заболеваниях (гонорея, хламидиоз, уреаплазмоз и др.).
Различные вещества, например, колхицин, алкалоиды барвинка (винбластин, винкристин), сульфгидрильные реактивные группы (кокадилат, диамид) могут разрушать микротрубочки. Все эти вещества влияют на митоз, изменяют функции клеток, связанные с микротрубочками.
Микрофиламенты. Актиновые филаменты и миозин обнаружены почти во всех клетках, независимо от того, являются ли они мышечными или немышечными.
Патология микрофиламентов разнообразна по этиологии и патогенезу.
Резкое увеличение микрофиламентов находят в эпителии желчных протоков при первичном билиарном циррозе печени. Известно, что циркуляция желчи в печени регулируется микрофиламентозной системой. Однако вопрос о том, первична или вторична аккумуляция микрофиламентов в эпителии билиарной системы, еще не решен. Увеличение количества микрофиламентов описано в клетках при заживлении ран, а также в опухолях, особенно в зонах инвазии.
Промежуточные филаменты
Промежуточные филаменты достаточно специализированы в зависимости от типа клеток. Однако в клетках одного и того же происхождения могут встречаться промежуточные филаменты разного типа. К промежуточным филаментам относятся: цитокератины — в эпителиальных клетках, десмин — в мышечных клетках, виментин — в мезенхимальных клетках, нейрофиламенты — в клетках центральной и периферической нервной системы, глиальные филаменты — в клетках глии.
Патология промежуточных филаментов связана с их накоплением в клетке и наблюдается при образовании алкогольного гиалина (телец Мэллори), болезни Альцгеймера и некоторых формах кардиомиопатий.
1. Гиалин Мэллори (алкогольный гиалин). Известный американский патолог Мэллори в начале века описал в клетках печени при алкоголизме гиалиновые включения неправильной формы, которые названы его именем. Длительное время дискутировался вопрос об их специфичности. Гиалин Мэллори может появляться во многих случаях, но чаще всего при алкогольном циррозе. Экспериментально он был вызван у животных с помощью гризеофульвина (его используют в клинике как антигрибковое средство). В настоящее время накопление промежуточных филаментов является морфологическим маркером хронического алкоголизма.
2. Болезнь Альцгеймера или “пресенильная” деменция сопровождается образованием фибриллярных масс в нейронах коры головного мозга у пожилых людей. Эти фибриллярные массы окрашиваются как амилоидные субстанции конго-красным и дают двойное лучепреломление в поляризованном свете. Но они всегда выявляются внутриклеточно, в отличие от амилоида, который всегда расположен экстрацеллюлярно. В клинике у таких больных развивается слабоумие.
3. Кардиомиопатии, связанные с нарушением метаболизма десмина, клинически проявляются прогрессирующей недостаточностью миокарда и характеризуются массивными отложениями в кардиомиоцитах ШИК-негативного материала, состоящего из промежуточных филаментов.
Цитоплазматические включения
Секреторные гранулы. Они представлены в клетках тремя разновидностями — это гранулы экзо-, эндо- или нейросекретов. Важное место в патологии занимает секреция аномальных (больших по объему) секреторных гранул при синдроме Шедиака-Хигачи.
Меланин и меланосомы. Меланин секретируется меланоцитами кожи, специфической функцией которых является синтез меланинового пигмента и образование меланосом. Оба этих процесса независимы, поскольку меланоциты могут содержат меланосомы без меланина. Такие меланоциты встречаются у альбиносов и при локальной депигментации кожи. При ультрафиолетовом облучении в базальных кератиноцитах происходит накопление меланосом над апикальной частью ядра, что формирует своеобразный экран, защищающий генетический аппарат клетки от повреждающего излучения. При альбинизме невозможен синтез меланина вследствие недостаточной полимеризации дериватов ароматических кислых аминов.
Описаны два типа белковых гранул.
Примером первого типа могут служить белковые гранулы, обычно ацидофильные в световом микроскопе, ШИК-положительные (гликопротеины), наличие которых обусловлено дефицитом a1-антитрипсина. Они могут встречаться в клетках печени, почек, в нейронах, в доброкачественных или злокачественных опухолях. a1-антитрипсин образуется в печени и ингибирует коллагеназу, а в большинстве тканей — эластазу. При дефиците a1-антитрипсина эластаза повреждает легочную ткань, что приводит к развитию эмфиземы.
Примером второго типа служат ацидофильные белковые гранулы, или тельца Леви, наблюдаемые в симпатических нейронах. Они представляют собой удлиненной формы эозинофильные и ШИК-негативные образования и являются типичными для идиопатической болезни Паркинсона.
Тубулоретикулярные включения располагаются в эндоплазматическом ретикулуме и образуют ячейки из анастомозирующих между собой неправильных трубочек. Они впервые были обнаружены в гломерулярных капиллярах почек при аутоиммунном заболевании — диссеминированной красной волчанке. Эти включения имеют сходство с некоторыми вирусными включениями, например, с миксовирусами. Имеется гипотеза, что тубулоретикулярные включения имеют вирусное происхождение. Они выявляются в коже, в почках, в лимфоцитах при различных повреждениях — склеродермии, идиопатической пурпуре, синдроме Гудпасчера, при злокачественных лимфомах.
Их можно воспроизвести экспериментально при помощи 5-бром-деоксиуридина в культуре лимфоцитов. Этот препарат используется в антивирусной терапии и может демаскировать латентный вирус.
ЯДРО И ЕГО АНОМАЛИИ
Ультраструктурное изучение ядра позволяет объективно судить о его морфо-функциональном состоянии, а следовательно, и о клетке в целом. Ядро играет доминирующую роль у делении клетки. Структура и размеры ядра, находящегося в интерфазном (интермитозном) состоянии, зависит от его плоидности (содержания ДНК, числа хромосом) и функционального состояния. Большинство клеток содержат диплоидные ядра. Тетраплоидные ядра, естественно, имеют больший диаметр, нежели диплоидные. Полиплоидия – кратное увеличение числа набора хромосом в ядрах клеток. Увеличение количества полиплоидных клеток очень часто встречается во всех органах, например, в старости, при репаративной регенерации в печени, при гипертрофии миокарда, при опухолевом росте. Анеуплоидия – состояние, при котором встречается в ядрах неполный набор хромосом, обусловленный хромосомными мутациями, выявляется в злокачественных опухолях.
Ядра различных специализированных клеток отличаются размерами, формой, похожи внутренней структурой и в основном содержат гранулы, или улыбки хроматина. Хроматин — это сложная субстанция, содержащаяся в хромосомах. Базофильная окраска хроматина обусловлена главным образом содержанием в нем ДНК. Хроматин, который виден под световым микроскопом, называютконденсированным, а те частицы хромосомной нити, которые видны только в электронном микроскопе –деконденсированнымхроматином. В передаче информации, которая отвечает за синтез белка в клетке, которая не делится, принимает участие только ДНК деконденсированного хроматина. Иначе говоря, как это не парадоксально, весь тот хроматин, который можно увидеть в ядрах функционирующих клеток в световом микроскопе, не выполняет никаких функций. Деконденсированный хроматин получил названиеэухроматин, то есть «хороший» хроматин, поскольку он «работает», а конденсированный хроматин называютгетерохроматином (от греч. гетеро – иной), то есть хроматином другого рода.Деление гетеро – и эухроматина является отражением функционального состояния ядра. Поскольку ядро может переходить из состояния относительно функционального покоя в состояние высокой функциональной активности и наоборот, то и соотношение гетеро- и эухроматина не всегда постоянное. Кроме того, необходимо знать, что понятие характера деления хроматина не всегда однозначное. Например, маргинация хроматина, то есть его разделение под ядерной оболочкой, может трактоваться и как признак активности ядра, и как проявление его повреждения.
Повреждения (альтерация) ядер могут быть обратимыми (сублетальные альтерации) и необратимыми (летальными, или смертельными).
Сублетальные альтерации, обратимые
Конденсация и маргинация хроматина — накопление хроматина под мембраной ядра в виде регулярной ленты или маленьких комочков. При этом ядро несколько уменьшено в объеме. Конгломерат хроматина появляется в результате снижения pH клеток при усиленном гликолизе. Этот процесс представляет собой непосредственный ответ на разнообразную агрессию и, несомненно, первое его проявление.
Изменение ядерной мембраны. Вакуоли и псевдовакуоли.
Известно, что ядерная мембрана состоит из двух липопротеидных листочков (пластинок), в которых имеются поры или округлые отверстия. Внутренняя пластинка гладкая, наружная покрыта рибосомами и находится в контакте с эндоплазматическим ретикулумом.
В условиях патологии в ядрах могут появляться истинные вакуоли и псевдовакуоли.
При воздействии ряда болезнетворных факторов эта мембрана может становится прерывистой, например, при дилятации перинуклеарных цистерн, либо образовывать локальные пузырьки путем инвагинации внутреннего листка ядерной мембраны, например, в ответ на действие радиации. Это и есть истинные внутриядерные вакуоли.
Псевдовакуоли формируются путем внутриядерной инвагинации цитоплазмы, окружены двумя пластинками мембраны и содержат различные частицы, органеллы, в частности рибосомы. Они характерны для некоторых типов клеток, таких как менингеальные, шванновские, невусные и т.д., а также выявляются в опухолевых клетках. Псевдовакуоли обнаруживаются в гепатоцитах при различных метаболических нарушениях.
Внутриядерные включения
Различают истинные включения и псевдовключения.
Истинные включенияпредставлены некоторыми вирусами.
Псевдовключения – это частицы гликогена (в ядрах гепатоцитов при сахарном диабете), а также сферические, линейные, фибриллярные структуры, природа которых не всегда известна. В глиальных клетках фибриллярные структуры выявляются после воздействия гидрооксида аллюминия Al(OH)3. Появление сферических тел связано с повышенным синтезом протеинов и накоплением фибриллярных структур. Сложные структуры появляются в гепатоцитах и эпителиальных клетках канальцев почек после воздействия тяжелых металлов (Pb и Vi).