Нарушение жизнедеятельности клеток

Самовосстановление организма на клеточном уровне

                                      Мельницкий В.Н.   к.б.н.

             К р а т к а я   а н н о т а ц и я.

В клетках организма, при нарушении энергетики и обмена веществ, могут а)возникать мутации ядерной и митохондриальной ДНК, а также структурные изменения в биологических мембранах, б)замедляться перенос электронов в цепи дыхательных ферментов, в)повышаться продукция активных форм кислорода (АФК).

При воздействии неблагоприятных условий или выведении гомеостаза за пределы нормы, в этих клетках или их клонально размножившихся копиях, на фоне низкого уровня АТФ и слабой антиоксидантной защиты, возникнет гипоксия и произойдет запуск механизма клеточной гибели.

В случае возникновения умеренной циклической гипоксии, в “больных” клетках, рано или поздно, будет запущен сначала процесс самоликвидации “больных” митохондрий – митоптоз, а затем и апоптоз – полное уничтожение всей клетки, если процесс ее изменения или повреждения зашел слишком далеко.

Появление в клетке кратковременный гипоксии может быть инициировано не только многими факторами внешней среды действующими на организм, но и дыхательными упражнениями, которые широко используются в практике Восточной медицины.

При умелом, регулировании уровня гипоксии в клетках, можно достигать оздоровление организма за счет увеличения количества клеток с высокой энергетикой, достаточной антиоксидантной защитой и нормальной, неповрежденной мтДНК.

Систематическое удаление мутированной мтДНК и внутриклеточных структурных повреждений удлиняет продолжительность жизни клетки и является залогом полноценной реализации генетических возможностей организма при его адаптации к неблагоприятным условиям среды.

1. Повреждения митохондрий и энергетическая недостаточность клетки

В настоящее время мало кто сомневается, что состояние здоровья или болезни  определяется на клеточном уровне. Говорят, что здоровье организма – это здоровье его клеток.

Тело человека образовано клетками разных типов. Их численность находится в пределах тридцати триллионов. Для поддержания и сохранения гомеостаза организма существуют жесткие системы регуляции процессов метаболизма. Эта регуляция происходит на организменном, клеточном и молекулярном уровнях.

Нарушение жизнедеятельности организма человека при заболевании всегда, так или иначе, связано с изменением функционирования клеток. При этом нарушение функций одних клеток может быть первопричиной развития болезни в целом, а возникшие патологические процессы, могут способствовать угнетению или повреждению других клеток.

Особенно уязвимы мембраны энергопроизводящих органелл клеток – митохондрий. Это связано с тем, что перенос электронов по цепям дыхательных ферментов митохондрий обеспечивает генерирование 95% энергии, необходимой всему организму, на что требуется утилизация 90% доступного клеткам кислорода.

В результате неблагоприятного воздействия стрессов и факторов внешней среды также могут происходить изменения, повреждения и мутации в ядерной и митохондриальной ДНК.

В организме происходят очаговые распространения мутаций мтДНК. Это явление встречается довольно часто. Согласно результатам двух независимых работ по изучению индивидуальных человеческих кардиомиоцитов, в клетках наиболее пожилых пациентов содержание мутаций в мтДНК составляло15% и 25%, тогда как в кардиомиоцитах молодых индивидуумов их не обнаружено.

 Клетки, страдающие от клонально «размножившихся» мутаций мтДНК, часто испытывают снижение эффективности переноса электронов.

Такие изменения могут повышать концентрацию кислорода внутри митохондрий из-за уменьшения потребления кислорода, а также способствовать дальнейшему снижению эффективности цепи переноса электронов.

Это должно повышать продукцию АФК, и в комплексе с низкими уровнями АТФ, может стимулировать механизмы клеточной гибели.

В организме человека самая распространенная причина гибели клетки – это недостаток кислорода в тканях – гипоксия. Гипоксия может быть вызвана недостатком содержания кислорода во вдыхаемом воздухе, плохой циркуляцией крови или чрезмерным потреблением кислорода самой тканью при перегрузке.

При делении митохондрий, от клонально «размножившихся» мутаций мтДНК, органеллы тиражируются и образуют мозаичность ткани. Такие участки организма и является главным источником ряда болезней относящихся к “болезням цивилизации”.

2. Апоптоз и митоптоз – регуляторы количества и “качества” популяций клеток

Одним из радикальных способов удаления поврежденных, мутированных и недееспособных органелл и клеток является запуск наследственно запрограммированного механизма митоптоза и апоптоза.

В организме здорового человека клеточный гомеостаз определяется балансом между гибелью и воспроизводством клеток.

Апоптоз – программированная клеточная гибель, энергетически зависимый, генетически контролируемый процесс, который запускается специфическими сигналами и избавляет организм от ослабленных, ненужных или повреждённых клеток.

В целом за год у человека обновляется столько клеток, что общий их вес равен весу тела.

Апоптоз – это биохимически специфический тип гибели клетки, который характеризуется активацией нелизосомных эндогенных эндонуклеаз, которые расщепляют ядерную ДНК на маленькие фрагменты.

О количестве преобразований в митохондриях невозможно даже и говорить, т.к. в каждой живой клетке их содержится до 2 тыс. штук.

Апоптоз строго регулируется организмом. Его недостаток приводит к раку и другим опухолям, а избыток апоптоза ведет к потере клеток, например при нейродегенеративных процессах, что указывает на небходимость их защиты при активизации апоптоза.

В здоровом организме все, что не приспособлено к новым условиям, должно обязательно быть удалено. Апоптоз и митоптоз – удаление поврежденных митохондрий, представляют собой биологический ассенизатор. Они включают гибель (саморазрушение) неправильно развивающейся, потенциально опасной или просто ненужной для окружающих тканей клетки.

Все структурные образования клетки, которые связаны с цепями метаболических процессов неадаптированных к новым условиям, в первую очередь удаляются на субклеточном уровне. Так при выходе гомеостаза клетки за пределы своей нормы реакции, большинство неправильно свернутых, денатурированных и других аномальных белков быстро деградируют в цитозоле, тогда как нормальные копии белков сохраняются.

Аномальные белки возникают в результате ошибок при синтезе, или в результате химических повреждений. Разнообразные мутантные формы обычных белков также распознаются как и аномальные.

Последействующие митоптоз и апоптоз являются завершающей фазой защиты многоступенчатых процессов внутриклеточной регуляции. Эти процессы запускаются, когда внутриклеточные повреждения становятся необратимыми, когда замедляются процессы фосфорилирования, активизируется деятельность окислительных ферментов и, как результат этого, возникает гипоксия и ацидоз.

Если в клетке имело место слабое повреждение внутриклеточных структурных образований, а гомеостаз восстановился до нормального уровня, тогда гипоксия и ацидоз исчезают.

Систематическое удаление мутированной мтДНК и внутриклеточных структурных повреждений удлиняет продолжительность жизни клетки.

В настоящее же время разрабатываются способы продления жизни клетки в основном за счет предотвращения мутаций и повреждений.

3. Антиоксиданты и нутриенты предотвращают повреждения в клетках

В настоящее время митохондриология выделилась в самостоятельное научное направление.

Открытие ведущей роли митохондрий в чувствительности к лекарствам, их ключевая роль в старении, апоптозе и нейродегенеративных расстройствах привело к созданию митохондриальной (клеточной) медицины.

Важным ее разделом являются болезни, связанные с нарушением функции митохондрий.

Разработка методов генной терапии и вообще патогенетических методов лечения еще находится в стадии экспериментов. Одним из наиболее перспективных направлений генной терапии является попытка изменить уровень гетероплазмии путем или селективной ингибиции репликации митохондрий, или разрушения мутантной ДНК (1,  2).

Установлено, что при уменьшении популяции мутантной мтДНК в клетках, происходит нормализация метаболизма во всем организме.

Лечение метаболических расстройств и, особенно нарушений клеточного энергообмена – одна из сложных проблем современной медицины.

Большинство заболеваний, связанных с нарушениями клеточной энергетики, в настоящий момент не расшифровано с точки зрения конкретной патогенетической основы этих нарушений.

Врачи констатируют, что комплекс препаратов, обеспечивающий исправление метаболизма клетки может быть эффективен в ситуациях, которые можно уподобить «черному ящику»(3).

Оздоровление организма за счет “лечения” больных клеток является естественным способом самовосстановления организма. Способ самовосстановления организма как результат интеграции знаний биологической науки.

В настоящее время идеи клеточной медицины, базирующейся на знании, что здоровье и болезнь закладываются на клеточном уровне, развиваются в Научно-исследовательском институте доктора Матиаса Рата (Селиконовая долина США).

 В соответствии с этой концепцией дефицит питательных веществ на клеточном уровне является главной причиной многих хронических болезней, включая инфекционные, сердечно – сосудистые заболевания и рак.

.Таким образом, митохондриальная клеточная медицина в данный момент находится только на начальном пути развития.

4. Оздоровление организма путем селективного обновления митохондрий

В ряде научных публикаций высказывается мнение относительно дальнейших перспектив развития клеточной медицины. Указывается, что в будущем должны появиться новые подходы, основанные на растущем понимании механизмов, лежащих в основе действия ограничения калорийности рациона, клональной экспансии мутаций мтДНК, восстановления мтДНК, митогенеза и обновления митохондрий.

Однако, если внимательно посмотреть на историю развития человечества, то можно заметить, что эти вопросы уже давным – давно были разрешены, а результаты многовековой практики и сейчас широко используются  Восточной медициной.

Тысячелетние традиции индийской философии, берут начало с XV — Х вв. до н.э. Археологические же находки позволяют утверждать, что учение йоги было известно уже 2,5 тыс. лет до н.э.

Основу физических упражнений в йоге составляют асаны — специальные положения тела.

Ранее уже указывалось, что в организме человека самая распространенная причина гибели клетки – это недостаток кислорода в ткани (тканевая гипоксия), которая, может быть вызвана недостатком содержания кислорода во вдыхаемом воздухе.

Достаточно напомнить, что значительное повреждение митохондрий наблюдается уже через 30 мин гипоксии печени, для мозга это время еще короче. Через 1 час в клетках печени погибает большинство митохондрий, и восстановить жизнедеятельность такой ткани уже невозможно.

В то же самое время о целебном влиянии дыхательных упражнений на организм человека знают многие.

В энциклопедии Йоги читаем: “В процессе регулярного выполнения практики задержки дыхания происходит мощная “чистка” всего организма, приводящая, в конечном итоге к идеально функционирующему телу.”

При умелом регулировании уровня гипоксии в клетках, можно достигать существенного оздоровления организма.

Известный патофизиолог Феликс Меерсон экспериментально и теоретически доказал, что физическая тренировка, закаливание и адаптация к неблагоприятным условиям жизни представляют собой не что иное как приспособление организма к гипоксии.

Благодаря достижениям современной биологической науки данный феномен можно объяснить с высокой степенью вероятности как процесс, проходящий за счет селективного отбора органелл и клеток с высоким уровнем энергетики и антиоксидантной защиты из популяции клеток организма оказавшихся в условиях умеренной, кратковременной, циклической гипоксии.

Это обусловлено тем, что в  клетках, которые образовались от клонально «размножившихся» мутаций мтДНК и структурных повреждений эффективность переноса электронов и образование АТФ существенно снижена, а уровень антиоксидантной защиты низкий.

Вследствие этого, в случае возникновения умеренной гипоксии в организме, в таких “больных” клетках будет запущен сначала процесс самоликвидации “больных” митохондрий – митоптоз, а затем и апоптоз – полное уничтожение всей клетки, если процесс ее изменения или повреждения зашел слишком далеко.

                                С с ы л к и

1. Srivastava S., Moraes C.T. Manipulating mitochondrial DNA heteroplasmy by a mitochondrial targeted endonuclease. Human Mol Genet 2001; 10: 3093-3099.

2. Taylor R.W., Wardell T.M., Connolly B.A. et al. Linked oligodeoxynucleotides show binding cooperativity and can selectively impair replication of deleted mitochondrial DNA templates. Nucleic Acids Res 2001; 29: 16: 3404-3412.

3..1 НАРУШЕНИЯ КЛЕТОЧНОЙ ЭНЕРГЕТИКИ

www.elkar.ru/ftpgetfile.php?id=1

                                                                     27.11.2010.

Источник: //melnizky.narod.ru/cell.html

Характеристика понятия «патология клетки»: повреждение и гибель, некроз и апоптоз клеток организма

В разделе научной медицины, именуемом «общая патология клетки», изучаются как морфологические изменения, происходящие в элементарных единицах строения организма, так и нарушения их функций.

К этим нарушениям могут привести регрессивные и прогрессивные процессы. Говоря о формах гибели клеток, различают некроз и апоптоз.

Обо всех этих понятиях, а также об основных механизмах повреждения клетки вы узнаете в данном материале.

Основные механизмы повреждения клетки

В основе патологии клетки лежит ее повреждение. Причины повреждения клеток, приводящие к их гибели, подразделяются на физические, химические и биологические. Под физическими понимаются травмы, высокая и низкая температура, радиация.

Под химическими – воздействие кислот, щелочи, солей тяжелых металлов, цитотоксических веществ, например, цианидов, а также лекарственных средств при их передозировке..

К биологическим относятся патогенные микроорганизмы, а также факторы системы иммунитета.

Рассматривая характеристику понятия «повреждение» в разделе «патология клетки», особое внимание стоит уделить механизмам этого процесса.

Механизмов повреждения клетки достаточно много. Ниже описаны основные из них.

Расстройство энергетического обеспечения клетки бывает связано с нарушениями процессов окисления глюкозы, что, как известно, является основным источником энергии для «зарядки» (синтеза) главного клеточного «аккумулятора» — АТФ. Очевидно, что следствием недостатка энергии является угнетение большинства жизненных процессов клетки.

Повреждение мембран. Как известно, клеточные мембраны являются структурной основой, как клеточных органелл, так и клетки в целом, поэтому их повреждение неизбежно влечет нарушение клеточной анатомии и физиологии.

Дисбаланс воды и ионов приводит либо к сморщиванию, либо к набуханию клеток вследствие изменения соотношения осмотического давления внутри и вне клетки.

Кроме того, процессы передачи сигнальных импульсов основаны на концентрации электролитов по обе стороны клеточной мембраны, что при нарушении ионного баланса приводит к расстройствам передачи нервных импульсов и дискоординации содружественной деятельности групп клеток в тканях и органах.

Повреждение генетического аппарата клеточного ядра приводит к нарушению процессов воспроизводства в клетке, следствием чего, например, может явиться превращение нормальной клетки в опухолевую.

Расстройства регуляции внутриклеточных процессов приводят как к расстройству процессов жизнедеятельности клетки как таковой, так и к нарушению выполнения клеткой своих функций в качестве структурной единицы тканей и органов макроорганизма.

Формы гибели клеток: некроз и апоптоз

Два основных механизма гибели клетки — это некроз и апоптоз.

Основные отличия некроза и апоптоза клетки следующие:

• некроз происходит из-за внешних и внутренних — повреждающих факторов, апоптоз — обычно из-за естественных (как правило, внутренних) причин;
• некроз — это гибель как отдельных клеток (группы клеток), так и участка ткани, апоптоз — смерть отдельных клеток;
• механизм некроза клеток — это бессистемное, случайное поражение различных частей элементарных единиц строения организма и участков ткани, апоптоз — упорядоченный внутренний процесс;
• при патологии клеток некроз окружающая ткань реагирует воспалением, при апоптозе воспаления не бывает.

Далее рассмотрены оба механизма гибели клетки – апоптоз и некроз.

Механизм гибели клеток некроз: причины и формы

Некроз — это гибель клетки организма, группы клеток или участка ткани под действием повреждающих факторов, интенсивность которых привела к тому, что изменения в клетке стали необратимыми и некомпенсируемыми.

Некроз — это исключительно патологическое явление, которое возникает вследствие заболеваний и травм, т. е. биологически нецелесообразно. Некроз обычно приводит к возникновению другого типового патологического процесса — воспалению.

Некроз — омертвение, гибель клеток и тканей в живом организме.

Говоря о некрозе как механизме гибели клетки, соответствии с различными причинами различают:

• травматический некроз (происходит в связи с прямым повреждающим действием высокой или низкой температуры, кислот, щелочей и т. п. факторов на клетки и ткани);
• токсический некроз (причиной гибели клеток в этом случае является воздействие на ткани каких-либо — чаше бактериальных — токсинов);
• трофоневротический некроз (возникает в результате нарушения иннервации определенного участка ткани, что ведет к сосудистым нарушениям и необратимым дистрофическим изменениям);
• аллергический некроз (является следствием аллергической реакции немедленного типа; чаше всего он развивается по типу фибриноидного некроза;
• сосудистый некроз (возникает при нарушении кровообращения определенной области вследствие тромбоза, эмболии, сдавления сосуда, он носит название ишемического некроза — инфаркта).

Различают следующие формы некроза:

1. коагуляционный (сухой) некроз (в основе его лежат процессы денатурации тканевых белков и обезвоживание);

2. колликвационный некроз — влажный некроз, характеризуется размягчением и расплавлением погибших тканей;

3.

гангрена — некроз тканей, соприкасающихся с внешней средой (различают сухую гангрену, при которой мертвая ткань высыхает, сморщивается, мумифицируется, и влажную гангрену, при которой омертвевшая ткань подвергается разложению гнилостными бактериями; разновидностью гангрены являются трофоневротические некрозы, возникающие у ослабленных лежачих тяжелобольных пролежни на участках поверхности тела в области костных выступов — крестца, лопаток, пяток, локтевых отростков, затылка);

4. секвестр (участок мертвой ткани, свободно располагающейся среди живой — чаще всего это костные секвестры при хроническом остеомиелите);

5. инфаркт.

Исходы некроза. Благоприятным вариантом исхода является возникновение пограничного воспаления с четко обозначенной границей некроза и здоровой ткани — демаркационной линией.

Позднее некротические массы постепенно рассасываются; они также могут замешаться соединительной тканью, в этом случае говорят об организации. Если некротический участок обрастает соединительнотканной капсулой, то данный процесс носит название инкапсуляции.

Неблагоприятным вариантом исхода некроза является присоединение инфекции и гнойное расплавление некротического участка, что сопровождается тяжелыми осложнениями.

Процесс гибели клеток организма апоптоз

От некроза необходимо отличать процесс гибели клеток апоптоз.

Апоптоз — это запрограммированная смерть клетки.

Как правило, апоптоз является естественным биологическим процессом, однако в некоторых случаях апоптоз включается вследствие нарушения нормальных физиологических процессов, т. е. при патологии.

В результате апоптоза клетка разделяется на отдельные покрытые клеточной мембраной фрагменты — апоптотические тельца, которые поглощаются макрофагами.

Механизмы апоптоза включаются еще во время внутриутробного периода, когда у эмбриона, например, редуцируется хвост. После рождения механизмы апоптоза в частности отвечают за обновление клеток эндометрия, эпителия кожи и кишечника, клеток крови. Собственные клетки организма умерщвляются благодаря механизму апоптоза, если они заражены вирусами или приобрели характер опухолевых.

Процесс гибели клетки апоптоз состоит из:

• сигнальной фазы, во время которой включается его механизм под воздействием различных факторов на специальные клеточные рецепторы;
• эффекторной фазы, во время которой активизируются специальные белки, разрушающие клетку;
• деградационной фазы (фазы экзекуции, или деструкции), во время которой и происходит вышеупомянутая фрагментация клетки под действием белков-разрушителей. Запуск апоптоза не является необратимым, так как у клетки имеются рецепторы, активизация которых может подавить уже запущенный процесс апоптоза.

В старости у большинства клеток отмечается тенденция к повышению чувствительности к запуску апоптоза (это справедливо, правда, в отношении только определенных клеток — нервной ткани, клеток печени и сердца, хрящевой ткани, Т-лимфоцитов и т. д.).

Источник: //bigmun.ru/obshhaya-patologiya-kletok/