Биологические деструкти́вные проце́ссы — разрушение клеток и тканей в ходе жизнедеятельности организма или после его смерти. Эти изменения широко распространены и встречается как в норме, так и в патологии. Биологическая деструкция, наряду с дегенеративными (дистрофическими) изменениями, относится к альтеративным процессам.
Классификация Различают четыре формы биологической деструкции:
клеточная гибель изолированное разрушение межклеточного вещества (обозначается как деградация, деполимеризация или лизис межклеточного вещества) некроз разложение тканей мёртвого тела.
Клеточная гибель, деградация межклеточных структур и некроз развиваются не только при патологических процессах, но и в процессе жизнедеятельности, например, периодический некроз слизистой оболочки матки (эндометрия) у женщин репродуктивного возраста. Более того, о клеточной гибели можно говорить и в случае разрушения клеток в культуре (in vitro), т.е. вне организма.
Термин «некроз» в современной патологии имеет два значения — некроз как разрушение ткани in vivo и как форма клеточной гибели, альтернативная апоптозу (онкоз). Объёмы этих понятий совпадают лишь частично. В ряде случаев они характеризуют независимые друг от друга процессы. Поэтому для обозначения формы клеточной гибели целесообразно использовать термин «онкоз», а понятию «некроз» оставить его классическое значение.
Клеточная гибель Клеточная гибель — разрушение как отдельных клеток, так и клеток в составе погибающей ткани.
Учение о клеточной гибели — одно из наиболее бурно развивающихся направлений в биологии. Это обусловлено не только теоретическим интересом, но и практическими запросами клинической медицины. Зная, как погибает клетка, можно разрабатывать технологии, предотвращающие или усиливающие этот процесс, исходя из интересов больного организма.
Классификация форм клеточной гибели I. Общебиологическое значение Физиологическая (естественная) Насильственная Возрастная (старческая).
II. Механизм гибели клетки Апоптоз Онкоз.
Физиологическая и возрастная гибель клеток, как правило, происходит по механизму апоптоза. Насильственная клеточная гибель может реализоваться как путём апоптоза, так и онкоза.
I. Физиологическая (естественная) гибель клеток. Физиологическая гибель клеток — разрушение клеток в ходе нормального онтогенеза. Благодаря естественной убыли клеток регулируется постоянство состава ткани (структурный, или тканевый, гомеостаз). Другим механизмом его регуляции является регенерация, обеспечивающая обновление и восстановление тканевых элементов.
II. Насильственная гибель клеток. Насильственная форма клеточной гибели — явление патологическое, лежит в основе некроза. Насильственная гибель клеток возникает при воздействии чрезмерного по силе повреждающего фактора. Природа патогена при этом может быть различной — физической, химической, биологической.
III. Возрастная (старческая) гибель клеток. Возрастная гибель клеток наблюдается в стареющем организме. Поскольку однозначного отношения к старости и процессам старения (норма или патология) в современной науке нет, поэтому данную форму клеточной гибели часто выделяют в самостоятельную категорию.
С общебиологической точки зрения возрастную гибель клеток целесообразно было бы рассматривать как разновидность физиологической, поскольку старение является закономерным этапом онтогенеза. Однако с позиций медицины старение представляет собой фон, на котором развиваются различные заболевания, а уже имеющиеся приобретают более тяжёлое течение, и потому считать процессы старения чисто физиологическими было бы неверно.
В основе старения лежит генетически детерминированная репрессия белкового синтеза. Общее количество вновь синтезируемого белкового материала, прежде всего ферментов, в стареющей клетке, прогрессивно уменьшается, что вызывает нарушение клеточного метаболизма, а дегенеративные изменения в стареющих клетках приводят их к гибели. Наряду с угнетением синтеза белков, участвующих в энергетическом и пластическом обмене, происходит торможение синтеза энзимов, контролирующих состояние клеточной ДНК (ферментов репарации ДНК), что способствует накоплению ошибок в структуре наследственного материала и синтезу на дефектной матрице функционально неполноценных белков. Атрофия органов в стареющем организме (возрастная атрофия) и снижение их функциональной активности (полиорганная недостаточность), характерные для старости, обусловлены именно возрастной гибелью клеток.
Механизмы гибели клеток Выделяют два основных механизма клеточной гибели:
1. активная форма (апоптоз) — форма клеточной гибели, реализующаяся при участии специального генетически детерминированного механизма саморазрушения, требующего затрат энергии АТФ.
2. пассивная форма клеточной гибели (онкоз) — форма клеточной гибели, при которой не происходит активации энергозависимого генетически детерминированного механизма саморазрушения клетки.
При апоптозе в клетке происходит активация особых генов (летальные гены), на матрице которых синтезируются специальные белки, обеспечивающие разрушение клетки (летальные протеины). При этом клетка не должна испытывать дефицит энергии, т.к. процессы апоптоза требуют определённых энергозатрат, поэтому апоптоз иногда называют энергозависимой (АТФ-зависимой) формой гибели клеток. В условиях тяжёлой гипоксии и недостаточности макроэргических соединений в клетке апоптоз не развивается.
При пассивной гибели активации летальных генов и синтеза летальных протеинов не происходит; клетка погибает на фоне прогрессирующего энергодефицита, обусловленного влиянием внешнего патогена, или же моментально разрушается под воздействием сверхсильного ирританта, например, при действии открытого пламени или агрессивных химических веществ. Пассивную гибель клетки можно сравнить с убийством, а апоптоз — с самоубийством («клеточный суицид»).
Апоптоз
Здесь излагаются патологоанатомические аспекты проблемы апоптоза.
Программа апоптоза может быть активирована при помощи особых рецепторов на поверхности клеток (экзогенный механизм индукции апоптоза), под влиянием белка p53 в случае необратимого повреждения ДНК (эндогенный механизм) и при недостаточности в межклеточном веществе ингибиторов апоптоза («отмирание по умолчанию»).
Классификация форм апоптоза Различают три формы апоптоза: Естественный (физиологический) Индуцированный (форсированный) Апоптоз клеток в стареющем организме (см. Возрастная гибель клеток).
Естественный апоптоз развивается в физиологических условиях: в периоде эмбриогенеза, при элиминации повреждённых клеток и клеток в состоянии терминальной дифференцировки, в процессе инволюции органов, при дифференцировке некоторых типов клеток, а также у новорождённого вследствие родового стресса. Основное назначение естественного апоптоза — ремоделирование тканей и поддержание тканевого (структурного) гомеостаза. Нарушение реализации естественного апоптоза приводит к развитию так называемых апоптоз-ассоциированных заболеваний (аутоиммунные болезни, злокачественные опухоли и др.).
Индуцированный апоптоз обусловлен или усилен внешними факторами, не имеющими физиологического значения. Например, апоптоз клеток злокачественных опухолей усиливается под влиянием лучевой или химиотерапии, апоптоз лимфоидных клеток развивается при дистресс-синдроме.
Различают следующие формы индуцированного апоптоза: Апоптоз дистресса Инфекционно-токсический апоптоз Неинфекционно-токсический апоптоз (в частности, лекарственный апоптоз) Апоптоз ишемии Апоптоз гиперчувствительности Радиогенный апоптоз Термогенный апоптоз.
1. Апоптоз дистресса — апоптоз клеток, прежде всего лимфоидных, развивающийся вследствие высокой концентрации эндогенных глюкокортикоидов при дистресс-синдроме. Лимфоидные органы при этом могут заметно уменьшаться (гипоплазия лимфоидной ткани), в частности развивается акцидентальная трансформация тимуса у детей.
2. Инфекционно-токсический апоптоз — апоптоз, развивающийся под влиянием продуктов жизнедеятельности микроорганизмов. Так, хорошо изучен апоптоз эпителия желудка под влиянием Helicobacter pyloridis.
3. Неинфекционно-токсический апоптоз — апоптоз, стимулированный различными веществами неинфекционного происхождения, в том числе фармакотерапевтическими средствами (цитостатиками, глюкокортикоидными гормонами и их аналогами).
4. Апоптоз ишемии. Ишемия — недостаточность снабжения ткани артериальной кровью. При ишемии апоптоз развивается вследствие уменьшения концентрации факторов выживания, распространяемых с артериальной кровью («отмирание по умолчанию»). Так, ядро (центральная область) инфаркта миокарда образовано кардиомиоцитами, разрушающимися путём апоптоза.
5. Апоптоз гиперчувствительности — апоптоз, развивающийся под влиянием иммунокомпетентных клеток в ходе аллергических реакций (реакций гиперчувствительности). Агрессия иммуноцитов может быть настолько выраженной, что формируется некроз (аллергический некроз) или отторжение трансплантированного органа (реакция отторжения трансплантата).
6. Радиогенный апоптоз — апоптоз, стимулированный воздействием ионизирующего излучения. Например, радиогенный апоптоз клеток злокачественной опухоли при её лучевом лечении; апоптоз лимфоидных клеток, подвергшихся облучению.
7. Термогенный апоптоз — апоптоз, стимулированный охлаждением или нагреванием тканей и клеточных культур.
Морфогенез апоптоза В ходе апоптоза можно выделить три морфологически верифицируемые стадии (фазы): ретракция (коллапс) клетки, фрагментация клетки (образование апоптозных телец) и деградация апоптозных телец.
I. Стадия ретракции клетки
Ретракция (коллапс) клетки – уменьшение её в объёме. При этом происходит уплотнение цитоплазмы и содержимого ядра, матрикса органелл (коагуляция цитоплазмы и кариопикноз). Ядро и цитоплазма интенсивнее, чем обычно, воспринимают красители (гиперхромия).
II. Стадия фрагментации клетки (образования апоптозных телец)
В дальнейшем клетка распадается на несколько ограниченных мембраной частей (апоптозных телец). Процесс фрагментации клетки занимает несколько минут (максимально известная длительность апоптоза 7 суток). В тканях с высоким содержанием фагоцитирующих клеток (например, в печени, лёгких, лимфоидных органах) фрагментация клетки, погибающей путём апоптоза, может не происходить — апоптозная клетка распознаётся и фагоцитируется на стадии ретракции (например, гепатоциты в фазе ретракции называются тельцами Каунсильмена).
При световой микроскопии апоптозные тельца в препаратах, окрашенных гематоксилином и эозином, имеют характерный вид. Они небольших размеров (самые крупные тельца достигают размеров малого лимфоцита). Форма телец, как правило, округлая. Такую же форму принимают фрагменты ядра в апоптозных тельцах. Цитоплазма и ядро интенсивно воспринимают красители, поэтому хроматин окрашивается в тёмно-синий цвет, цитоплазма — в насыщенно-розовый или красный. Характерной особенностью тинкториальных свойств апоптозных телец является их равномерная окраска. Кроме того, апоптозные тельца практически всегда располагаются группой на месте распавшейся клетки. Размеры телец внутри скопления различные.
III. Стадия деградации апоптозных телец
Деградация апоптозных телец происходит в основном путём фагоцитоза телец макрофагами и нейтрофильными гранулоцитами.
Онкоз Механизм онкоза наиболее детально изучен на примере гипоксической гибели клеток. В патологии человека гипоксическая клеточная гибель является весьма актуальной проблемой, поскольку данный тип гибели клеток определяет развитие инфаркта как широко распространённой формы некроза. Знание биохимии этого процесса позволяет создавать и внедрять в медицинскую практику фармакотерапевтические средства, обеспечивающие сохранение в зоне гипоксии клеток с обратимыми нарушениями метаболизма. Это способствует уменьшению объёма тканевых повреждений. Электронно-микроскопическое изучение гипоксической гибели клетки позволило выделить несколько стадий этого процесса.