к.т.н. Карл Отт, Р.Д. Устинов, Д.А. Радостева
Стресс, некроз, апоптоз и деменция
Внешние факторы, действующие на биологическую систему человека и вызывающие стресс, называются стрессорами, стресс рассматривается как состояние организма в ответ на их воздействие. Ганс Селье определил стресс как неспецифический ответ организма на действия повреждающего фактора. Наиболее фундаментальными и общими для всех живых организмов является молекулярно – генетические механизмы ответа на стресс. В результате действия факторов происходит переключение жизни клеток на стрессовую программу и активируются гены стрессового ответа.
Следует выделить три фазы реакции организма в целом, а также на клеточном уровне на воздействия неблагоприятных факторов: тревоги, резистентности и истощения. В первой фазе происходит отклонение в физиологических и биохимических процессах, соответствующих “в глубине” стресса и проявляются как симптомы повреждения и защитные реакции на устранение повреждений. Во второй фазе биологическая система адаптируется к новым условиям – стадия резистентности, а если не происходит адаптация организма к раздражителю, наступает третья стадия – стадия истощения функций.
Процесс переключения организма и клеток на стрессовую программу осуществляется одновременно на всех уровнях, но начинается с клеточного уровня.
Основными макромолекулами, реализующими стресс – реакцию клетки, являются белки. Стресс факторы активируют рецепторы в плазматической мембране. После начало стресса в клетках появляется мРНК, кодирующие стрессовые белки. Наблюдается ослабление синтеза обычных белков в клетке и переключение на синтез стрессовых белков.
Мрнк стрессовых белков быстро разрушаются, но сами белки могут сохраняться, обеспечивая устойчивость клеток последующему действию факторов.
Стрессовые факторы приводят к разнообразным негативным последствиям, включая нарушение метаболизма клеток и повреждение мембран клеточных структур и макромолекул.
Важнейший неспецифической реакцией на стресс является изменение свойств мембран клеток и мембранных белков. Структурные изменения в мембранах приводят к освобождению из связанного состояния ионов Ca2+.
Необратимые повреждения клетки вызывают грубые повреждения мембраны – “разрыв” и другие повреждения, в том числе массовый вход ионов кальция в клетку!
Все это увеличивает содержание Ca2+ в цитоплазме, что запускает из неспецифических молекулярных механизмов повреждение клетки – кальциевый стресс! Содержание Ca2+ в цитоплазме является маркером повреждения клетки, и чем оно выше тем тяжелее повреждение органа. В целях защиты от кальция, митохондрии захватывают избыток кальция. Однако, это ухудшает ситуацию, так как они сами становятся источниками кальция, образуя порочные круги.
При накопления кальция в цитоплазме активируются аутокаталитические процессы: активируются различные разрушительные ферменты, способные разрушать компоненты клетки. В зависимости от плотности и продолжительности их действия может наступить апоптотическая* гибель клетки**.
**Источник: кафедра патофизиологии. Патофизиология повреждения клетки, стом. ф-тет. 2020 г.
*Апоптоз – физиологический процесс, в основе которого лежит генетически запрограммированная гибель клеток.
Патогенез повреждения клетки.
Независимо от происхождения или характера повреждающего фактора, основными механизмами повреждения клетки являются:
- Нарушение энергетического обеспечения клетки;
- Повреждения мембранного и ферментных систем клетки;
- Дисбаланс ионов и воды в клетке;
- Нарушение наследственной программы и/или механизмов её реализации;
- Расстройства регуляции жизнедеятельности клетки.
Рассмотрим пункт 2. Повреждение мембранной системы клетки, роль, которая особенно важна в процессах необратимого повреждения.
Клеточная мембрана состоит из фосфолипидного би-слоя, в которой внедрены белковые молекулы.
Повреждение клеточной мембранной системы происходит следующим образом: усиливаются свободно – радикальные реакции и перекисное окисление липидов. В течение нормальной жизнедеятельности клетки формируется ряд свободных радикалов кислорода и азота.
В норме около 2% кислорода превращаются в супероксидный радикал. Затем из него образуется перекись водорода(H2O2) – гидроксильной радикал.
Образование свободных радикалов усиливают прооксиданты, важными из которых являются Fe2+, Cu+, гомоцистеин.
Свойствами свободных радикалов обладает также оксид азота – NO. NO активирует гаунилатциклазу, что вызывает ряд физиологических и адаптивных сдвигов, в том числе удаление из клеток избыточного кальция, угнетение апоптоза итд. Под действием свободных радикалов происходит окисление мембранных фосфолипидов, сопровождающиеся повышением проницаемости и образованием структурных дефектов в мембране.
В результате становится возможным неконтролируемый вход и выход в клетку катионов и других органических и неорганических веществ, которые были невозможны при нормальном функционировании ионных каналов в мембране клетки(нарушение работы ионных каналов – гипоксия). В этих условиях происходит неорганизованное перемещение ионов Na+, K+, Ca2+, Mg2+.
Повреждение мембраны клетки и клетки в целом под действием свободных радикалов называется оксидативным стрессом!
При стрессе апоптозу принадлежит роль одного из ключевых механизмов, определяющих специфику реакции организма на стрессор. Его участие в реализации стрессорной реакции связано с повышенным выделением стероидных гормонов корой надпочечников. Именно чувствительностью к действию стероидов определяется спектр тканей, поражаемых при стрессе. К таким тканям относится в первую очередь лимфатическая ткань(особенно кора вилочковой железы) и слизистые оболочки, прежде всего кишечника.
Именно с апоптозом связано повышенная способность клеток при нейродегенеративных расстройствах и в результате быстрой гибели нейронов возникают болезни Альцгеймера и Паркинсона. Апоптоз – это процесс, который активирует внутреннюю “суициидальную” программу клетки, которая приводит к упорядочению (запрограммированному) распаду ДНК и белков в клетке. Запрограммированная гибель нейронов довольно частое явление в развитии нервной системы.
Заболевания, при которых отмечается активация апоптоза:
- СПИД;
- Нейродегенеративные заболевания (болезнь Альцгеймера и Паркинсона);
- Болезни крови (анемия);
- Ишемические повреждения (инфаркт миокарда, инсульт);
- Токсические поражения печени;
- Заболевания почек.
При апоптозе происходит сморщивание клеток, уменьшение их объема, уплотнения гранул.
Под влиянием повреждающего фактора клетки способны поддерживать жизнедеятельность путём изменения их объема. При недостаточном же поступлении кислорода для синтеза АТФ клетки могут использовать анаэробный гликолиз АТФ.
Под действием различных повреждающих факторов, о которых будет сказано ниже, в организме имеют место некроз – омертвление клеточно – тканевых структур части тела.
Факторы вызывающие некроз:
- Физические (ранения, обморожения, ожоги);
- Токсические (кислоты, щёлочи,...);
- Биологические (бактерии, вирусы,...);
- И осмеливаемся дополнить перечисленное стрессовым фактором.
Некроз клетки отличается от апоптоза тем, что он происходит спонтанно и является результатом незапланированного события.
Признаки некроза – гибель отдельных клеток, участков ткани, части органа или целого органа в живом организме.
Внутренние факторы некроза – трофо-невротические расстройства(заболевания, возникающие из-за):
- нарушения работы нервов в части органов;
- повреждение и паралич нервных клеток.
Классификация некроза:
- Травматический;
- Токсический;
- Трофо-невротический;
- Аллергический;
- Сосудистые (нарушение/прекращение кровотока в артерии: тромбоз, эмболия, длительный спазм артерии – антиогенный некроз).
Некроз – это “насильственная” или аварийная смерть клетки. Он развивается при сильном, резком и быстром воздействии.
Высвобожденные из клетки ферменты и другие белки проникают в кровь, становясь важными биомаркерами смерти клетки.
При массивном повреждении тканей из клеток в большом количестве высвобождается калий, вызывая гиперкалиемию.
Некроз начинается с повреждения плазматической мембраны клетки, приводящего к нарушению способности клеток сохранять ионный гомеостаз. В результате повышения проницаемости мембраны происходит набухание, прежде всего митохондрий, а затем и всей клетки, что сопровождается разрывом мембраны, активацией лизиса и разрушением внутриклеточных структур.
Некроз рассматривается как метаболическая катастрофа, вызванная тяжелыми структурными повреждениями клетки, приводящими к развитию активного воспалительного процесса и отмиранию больного органа.
Таким образом, существенным отличием апоптоза от некроза является то, что апоптоз распространяется только на отдельные клетки или их группы, в то время как некроз может захватывать территорию, начиная от части клетки и до целого органа.
Результатом апоптоза является постепенное и медленное избавление от “ненужных” в функциональном отношении на данный момент клеток.
В этой связи авторы склонны выделить апоптоз как фактор, способный выявлять и уничтожать болезнетворные прионные белки, что является одним из позитивных проявлений стресса.
Несколько слов относительно болезни Альцгеймера. Имеются публикации о том, что её вероятность может повышаться вследствие хронического недосыпания (фактор риска), а сам альцгеймеровский нейропептид (β-амилоид Aβ) может быть частью системы врождённого иммунитета. Хроническое недосыпание есть результат воздействия стресса на организм человека, что также связывает стресс с проявлением болезни Альцгеймера. Интерес представляет информация от биолога “ДНК – Атлас” Марии Паги: “Стресс, испытанный родителями, записывается в генетической информации ДНК и передается потомкам до двух поколений через ген FKBP5, связанный с реакцией на стресс.”
Заключение
Возникновение и проявление нейродегенеративных заболеваний связаны:
- С наследственностью в меньшей степени и случайностью в большей;
- Перенесёнными человеком заболеваниями, в особенности: туберкулёзом, герпесом, раком, диабетом.
- Усугубляющим фактором деменции является стресс, пережитый человеком, в особенности при чрезвычайных ситуациях. Имеются данные о том, что стрессы могут инициировать появление прионных белковых структур, ответственных за ряд прионных заболеваний.
Апоптоз, в большей степени, и некроз следует признать важными физиологическими процессами, приобретённые организмом человека в ходе эволюционного развития, выполняющие множество функций по защите организма от внешних и внутренних неблагоприятных факторов.
9.11.2023 г., Херольдсберг
Все права защищены
Любое копирование и воспроизведение текста, в том числе частичное и в любых формах, без письменного разрешения правообладателя запрещено.
stress.free.life.4all@gmail.com
