3 курс / Патологическая физиология / ТИПОВЫЕ ПАТОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ

УДК 616 (075.8)

Автор: зав. кафедрой физиологии и патологической физиологии, д.мед.н., доц. Татарко С.В.

Рецензенты:

Сургай Н.Н. – к.мед.н., доцент, зав. кафедрой патоморфологии, судебной медицины, гистологии, цитологии и эмбриологии Донецкого национального медицинского университета им. М. Горького.

Ермолаева М.В. – д.мед.н, профессор кафедры внутренней медицины №1 Донецкого национального медицинского университета им. М. Горького.

Содержательный модуль 2 «Типовые патологические процессы». Учебное пособие по патофизиологии / С.В. Татарко. – Краматорск: ДонНМУ, 2016. – 225 стр.

Типовой патологический процесс – это патологический процесс, встречающийся в виде постоянных сочетаний или комбинаций, сформировавшихся и закреплённых в процессе эволюции, который развивается по общим закономерностям, независимо от вызвавших его причин, локализации и вида живого организма. Типовые патологические процессы сложились эволюционно и генетически запрограммированы, они обладают стереотипностью, универсальностью, полиэтилогизмом, эквифинальностью, а также характерной онтогенетической динамикой. Типовые патологические процессы лежат в основе многих заболеваний. К ним относятся воспаление, лихорадка, опухолевый рост, аллергия, гипоксия и др.

Учебное пособие разработано на основе типовой учебной программы по патологической физиологии для студентов высших медицинских учебных заведений III-IV уровней аккредитации.

Рекомендовано студентам медицинского, стоматологического и фармацевтического факультетов для практических занятий по патофизиологии.

УДК 616 (075.8)

Утверждено Ученым Советом ДонНМУ им. М. Горького

Протокол № ____ от ____________ 2016 г.

©С.В. Татарко, 2016

©Донецкий национальный медицинский университет им. М. Горького

2

ТЕМАТИЧЕСКИЙ ПЛАН

занятий по патологической физиологии Модуль 1. Общая патология

Список учебно-методической литературы

ОСНОВНАЯ

1.Патофізіологія: Підручник / Ю.В. Биць, Г.М. Бутенко, А.І. Гоженко та ін.; за ред. М.Н. Зайка, Ю.В. Биця, М.В. Кришталя. – 4-е вид., перероб. і допов. – К.: ВСВ «Медицина», 2014. – 752 с. + 4 с. кольор. вкл.

2.Посібник до практичних занять з патологічної фізіології / За ред. Ю.В.Биця та Л.Я.Данилової. - К.: Здоров’я, 2001.

ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ

3.Патологическая физиология: Учебник / Под ред. А.Д.Адо и др.- М.: Триада-Х, 2000.

4.Зайчик А.Ш., Чурилов Л.П. Основы общей патологии. Ч. 1. Основы общей патофизиологии.- СПб: ЭЛБИ, 1999.

5.Зайчик А.Ш., Чурилов Л.П. Основы общей патологии. Ч. 2. Основы патохимии. - СПб: ЭЛБИ,

2000.

6.Фалер Д.М., Шилдс Д.. Молекулярная биология клетки. Перевод с англ.- М.: Бином, 2003.

7.Общая патология человека: Руководство для врачей / Под ред. А.И.Струкова, В.В.Серова, Д.С.Саркисова. В 2 Т.-2 –е изд., перераб. и доп. - М.: Медицина, 1990.

8.Физиология человека: в 3-х томах. Перевод с англ. Под ред. Р.Шмидта и Г.Тевса. – М: Мир, 1996.

9.Фізіологія людини. Вільям Ф.Ганонг. Переклад з англ. Львів: БаК, 2002 – 784 с.

10.Ферстрате М., Фермилен Ж. Тромбозы: Пер. с фр. - М.: Медицина, 1986.

3

ЗАНЯТИЕ № 1

Тема: ПАТОФИЗИОЛОГИЯ КЛЕТКИ

Актуальность темы. Нарушения внутриклеточного гомеостаза, которые представляют суть повреждения клетки, могут возникать как в результате непосредственного действия на клетку патогенного агента, так и опосредствовано, в результате нарушений постоянства внутренней среды организма.

Повреждение клетки – типовой патологический процесс, основу которого представляют изменения внутриклеточного гомеостаза, которые приводят к нарушению структурной целостности клетки и ее функциональных особенностей.

Общая цель – ознакомиться с причинами возникновения основных форм повреждения клетки и их патогенетическим значением.

Для этого необходимо уметь (конкретные цели):

1.Определение понятия «повреждение клетки».

2.Анализировать нарушение структуры, функции и метаболизма клеток в патогенезе клеточного повреждения.

3.Анализировать механизмы повреждения клеток в патогенезе типовых патологических процессов.

4.Применять необходимые методы для экспериментального моделирования повреждения клеток.

5.Объяснять общебиологическое значение повреждения клеток, их роль в патологии, в частности, в возникновении и развитии соответствующих групп заболеваний.

Для реализации целей учебы необходимы базисные знания-умения.

1.Строение клетки (каф. гистологии).

2.Функциональное значение разных субклеточных структур (цитоплазматической мембраны, лизосом, митохондрий, ядра, эндоплазматического ретикулума) (каф. нормальной физиологии)

ВОПРОСЫ ПО ТЕМЕ

1.Понятие о повреждении клеток.

2.Экзо- и эндогенные причины повреждения клеток.

3.Прямое и опосредствованное действие повреждающего агента на клетку.

4.Основные механизмы повреждения клетки: липидные, кальциевые, электролитноосмотические, ацидотические, протеиновые, нуклеиновые.

5.Роль свободных радикалов в развитии повреждения клетки. Понятие о системе антиоксидантной защиты.

6.Проявления повреждения клетки – структурные и функциональные.

7.Понятие о «некрозе» и «апоптозе». Роль апоптоза в развитии болезней. Морфологическая характеристика некроза и апоптоза.

8.Принципы цитопротекторной терапии.

4

ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛ ДЛЯ ПОДГОТОВКИ К ЗАНЯТИЮ

ПАТОФИЗИОЛОГИЯ КЛЕТКИ. ПОВРЕЖДЕНИЕ КЛЕТКИ

Клетка – один из гистологических элементов организма. Человеческий организм состоит из 107 клонов клеток, включающих около 60 триллионов единиц. Выполнение работы того или иного органа в конечном счёте определяется структурно-функциональным состоянием данных элементарных образований. Взаимодействие реагирующих систем организма с этиологическими факторами, особенно на фоне неблагоприятных условий, повреждают клетку: нарушается функция органов и систем – развивается болезнь.

Для своего роста, дифференцировки (специализации), функционирования, приспособления и выживания клетка

поддерживает собственный гомеостаз,

осуществляет обмен веществ и энергии,

реализует генетическую информацию и передает её потомству,

синтезирует компоненты межклеточного вещества,

прямо или опосредованно (через другие гистологические элементы) участвует в выполнении всех функций организма.

Действительно, клетка является элементарной частицей живых систем любого уровня, но и сама представляет саморегулирующуюся систему. Вот почему повреждение клетки или группы клеток, нарушая естественную их интеграцию и кооперацию в органе и организме, служит материальной основой развивающейся патологии.

Первая научная теория о роли клеточных нарушений в патологии организма была сформулирована немецким патологом Рудольфом Вирховым, который главным в любой болезни человека считал повреждение клеток соответствующих органов.

Однако, хотя роль клеточных повреждений является, по сути, базой любого заболевания, все же болезнь рассматривается как страдание целостного организма, поскольку с закономерной неизбежностью в патологию вовлекается весь организм, как единое целое.

ВXXI веке наступает эпоха молекулярной патологии.

Впоследнее время, благодаря стремительному развитию молекулярной биологии, цитологии, биофизики, биохимии и других смежных дисциплин значительно расширились наши представления о функции клетки и возможности ими управлять. Появилась реальная возможность введения генов в клетку для исправления поврежденных наследственных механизмов. Прояснились многие вопросы о сложных сигнальных системах и взаимодействиях, регулирующих рост, развитие и программируемую смерть клетки (апоптоз).

Все эти достижения позволили переосмыслить возникновение, развитие и исходы многих заболеваний на качественно новом уровне – клеточно-молекулярном. Понимание механизмов развития патологических процессов и болезней на данном уровне, сделало реальным осуществлять молекулярную диагностику и прогнозирование течения для многих из них. Особенно это успешно применяются при таких заболеваниях как рак, диабет, болезни сердца, генетических дефектах и др. Назначение лекарственных препаратов с учётом путей их доставки в поражённую клетку способствует лечению больного на клеточно-молекулярном уровне, что значительно повышает процент их исцеления.

Поэтому изучение общих закономерностей возникновения, развития и исходов патологических процессов и заболеваний на этом уровне необходимы врачам всех специальностей.

Любая клетка либо функционирует в диапазоне нормы (гомеостаз), либо приспосабливается к жизнедеятельности в экстремальных условиях (адаптация), либо гибнет при превышении её адаптивных возможностей (некроз) или воздействии соответствующего сигнала (апоптоз).

Гомеостаз (от греч. homos – один и тот же, одинаковый + statis – стояние, неподвижность) – метаболическое и информационное равновесие клеток друг с другом, межклеточным матриксом, жидкостями организма и гуморальными факторами.

5

Гомеостаз – оптимальный метаболический уровень нормальной клетки, соответствующий условиям (требованиям) среды.

Термины «гомеостаз», «гомеостатическое равновесие» обычно применяют по отношению к неповреждённой клетке и здоровому организму.

Понятие «гомеостаз клетки» включает в себя ряд показателей (констант): внутриклеточное постоянство ионов водорода, электронов, кислорода, субстратов для энергетического и пластического обеспечения жизнедеятельности клетки, ферментов, нуклеотидов и ещё ряд веществ.

Наиболее критичны для клеточного гомеостаза:

внутриклеточная концентрация ионов Na+ (существенно меньше, чем вне клетки),

внутриклеточная концентрация ионов К+ (больше, чем в межклеточном пространстве),

внутриклеточная концентрация ионов Са2+ (практически нет в цитоплазме, откуда Са2+ постоянно откачивается в так называемые депо кальция),

внутриклеточная концентрация ионов Н+ (рН около 7,2),

внеклеточная концентрация ионов Na+ (существенно больше, чем в клетке),

внеклеточная концентрация ионов К+ (меньше, чем в клетке),

рО2.

Жизнь клетки в условиях гомеостатического баланса (границы нормы) – постоянное приспособление к различным воздействиям. Сигналы, модифицирующие гомеостаз клетки, действуют либо извне (например, информационные факторы, которые взаимодействуют с клеточными рецепторами – гормоны, цитокины, хемокины), либо изнутри клетки (например, экспрессия генов, ведущая к синтезу полипептидов, в том числе ферментов, регулирующих внутриклеточные реакции).

Константы гомеостаза клетки зависят от:

структурно-функционального состояния её различных мембран (плазмолеммы, митохондрий, лизосом и др.) и органелл, интенсивности течения внутриклеточных биохимических процессов. Это своеобразная «метаболическая составляющая гомеостаза», которая опре-

деляется работой исполнительного аппарата клетки;

информационных процессов. Нормальная жизнедеятельность клетки невозможна без информации, поступающей к ней из внешней среды. Очень часто она изменяет параметры внутриклеточного постоянства, что является следствием включения приспособительных (адаптивных) программ, позволяющих клетке оптимально приспосабливаться к конкретной ситуации согласно поступившей информации. «Правильность» изменения констант внутриклеточного гомеостаза и их поддержание в границах нормы в данном случае определяется в первую очередь количеством и качеством информационного обеспечения клетки (наличием сигнальных молекул, рецепторов, пострецепторных связей и др.). Исполнительный аппарат клетки вы-

полняет лишь «полученные указание».

Следовательно, патология клетки может возникнуть и без первичного «полома» её исполнительного аппарата, а из-за нарушений в механизмах сигнализации, в так называемой «информационной составляющей» внутриклеточного гомеостаза.

При взаимодействии клетки с различными физиологическими стимулами происходит переход на новый, чаще более активный уровень жизнедеятельности. При этом параметры гомеостаза не выходят за пределы максимально допустимых значений, а метаболическая активность и функциональные возможности клетки могут значительно повышаться. Такой ответ называется адаптацией клетки.

Адаптация (от лат. adaptatio – приспособление) – перестройка жизнедеятельности и структур клетки в ответ на изменения условий существования.

Эти изменения могут быть как непатогенными, так и патогенными.

Адаптивные (приспособительные) реакции клеток развиваются вследствие:

 однократного воздействия повреждающего фактора,

6

влияния постоянно и/или длительно изменённых параметров физико-химического окружения клеток (альтерация),

воздействия информационных сигналов на клетку (или отсутствия таких сигналов).

Возрастает (или снижается) активность действующих программ, включаются новые, раннее репрессированные, что приводит к увеличению синтеза ферментов, белков, вплоть до увеличения количества клеточных органоидов и их гипертрофии.

Несмотря на существование множества разных типов клеток, адаптивные реакции в них чаще развиваются в виде стереотипных, стандартных изменений (например, набухания клеток и клеточных структур, их гипоили гиперфункции, атрофии, гипертрофии, гиперплазии, метаплазии).

Таким образом, включая механизмы адаптации (а это не что иное, как комплекс защитноприспособительных реакций) клетка может длительное время выполнять свою функцию в полном объёме, но в уже изменившихся условиях.

Взаимодействие клетки с патогенным агентом всегда сопровождается изменением её ста- бильно-динамического состояния (гомеостаза), что очень часто проявляется различными структурными и функциональными нарушениями. Наличие последних, степень их выраженности, во многом определяется «мощностью» защитно-приспособительных механизмов, в задачу которых входят (как и при ответе на физиологический раздражитель) нормализация клеточного гомеостаза и обеспечение её адекватного функционирования в изменившихся условиях. Принципиальных различий между механизмами адаптации на физиологический или патогенный раздражитель нет.

Всвязи с этим можно наблюдать следующие ситуации (рис. 1):

1.Активность (мощность) механизмов адаптации клетки такова, что они с успехом нивелируют негативные эффекты патогенного агента (достаточные резервы). Это обеспечивает работу клетки на новом, стабильно-динамическом уровне, при этом параметры гомеостаза не выходят за предельно допустимые значения, и повреждение клетки не происходит. После прекращения действия патогенного агента клетка может вернуться к исходному состоянию.

2.Адаптационные возможности клетки недостаточны (недостаточны резервы) для полного устранения действия патогенного агента. Параметры гомеостаза не могут сохраняться в пределах нормы, что и проявляется в виде различных видов патологии клетки. Процесс, предшествующий гибели клетки, и представляющий собой начальные, обратимые стадии её повреждения, получил название паракнекроз (от грeч. para – пара, при + nekros – мертвый).

3.По мере истощения защитно-приспособительных механизмов или в силу их несовершенства (они сами могут порождать вторичные нарушения – «эндогенизация патологического процесса»), клетка подходит к следующему этапу ответа на патогенный агент – некробиоз (от греч. nekros – мертвый, bios – жизнь). Это глубокая, частично необратимая стадия повреждения клетки, непосредственно предшествующая моменту её смерти.

4.Самый негативный исход ответа клетки на патогенный агент является некроз – посмертные изменения необратимого характера, характеризующиеся ферментативным разрушением клеточных структур и денатурацией её белков. Как правило, некроз наступает вслед за некробиозом. Между двумя этими видами ответа существует точка необратимости, пройдя которую, клетка утрачивает всякую возможность остаться живой. Цитологическими критериями необратимости считаются изменения ядра – его конденсация (кариопикноз), с последующим распадом на конденсиро-

ванные глыбки (кариорексис) или растворением (кариолизис). По биохимическим критериям

клетка считается погибшей с момента полного прекращения синтеза АТФ.

При взаимодействии клетки с этиологическим фактором, необычным по своей природе, или чрезвычайного, экстремального характера, этапности ответа на них может не наблюдаться; в ней практичности сразу развивается цепь посмертных изменений, т.е. некроз. Объясняется это следующим: на необычные по своей природе патогенные агенты, в процессе эволюции в организме не сформировались механизмы защиты от него (они ранее не встречались .

Существует и другой вариант гибели клетки – апоптоз (от греч. apo – отделение, удаление + ptosis – падение; дословно в переводе с греческого языка – απόπτωσις – «опадание листьев»). Апоптоз определяют как программированную клеточную смерть, в его развитии активную роль играют специализированные и генетически запрограммированные внутриклеточные механизмы.

7

Рис. 1. Различные варианты ответа клетки на повреждение.

К – клетка. В овале – максимальные границы нормы показателей гемостаза клетки, пунктирная – возвращение к исходному состоянию (обратимость ответа)

8

Причины и виды повреждения клетки

Различные патогенные факторы, действующие на клетку, могут обусловить её повреждение.

Повреждение клетки – типический патологический процесс, основу которого составляют нарушения внутриклеточного гомеостаза, приводящие к нарушению структурной целостности клетки и её функциональных способностей.

Учение о повреждении клетки имеет особое значение. Это определяется, по меньшей мере, тремя обстоятельствами:

Данное учение тесно связано с разработкой вопросов возникновения, развития и прогнозирования исходов болезней, поскольку любая из болезней сопровождается повреждением клетки.

Интенсивное внедрение в клиническую практику различных способов восстановления жизнедеятельности повреждённых органов и тканей ставит задачи по исследованию механизмов устранения или уменьшения степени их альтерации, а также по разработке методов активации адаптивных реакций в клетках с целью оптимизации процесса выздоровления.

Понимание многих открытий молекулярной патологии становится возможным при условии определения их места и значения с позиций патологии клетки, а также межклеточных взаимодействий.

В учении о повреждении клетки выделяют три раздела:

патология клетки в целом;

патология отдельных субклеточных структур и компонентов;

патология межклеточного взаимодействия и кооперации.

Тип (вид) повреждения клетки зависит от:

скорости развития основных проявлений нарушений функции клеток. Выделяют острое и хро-

ническое повреждение клетки. Острое повреждение развивается быстро, и, как правило, в результате однократного, но интенсивного повреждающего воздействия. Хроническое повреждение протекает медленно и является следствием многократного влияния, но менее интенсивного по силе повреждения агента;

жизненного цикла клетки, на период которого приходится воздействие повреждающего фак-

тора. Различают митотические и интерфазные повреждения;

от степени (глубины) нарушения клеточного гомеостаза – обратимые и необратимые по-

вреждения;

от характера взаимодействия повреждающего фактора с клеткой – прямым и опосредован-

ным.

от характера повреждений вызванных определенным патогенным фактором. Рассматривают

специфические и неспецифические повреждения.

Специфические повреждения – это нарушения, вызванные определенным патогенным фактором конкретных структурно-молекулярных компонентов клетки или механизмов её информационного обеспечения.

Для механического причинного фактора специфическим повреждением будет нарушение целостности структур клеток.

Специфическими нарушениями для ионизирующего и ультрафиолетового облучения является разрушение молекул, поглотивших их энергию с образованием свободных радикалов. Они приводят к нарушению внутриклеточных структур и биохимических процессов.

Воздействие химических этиологических факторов проявляется большим разнообразием специфичности. Так, цианиды подавляют активность цитохромоксидазы (развивается тканевая гипоксия), атропин блокирует холинорецепторы различных клеток.

Широким спектром избирательного взаимодействия с клеточными структурами обладают и биологические этиологические факторы. Многие токсины патогенной флоры, приникая в клетку, вы-

9

зывают угнетение определенных её процессов. Например, столбнячный токсин блокирует выделение тормозного медиатора из окончаний тормозных нейронов в синаптическую щель. Отсюда – торможение мотонейронов при раздражении чувствительных нервов снижается. Холерный экзотоксин активирует образование циклического аденозинмонофосфата (цАМФ) в эпителии тонкого кишечника. Данные клетки (энтероциты) начинают усиленно выделять в просвет кишечника электролиты и воду, формируется диарея. Ряд патогенов биологической природы (вирусы, простейшие) паразитируют в клетках, тем самым резко снижая их функциональные возможности и продолжительность жизни – вирус гепатита А, В, С, ВИЧ-инфекции, малярийный плазмодий и др.

Литвицкий П.Ф. (2002) выделяет и специфические повреждения определенных клеток, возни-

кающее при взаимодействии с самыми различными патогенными факторами. В качестве примера приводит развитие контрактур мышечных клеток при влиянии на них физических, химических и биологических факторов, или, возникновение гемолиза эритроцитов при аналогичных воздействиях.

Неспецифические повреждения – это стандартные, стереотипные изменения в клетках, возникающие при их взаимодействии с широким спектром этиологических факторов. В качестве примера можно привести следующие нарушения:

повышение проницаемости мембран клеток;

активация свободно-радикальных и перекисных реакций;

внутриклеточный ацидоз;

денатурация молекул белков;

дисбаланс ионов и воды;

увеличение объёма (набухание) клеток;

снижение мембранного потенциала;

изменение интенсивности окислительного фосфорилирования.

Взаимосвязи между специфическими и неспецифическими повреждениями клеток разнообразны. Они могут возникать одновременно, либо одно из них предшествует другому. Выяснение конкретных видов нарушений, времени их возникновения, соотношения между собой, даёт врачу необходимую информацию о характере и интенсивности действия причинного фактора, глубине и распространенности патологического процесса.

Как было отмечено выше, патология клетки возникает вследствие нарушения её гемостаза. Он может изменяться не только при непосредственном воздействии патогенного агента на клетку (тем самым, нарушая в основном работу её исполнительного аппарата), но и при недостаточности информационных механизмов, инициирующих включение тех или иных адаптогенных программ. В связи с этим, природу заболеваний человека можно рассматривать с двояких позиций – материальноэнергетических и информационных (А.Ш. Зайчик, Л.П. Чурилов, 1999). Болезнь развивается и при повреждении исполнительного аппарата клетки (материально-энергетическая позиция), и при нарушении её информационных механизмов (информационная позиция). Основываясь на последнем положении, существует даже специальная терминология – «болезни регуляции», «дизрегуляционная па-

тология».

Данные позиции легче выявляются на начальных этапах патологии клетки. По мере её развития различия между ними более затруднительны, и тем не менее, этиотропная и патогенетическая терапия будет более адекватной и успешной при установлении истинного механизма (причины) развития того или иного проявления патологии.

Действие патогенных факторов на клетку может быть:

прямым (непосредственное, первичное) – возникает в результате прямого действия на клетку факторов физической, химической и биологической природы;

опосредованным (косвенное, вторичное) – возникает как следствие первичных нарушений постоянства внутренней среды организма.

Прямое действие патогенных факторов

1. Физические факторы:

10