Два можливих шляхи загибелі живої клітини.
<
>
Середина XIX століття - час зародження цитології, науки про клітину. Саме тоді відкрили, що живий організм складається з окремих клітин, які постійно розмножуються - без цього не було б ні зростання, ні розвитку. І стало ясно, що такий процес не може тривати нескінченно. В іншому випадку люди похилого віку досягали б розмірів слона. Природно, що для збереження сталості маси, форми та й функції тіла якась частина клітин має безперервно відмирати. До недавнього часу вважалося, що процес відмирання - виключно дегенеративний: клітина старіє, в ній накопичуються пошкодження, завмирає обмін речовин, вона працює все гірше, чахне і, нарешті, гине. Його, по суті, чи не відрізняли від того варіанту загибелі клітин, який відбувається при травмі, впливі отрут, припинення кровопостачання і т. П., - некрозу. Тобто процес відмирання розглядали як катастрофу, а не як фізіологічно природне явище.
Однак через століття вчені зрозуміли, що все відбувається зовсім інакше - клітини відмирають без видимої причини, і така мимовільна загибель відрізняється від некрозу. Жила, жила клітина і раптом з незрозумілих причин «померла», причому без ознак запалення і рубцювання.
Механізм програмованої загибелі клітин тепер з'ясовано досить повно. Причиною загибелі клітини може бути її розчинення, або, кажучи науковою мовою, лізис. У 50-х роках XX століття встановили, що всередині клітин є макроскопічні бульбашки-лізосоми. У них містяться переварюють ферменти, на зразок тих, які виділяються в шлунку і кишечнику. Якщо цілісність цих бульбашок з тих чи інших причин порушується, то ферменти виливаються в протоплазму клітини і починають «переварювати» її вміст. Це призводить до поступового розчинення, розпаду клітини на частини, і в підсумку - до її загибелі.
Висловлювалося також припущення, що програмована смерть клітини може відбуватися і через надлишок супероксид-радикалів. Суть механізму в наступному. Життєдіяльність клітини вимагає кисню, який забезпечує її енергією. Молекула кисню, як відомо, складається з двох атомів і позначається знаком О2. Якщо написати її структурну формулу, то виходить 0 = 0. У такому вигляді кисень не дуже реакційно здатний. Хай вибачать мене хіміки, але для спрощення скажімо, що під дією ферментів в живих тканинах з молекул 0 = 0 постійно утворюються молекули типу -0-0-, атомарний кисень -0-, гідроксильні радикали Н-0- або озон -0-0 -0-, дуже сильні окислювачі. У них, висловлюючись образно, атоми кисню не тримаються один за одного, а мають одну або дві вільні руки (валентності), готові «схопити за руку» будь-який інший атом.
У фізіологічних умовах з надійшов в організм кисню повітря приблизно 5-6% його молекул утворює такі супероксидні форми, які в невеликій кількості небезпеки не представляють. Але при впливі радіації, деяких отрут, четиреххло-Рісто вуглецю, сумнозвісних діоксинів, при вірусних захворюваннях і деяких порушеннях обміну речовин і т. П. Супероксидні радикали утворюються в надлишку. У цьому випадку вони починають окисляти зовсім не те, що потрібно, зокрема зовнішні і внутрішні оболонки клітин. Як вважають багато дослідників, окислювальні процеси провокують виникнення таких захворювань, як склероз, гіпертонія, зниження імунітету, рак, недоумство. Окислення мембрани клітин дезорганізує роботу ферментів, ускладнюючи проникнення в клітину іонів і поживних речовин, що веде до неймовірної плутанини в узгодженості роботи клітинних механізмів і в кінцевому підсумку закінчується загибеллю клітини.
Існує ще один варіант програмованої клітинної загибелі, так звана «кальцієва смерть». Вона має багато причин, але суть її зводиться до того, що надлишок іонів кальцію, що знаходиться в міжклітинної рідини, з тих чи інших причин надходить в протоплазму клітини, активує там ряд ферментів, що веде спочатку до порушення обміну речовин, а потім і розпаду клітини .
Термін «апоптоз» був запропонований в 1972 році американським дослідником Дж. Керр для опису програмованої загибелі клітини. Слово це походить від грецьких слів «апо» - завершеність і «птоз» - падіння і може бути переведено як «опадання листя». Суть терміна підкреслює його природність, фі-зіологічность на відміну від некрозу - смерті від пошкодження. Проходить життєвий цикл, і падають плоди, опадає листя.
Апоптоз - принципово нове фундаментальне поняття в клітинної біології. Керр і його співробітники сформулювали основні ознаки апоптозу. По-перше, при апоптозу розпад клітини починається з ядра - воно зморщується і розпадається на окремі фрагменти. По-друге, апоптірующая клітина зменшується в об'ємі і як би відділяється від сусідів. По-третє, змінюються властивості її мембрани, в результаті чого вона легко розпізнається макрофагами (пожирателями клітин). По-четверте, збережені мембрани утворюють на місці загиблої клітини живі крапельки з функціонуючими органеллами, які поглинаються клітинами-сусідами або макрофагами. На місці загиблої клітини нічого не залишається.
Апоптоз запрограмований генетично. Поки гени, які ініціюють самогубство, невідомі. Швидше за все, гени- «вбивці» сплять, але під впливом будь-яких сигналів «прокидаються», готуючи клітку до мимовільної загибелі. Факторів, які можуть підстьобнути клітку до самогубства, дуже багато. І механізми апоптозу стосовно кожного випадку теж різні.
У наочній формі апоптоз спостерігається в будь-якої тканини, що відслужила свій термін. Так відмирає хвіст у пуголовків, змінюється форма і розміри ембріона. Зменшення обсягу грудної залози після закінчення лактації відбувається без будь-якого некрозу, атрофія передміхурової залози після кастрації теж. Відмирає і те, що відслужило свій термін. У дорослому організмі апоптоз відбувається постійно. Він найбільш поширений у корот-кожівущіх клітин, наприклад вистилають кишечник, клітин шкіри, клітин крові.
Апоптоз є захисним механізмом організму. При інфаркті в результаті тромбозу відмирає ділянку серцевого м'яза. Під мікроскопом видно, що в загиблої м'язової тканини некротичні клітини чергуються з апоптозние. Різниця між ними суттєва, оскільки на місці некрозу виникає запалення і рубець, а на місці апоптозу - сусідні клітини заміщають загиблі.
Апоптоз захищає людину від вірусної інфекції. Якщо живу клітину вражає вірус, вона стає небезпечною для сусідів, оскільки вірус «запускає» свою ДНК в її ядро. Інфіковані клітини розмножуються і заражають сусідні. Щоб допомогти впоратися з інфекцією, іноді клітина «кінчає життя самогубством» разом з небезпечними вірусами.
Самознищення клітин, уражених вірусом, зменшує число хворих клітин, при цьому розпадаються і вірусні ДНК.
Інший вид апоптозу - самознищення мутованих клітин. Клітка-мутант, не тільки ракова, хоча вона і найбільш небезпечна, але і будь-яка інша, розпізнається як чужорідна, і організм «дає команду» на її самознищення.
Ну і нарешті: вдарився людина про щось. Але не сильно. Так, забій. Але клітини-то пошкоджені, отже неповноцінні. А раптом у них потраплять мікроби? Тому пошкодженим дефектним клітинам теж доводиться апоптіровать, щоб не наражати на небезпеку весь організм.
Важливим відмінністю між некрозом і апоптозом є наступне: якщо некроз - це катастрофічна і необоротна смерть, то апоптоз - це лише підказана різноманітними факторами ідея про доцільність самогубства. Значить, в розвиток апоптозу можна втрутитися: якщо треба - прискорити, якщо треба - уповільнити. Наприклад, уповільнити атрофію нейронів і прискорити загибель ракових клітин.
Апоптоз, як уже говорилося, генетично запрограмований, тому він розвивається поетапно, а не розгортається подібно пружині. Кожній його стадією можна управляти за допомогою лікарських препаратів. У 1998 році японськими дослідниками було встановлено, що дроблення ДНК при апоптозу починається з її ферментативного розщеплення на великі фрагменти. Додавши активатор або блокатор ферменту, можна регулювати апоптоз на самій початковій стадії - фрагментації ДНК, що дозволить направляти клітинне самогубство в потрібному напрямку: наприклад, активувати при злоякісних пухлинах або придушувати при інфаркті міокарда.
В даний час виявлено фізіологічні блокатори апоптозу, зокрема фактор росту, нейтральні амінокислоти, цинк, протизапальні речовини, гормони: естроген, андрогени, блокатори ферментів (цистеїнових протеаз) і фенобарбітал (люмінал).
Нині ж третє, найреальніше. Якщо смерть клітини від апоптозу оборотна, то з нею ми цілком можемо поборотися для того, щоб оберегти хоча б частину органу або тканини від загибелі при патологічних процесах. Зробити це можна, наприклад, зберігаючи цілісність клітинних мембран. Вона забезпечується входять до їх складу ліпідами (особливий вид тваринних жирів), особливо одного з різновидів ліпідов- фосфолипидами. У терапії вже давно і з успіхом використовується цілий набір препаратів, що містять фосфоліпіди.
Особливо популярний комплексний ліпідний препарат есенціале. Амінокислоти також захищають мембрани від руйнування. Серед них - метіонін, гістидин, цистеїн, для захисту нервових клітин мозку застосовують амінокислотний препаратцеребролізін.
Захист мембран і інших компонентів клітин від переокислення у здорової людини забезпечується природними антіоксідан-тами, але при хворобах, що протікають з явищами клітинного апоптозу, наприклад при інфаркті міокарда, гепатиті, зниженні імунітету, деяких хворобах надниркових залоз, анти-оксидантів не вистачає і тоді ефективними виявляються вітаміни-антиоксиданти, до яких відносяться (у напрямку зниження активності) вітаміни Е, С, А і К. в останні роки створено багато ефективних синтетичних антиоксидантів, в тому числі мексидол, ем ксіпін, ионол і інші.
Дуже корисні для запобігання апоптозу засоби, що знижують рівень кальцію всередині клітини. Зазвичай їх використовують для лікування стенокардії. При стенокардії знижується приплив крові до серцевого м'яза, що створює всі умови для апоптозу її клітин. Навіть в тому випадку, якщо інфаркт попередити не вдається, то при регулярному вживанні засобів, що знижують рівень кальцію, він обмежується лише зоною неминучого некрозу, а клітини, вже приготувалися для самогубства заради порятунку собі подібних, залишаються живі. Таким чином, іноді вдається врятувати від загибелі хоча б частину серцевого м'яза.
Механізм апоптозу тільки починає вивчатися, а фармакологи вже можуть запропонувати свої ефективні лікарські препарати, здатні керувати цим процесом, що не може не радувати.
А раптом у них потраплять мікроби?
