Лекція 2. Ембріогенез і еволюція органів гепатобіліарної системи. Особливості будови, іннервації і кровопостачання печінки.

Лекція 2. Ембріогенез і еволюція органів гепатобіліарної системи. Особливості будови, іннервації і кровопостачання печінки.

 

Порівняльна характеристика органів гепатобіліарної системи у різних видів тварин, що відображає її еволюцію.

 

Як самостійний орган печінка анатомічно виділяється вже у молюсків і ракоподібних. В клітинах печінки цих тварин накопичується глікоген, міститься багато ферментів, властивих печінковим клітинам вищих хребетних. Секрет утворюваний залозистими клітинами печінки молюсків і ракоподібних може емульгувати жири.

У комах метаболічні та запасаючі функції виконує жирове тіло – аналог печінки.

У рибоподібних (ланцетники) є порожнистий печінковий виріст, клітини якого секретують буру рідину, що нагадує жовч. Хоча анатомічно печінка цих тварин слабо відділена від середньої кишки, її клітини відрізняються від кишкового епітелію включеннями сполук заліза, глікогену.

Починаючи з примітивних рибоподібних міног і міксин у всіх хребетних печінка має подібність специфічної структури, клітинного складу та виконуваних функцій. Хоча, зустрічають і виключення. Так, особливістю міног є відсутність у дорослих організмів жовчовидільної системи. У дорослих особин жовч надходить у кров, на відміну від личинок, печінка яких зв’язана з кишечником. Отже, після метаморфозу печінка дорослих міног стає залозою внутрішньої секреції. Загалом у круглоротих залозистий апарат печінки складається з секреторних трубочок і за будовою нагадує слинну залозу вищих хребетних. Печінка хрящових риб – густа сітка секреторних трубочок, стінка кожної з яких складається з 6 поздовжніх рядів клітин. У костистих риб секреторні трубочки утворюються трьома рядами клітин. Цікава особливість властива для деяких костистих риб (в’юн, короп, головень): тканина підшлункової залози знаходиться безпосередньо у паренхімі печінки, розташовуючись по ходу розгалужень ворітної вени. Такий “комбінований” орган має назву гепатопанкреас. Близька за гістологічною будовою печінка риб і рептилій та птахів. У амфібій по периферії печінки розташовані скупчення клітин з кровотворною функцією, так звана лейкопоетична зона.

Секреторний апарат печінки плацентарних ссавців складається з так званих печінкових балок утворених двома рядами клітин, що вважається еволюційно прогресивною рисою будови. Надалі коротко викладено відомості переважно про ембріогенез, анатомічну та гістологічну структуру органів гепето-біліарної системи саме ссавців і людини.

 

Ембріогенез органів гепатобіліарної системи.

Найбільш ранньою структурою печінки у всіх тварин є залозиста тканина, яка утворюється при ембріогенезі з епітелію початкового відділу середньої кишки. Внутрішньопечінкові жовчні протоки з’являються пізніш, ймовірно, формуючись вростанням в печінку d. hepaticus, який розвивається з вип’ячування епітелію кишечнику, або формуються з секреторних трубочок і балок.

Печінка людини закладається на третьому тижні ембріонального розвитку у вигляді пустотілого вп’ячування на вентральній поверхні медіальної (середньої) частини ентодермальної стінки первинної кишки (майбутньої дванадцятипалої) – печінкового дивертикулу. Випинання цієї стінки розростається, утворюючи епітеліальні тяжі в мезенхімі вентральної брижі. Пізніше тяжі поділяються на краніальний і каудальний відділи, з яких відповідно формуються печінка і жовчний міхур з протоками. Тобто печінковий дивертикул розділений на дві частини – печінкову і біліарну.

Печінкова частина складається з біпотентних клітин, які диференціюються у гепатоцити та у ранні примітивні жовчні протоки (дуктулярні пластинки). В гістогенезі печінки спостерігається гетерохронне дивергентне диференціювання печінкових епітеліоцитів (гепатоцит ів) і епітеліоцитів жовчних проток (холангіоцит ів). Починаючи з другої половини ембріогенезу, у печінці формуються структурно-функціональні одиниці печінкової тканини – печінкові часточки. Утворення часточок – це результат складних взаємодій між епітелієм і внутрішньопечінкової сполучною тканиною з якої власне розвиваються синусоїдні кровоносні капіляри печінки. Клітини печінкової частини швидко розмножуються і вростають у вентральну брижу. Зрештою вони перфорують суміжну мезодермальну тканину (поперечну перегородку) і зустрічаються з капілярними плетевами які ростуть на зустріч їм з жовткової і пупочної вен. Саме з цих плетив утворюються в подальшому специфічні найдрібніші кровоносні судини печінки – синусоїди. Зачаток печінки рано вступає у тісний зв’язок з сусідніми венами. З правої гілки v. оmphalo-mesentericae формується ворітна вена.

Біліарна частина вип’ячування ентодерми середньої кишки сполучається з проліферуючими клітинами печінкової частини і з передньою кишкою і утворює жовчний міхур та позапечінкові жовчні протоки.

У ембріона довжиною 5 – 6 мм уже розрізняють краніальну частину печінкового дивертикула з якої інтенсивно розвиваються жовчні ходи і обидві печінкові протоки (ductus hepaticus) та каудальну частину з якої формуються жовчний міхур і міхурова жовчна протока (ductus cysticus) та центральну частину з якої утворюється загальна жовчна протока (ductus choledochus).

З мезодермальних листків вентральної брижі (мезодермальна поперечна перегородка) утворюється сполучнотканинна капсула печінки і вся міжчасткова сполучна тканина, а також сполучна тканина і гладенькі м’язи жовчних протоків.

У шеститижневого плоду печінка – це залоза схожа на ягоду шовковиці. Починаючи з 2 – 3-го місяців розвитку печінка виступає з під реберних дуг, вона або витягнута в довжину або має випуклу форму з нерівними краями. Жовч починає виділятися вже на 12-тому тижні розвитку.

У плода печінка виконує функції гемопоезу, який в останні два місяці внутрішньоутробного життя затухає в цьому органі і до моменту народження в печінці лишається тільки невелика кількість гемопоетичних клітин.

Особливості анатомічної будови

Печінка є найбільшою залозою людини і найбільшим залозистим утвором багатьох тварин. Хоча співвідношення маси печінки до маси тіла у різних видів суттєво розрізняється. По цьому показнику найбільш подібні ссавці. У риб же відносна маса печінки коливається від 6 до 25% (близько 54% у золотистого карася) від загальної маси тіла. У птахів – 10-25%. У ссавців відносна маса печінки значно менша. Так, маса печінки людини дорівнює с середньому 1200 – 1500 г. У новонародженого маса печінки становить близько 1/20 маси тіла, а у дорослої людини приблизно 1/50.

 

Кровопостачання печінки

Кровопостачання печінка отримує з двох джерел:

1 - з печінкої артерії, яка відходить від черевного стовбуру надходить артеріальна кров і через цю судину здійснюється нутритивний кровотік;

2 - ворітна вена несе венозну кров з кишечнику і селезінки і реалізує функціональний кровотік.

Ці судини входять у печінку через заглиблення яке називається воротами печінки, розташоване на нижній поверхні правої долі ближче до заднього краю.

Функції живлення виконують як артеріальна так і ворітна венозна кров. Повного розділення цих двох кровотоків у печінці немає. Обидва вони зливаються у синусоїдах і виходять єдиним потоком через печінкові вени. Характерна компенсація кровотоку через артерію при недостатності через ворітну вену. В нормі у ссавців близько чверті кровопостачання здійснюється через печінкові артерії, більше трьох чвертей – через систему ворітної вени.

Щохвилини у людини по ворітній вені надходить до печінки 1200 – 1400 мл крові. Печінкова артерія додає 250 – 300 мл. Разом з обох судин печінка отримує 1500 мл крові на хвилину, або у перерахунку на масу печінки в середньому 100 мл/хв 100г. У собаки ця величина складає 30 – 45 мл/хв. 100г, у кішок – 55 –64 мл/хв. 100г.

Показовим є співвідношення об’єму органу до об’єму крові яка притікає через орган щохвилини: 1,2 – 1,4 у собак, 1,1 – 1,3 у кроликів, 1,7 – 2,2 у мишей.

Гілки обох судин розгалужуються закінчуючись термінальними артеріолами і венулами. Обидві термінальні судини впадають у синусоїди, котрі є еквівалентом капілярів і виконують їх функцію, але відрізняються від останніх і розмірами і будовою. Діаметр синусоїдів 20 – 40 мкм. За структурою нагадують переривчасті капіляри. Крім типових пор, що пронизують ендотеліальну клітину і міжендотеліальних щілин завширшки від 4 – 8 і до 10 – 15 нм синусоїди, мають щілини (люки) діаметром до 1 і навіть до 5 мкм. Тобто через них вільно пройдуть не те що макромолекули, а і клітини крові. Таких люків у 300 – 500 разів менше ніж дрібних пор.

Кінцеві артеріоли сполучаються з синусоїдами, але і утворюють справжні капіляри, локалізовані переважно навколо жовчних канальців, протоків.

Лишається складним для трактування питання про узгодження тиску в синусоїдах: по артерії 100 мм рт. ст., то у ворітної крові 6 – 8, а в синусоїдах – 2 – 3. Вважають що вузькість і товсті стінки артеріол печінки гасять цей тиск. А можливо арт. і вен. судини по черзі перфузують синусоїди. Кров від синусоїдів збирається в центральні вени, далі в печінкові вени, а з них потрапляє до нижньої порожнистої вени. Стінки судин печінки мають сфінктери для місцевої регуляції кровопостачання органу. А саме пристосуваннями для регуляції току крові оснащені початок і кінець синусоїда.

Іннервація печінки

Ще у 1837 – 1853 рр. було виявлено, що у печінку надходять кілька гілочок від правого діафрагмального нерва, що анастамозують з гілочками симпатичного нерва, який відходить до сонячного сплетіння.

Іннервація печінки людини, як і решти ссавців, здійснюється симпатичними (від 7 – 10 грудних симпатичних гангліїв, які перериваються в синапсах черевного плетива), правого діафрагмального нерва, парасимнатичними (волокна правого і лівого блукаючих нервів) і чутливими нервами.

Печінкове нервове плетиво супроводжує печінкову артерію і жовчні протоки, досягаючи портальних трактів і паренхіми печінки. Печінкове нервове сплетіння виявлене уже у ланцетника, але найкраще вивчена іннервація печінки людини і лабораторних тварин. У собаки одне печінкове нервове плетиво від якого йдуть внутрішньопечінкові нерви. У людини нервові волокна входячи у ворота печінки утворюють два плетива:

- переднє – оточує печінкову артерію, складається з гілочок сонячного плетива і печінкової гілки передньої хорди блукаючого нерва;

- заднє – розташоване поруч з ворітною веною і загальною жовчною протокою та складається з правих гілочок сонячного плетива і черевної гілки задньої хорди блукаючого нерва. Це плетиво розвинене значно краще.

Нервових вузлів у паренхімі печінки не виявлено, а у плетивах наявні численні вузли.

 

Кровопостачання печінки

Кровопостачання печінка отримує з двох джерел:

1 - з печінкої артерії, яка відходить від черевного стовбуру, надходить артеріальна кров. Через цю судину здійснюється так званий нутритивний кровотік;

2 - ворітна вена несе венозну кров з кишечнику і селезінки і реалізує функціональний кровотік.

Ці судини входять у печінку через заглиблення яке називається воротами печінки і яке розташоване у людини на нижній поверхні правої частки печінки, дещо ближче до її заднього краю.

Слід відзначити, що функції живлення виконують як артеріальна, так і ворітна венозна кров. Повного розділення цих двох кровотоків у печінці немає. Обидва вони зливаються у специфічних за будовою печінкових капілярах і виходять єдиним потоком через печінкові вени. Характерною є компенсація кровотоку через артерію при його недостатності через ворітну вену. В нормі у ссавців близько чверті кровопостачання здійснюється через печінкові артерії, більше трьох чвертей – через систему ворітної вени.

Щохвилини у людини по ворітній вені надходить до печінки 1200 – 1400 мл крові. Печінкова артерія додає 250 – 300 мл. Разом з обох судин печінка отримує 1500 мл крові на хвилину, або у перерахунку на масу печінки в середньому 100 мл/хв 100г. У собаки ця величина складає 30 – 45 мл/хв 100г, у кішок – 55 – 64 мл/хв 100г. Показовим є співвідношення об’єму органу до об’єму крові яка протікає через орган щохвилини: 1,2 – 1,4 у собак, 1,1 – 1,3 у кроликів, 1,7 – 2,2 у мишей. Порівняно з іншими органами – легені, нирки,

Гілки обох судин розгалужуються закінчуючись термінальними артеріолами і венулами. Обидві термінальні судини впадають у синусоїди, котрі є еквівалентом капілярів і виконують їх функцію, але відрізняються від останніх і розмірами і будовою. Діаметр синусоїдів 20 – 40 мкм. Порівняно з діаметром капілярів … За структурою синусоїди нагадують переривчасті капіляри. Крім типових пор, що пронизують ендотеліальну клітину і міжендотеліальних щілин завширшки від 4 – 8 і до 10 – 15 нм синусоїди мають щілини (люки) діаметром до 1 і навіть до 5 мкм. Тобто через них вільно пройдуть не те що макромолекули, а і клітини крові. Таких люків у 300 – 500 разів менше ніж дрібних пор.

Кінцеві артеріоли, як було вже зазначено, сполучаються з синусоїдами, але вони і утворюють справжні капіляри, локалізовані переважно навколо жовчних протоків.

При розгляді особливостей функціонування такої змішаної системи кровопостачання печінки постає питання про узгодження тиску в синусоїдах. Якщо у артерії тиск становить 100 мм рт. ст., то у ворітної крові він дорівнює 6 – 8 мм рт. ст., а в синусоїдах – 2 – 3 мм рт. ст. Вважають що вузькість і товсті стінки артеріол печінки гасять тиск. А можливо артеріальні і венозні судини по черзі перфузують синусоїди? На сьогодні вважається (встановлено), що…

Кров від синусоїдів збирається в центральні вени, далі в печінкові вени, а з них потрапляє до нижньої порожнистої вени.

Стінки судин печінки мають сфінктери для місцевої регуляції кровопостачання органу. А саме пристосуваннями для регуляції току крові оснащені початок і кінець синусоїда. Особливу роль в цьому випадку відіграють клітини …

Для виконання печінкою її численних функцій істотним є швидкість руху крові у синусоїдах, особливості будови стінок синусоїді … Важливим для здійснення обміну речовин між кров’ю і жовчю є те, що рух крові по синусоїду направлений від периферії до центральної вени, а тік жовчі має протилежний напрямок.

 

Іннервація печінки

Ще у 1837 - 1853 рр. було виявлено, що у печінку надходять кілька гілочок від правого діафрагмального нерва, що анастамозують з гілочками симпатичного нерва, який відходить до сонячного плетива.

Іннервація печінки людини, як і решти ссавців, здійснюється симпатичними (від 7 – 10 грудних симпатичних гангліїв, які перериваються в синапсах черевного плетива), правого діафрагмального нерва, парасимнатичними (волокна правого і лівого блукаючих нервів) і чутливими нервами.

Печінкове нервове плетиво супроводжує печінкову артерію і жовчні протоки, досягаючи портальних трактів і паренхіми печінки. Печінкове нервове сплетіння виявлене уже у ланцетника, але найкраще вивчена іннервація печінки людини і лабораторних тварин. У собаки є одне печінкове нервове плетиво від якого йдуть внутрішньопечінкові нерви. У людини нервові волокна входячи у ворота печінки утворюють два нервових плетива:

- переднє – оточує печінкову артерію, складається з гілочок сонячного плетива і печінкової гілки передньої хорди блукаючого нерва;

- заднє – розташоване поруч з ворітною веною і загальною жовчною протокою та складається з правих гілочок сонячного плетива і черевної гілки задньої хорди блукаючого нерва. Це плетиво розвинене значно краще.

Нервових вузлів у паренхімі печінки не виявлено, а у плетивах наявні численні вузли.

 

Плазматична мембрана.

а) Плазматичні мембрани клітин містять трансмембранні рецептори – білки, які беруть участь у ініціації апоптозу – це, наприклад, Fas/Apo-1 (CD95) трансмембранний рецептор, який після взаємодії з відповідними лігандами індукує програмовану загибель клітини. Fas – рецептор належить до суперродини рецепторів факторів росту нервів і фактора некрозу пухлин. Він має екстрацелюлярний домен, трансмембранний домен і інтрацелюлярний домен, який є “доменом загибелі ” (з ним взаємодіє ліганд). Має цей рецептор і “ домен порятунку ”, який гальмує апоптоз індукуючі процеси. Ліганд рецептора Fas виділений з цитотоксичних Т-лімфоцитів. Взаємодія сигнальних молекул з рецепторами ініціює активацію ліполітичних ферментів (фосфоліпази С, А₂, D і сфінгомієлінази) з наступним накопиченням продуктів гідролізу фосфоліпідів (арахідонової кислоти і її похідних – лейкотрієнів, діацилгліцеролу, цераміду інозитолтрифосфату та інш.).

Інший шлях участі СД95 – активація сфінгомієлінового шляху: стимулюється сфінгомієліназа – гідроліз мембранного сфінгомієліну на фосфохолін та церамід – церамід, як вторинний посередник (месенджер), викликає наступні етапи апоптозу. А саме, церамід активує церамід залежну протеїнкіназу, яка через низку цитоплазматичних білків приводить до зниження (блокування) проліферації і зниження експресії гену c-myc(його продукти – ядерні білки, які активують ядерні процеси).

Зазначимо, що експресія Fas-рецептора відбувається у інфікованих гепатоцитах (деякі вірусні інфекції печінкові).

б) При апоптозі відбувається порушення проникності іонотрофних рецепторів плазматичної мембрани (і внутрішньоклітинних мембран), які регулюють вміст калію, натрію, хлору, кальцію в результаті дії амінокислот аспартату і глутамату (нейротрансмітери). Особливо важливе підвищення концентрації кальцію в клітині.

в) Порфирином Т-лімфоцитів формуються пори через які у клітину проникають і іони кальцію і гранули з гранзимом В – активатором каспаз.

г) ПОЛ. Дуже часто апоптоз супроводжується посиленням перекисного окислення ліпідів (ПОЛ) і розвитком окислювального стресу.

д) Фізико-хімічні зміни клітинних мембран – фосфоліпіди плазматичної мембрани є джерелом вторинних посередників, що приймають участь у регуляції ферментів апоптозу (протеїнкіназ, фосфатаз, протеаз). Ці посередники – арахідонова кислота і її похідні лейкотрієни, діацилгліцерол, інозитолфосфат та інш. Перебудовуються вуглеводні компоненти мембрани (з втратою сіалових кислот), що надає можливості взаємодії апоптизуючої клітини з макрофагами. Відбувається інверсія мембранних фосфоліпідів: зазвичай зовнішня поверхня мембранного бішару містить в основі нейтральні фосфоліпіди сфінгомієлін і фосфотидилхолін, тоді як від’ємно заряджені фосфоліпіди на внутрішній стороні. У апоптозуючих клітин назовні розташовується фосфатидилсерин, який розпізнається специфічним макрофагальним рецептором.

е) Кріплення апоптичної клітини до макрофагу тромбоспондіном, білком який синтезується і виштовхується у мікрооточення макрофагами.

 

2. Цитоплазма. Основними внутрішньоклітинними апоптичними подіями є розщеплення внутрішньоклітинних білків, перш за все білків цитоскелету, а також рецепторних білків клітини. Ці реакції відбуваються завдяки активації цистеїнових протеаз – каспаз. Екзогенно, з цитотоксичних лімфоцитів як компоненти утворюваних ними цитоплазматичних гранул, надходять до клітин, що апоптизують серинові протеази, наприклад грамзин В / фрагментин.

 

3. Внутрішньоклітинні органели. Значна частина сучасних наукових відкриттів дозволяє вважати, що в більшості випадків вирішальною для перебігу апоптозу і, взагалі, для його ініціації є зміни функціонування мітохондрій. В 1996 році Wang et al. Дослідили як в клітинах людини функціонує “екзекуційна” каспаза-3. Для активації цього ферменту з неактивної форми (прокаспаза-3) необхідно два білки: Apaf-1(фактор активації апоптичних протеаз) і цитохром с, який є мітохондріальним білком і потрапляє до цитоплазми завдяки зміні проникності мітохондріальної мембрани для нього Це не єдиний апоптогенний білок мітохондрій. До таких належить і AIF – апоптоз-індукуючий фактор – флавопротеїн, здатний до індукції конденсації і фрагментації ДНК в ізольованому ядрі незалежно від активності “каспазного шляху апоптозу”. Цей білок змінює і трансмембранний мітохондріальний потенціал та розташування фосфатидилсерину в плазматичній мембрані. Гомологи цього білка знайдені у трьох царствах багатоклітинних: тварин, рослин і грибів, що свідчить – AIF може бути одним з найдавніших та “найспадковіших” факторів загибелі клітин. Під час апоптозу з мітохондрій звільняється ще один білок – Diablo/Smac, який нейтралізує інгібіторів каспаз (IAPs), чим і “звільняє” каспази для їх апоптогенної роботи. Загалом, шляхи надходження мітохондріальних білків індукторів апоптозу – питання, що нині інтенсивно досліджується науковцями.

Зазначимо, що зміна функцій і структури мітохондрій – один з ключових моментів перебігу апоптозу. Зокрема, Са-залежна зміна проникності внутрішньої мітохондріальної мембрани пов’язана з мітохондріальної деполяризацією, роз’єднанням окисного фосфорилювання і розбухання мітохондрій, як наслідок, порушення їх функцій. Це важливо, оскільки, швидкість “виведення з дії” мітохондрій обмежує продукцію АТФ і, відповідно, завершення енергозалежного апоптозу, чи ж, при вичерпуванні “запасів” АТФ перехід клітинної загибелі з апоптичного шляху до некротичного (вторинний некроз).

4. Ядро. Внутрішньоядерні апоптичні процеси можна умовно поділити на дві окремі у часі групи:

а) перша пов’язана з активацією проапоптичних (індукуючих апоптоз) генів і біосинтезом відповідних апоптичних білків,

б) друга – міжнуклеосомальна фрагментація ДНК.

а) Основна мета внутрішньоклітинних шляхів реалізації апоптозу: активація геномних реакцій клітин, тобто необхідно викликати синтез та активацію й накопичення специфічних білків (а отже, “вімкнути” роботу генетичних послідовностей, що їх кодують), які й реалізуватимуть, здійснюватимуть подальші “біохімічні ” стадії апоптозу, - і як наслідок, відбуватимуться морфологічні зміни в клітинах, що підлягають апоптичній елімінації. В клітині існує два класи генів і відповідних білків: необхідних для протікання апоптозу і блокаторів апоптозу.

Гени, що регулюють апоптоз

Гальмівні Bcl-2 (шляхи дії досліджуються) P53-мутант (в пухлинах), C FES

Стимулюючі р53 (регулятор транскрипції, репарації і реплікації ДНК, утворюється постійно, але швидко деградує. Лише при пошкодженні ДНК його деградація припняється і він індукує зупинку клітинного циклу); BAX, BAK, BAD – активуються р53, АРО-1/FAS ICE/ced-3 і ced-4 – гени цистеїнових протеаз

б) міжнуклеосомальна фрагментація ДНК є необоротною стадією апоптозу і відбувається з утворенням полідезоксирибонуклеотидів по 180-200 пар основ. В утворенні цих фрагментів ДНК беруть участь різні ядерні ферменти, а на більш пізніх стадіях цитозольні ферменти, це Ca²⁺,Mg²⁺–залежна ендонуклеаза, топоізомераза ІІ, протеолітичні ферменти, ДНКаза І, ДНКаза ІІ. Велике значення має концентрація іонів кальцію (чим їх більше тим інтенсивніше йде фрагментація).

Генетичні і молекулярні механізми апоптозу були вперше охарактеризовані в кінці 80-х на початку 90-х в дослідах на нематоді Caenorhabditis elegans. Досліди показали, що апоптоз складається з 4 послідовних етапів:

1) поштовх до апоптичної загибелі внутрішньо- чи зовнішньоклітинними тригерами і “увімкнення” генетичних програм апоптозу (вірніш, зрушення рівноваги апопозіндуктори – апоптозінгібітори в бік апоптозіндукторів);

2) клітинна екзекуція шляхом активації внутрішньоклітинних протеаз;

3) поглинання залишків клітини іншими клітинами;

4) деградація клітинних залишків за участі лізосом фагоцитарних клітин.

Таким чином, в геномі будь-якої клітини є гени, що реагують на дію індукторів чи інгібіторів апоптозу і, відповідно, є активаторами чи блокаторами цього процесу.

ІНДУКТОРИ АПОПТОЗУ

(ПРОАПОПТИЧНІ ФАКТОРИ).

Фактори, що індукують апоптоз:

1. Фізіологічні фактори, що індукують апоптоз: глюкокортикоїди, FasR-FasL-взаємодія, цитокіни (фактори некрозу пухлин - ТNF), нейротрансмітери (глутамат, допамін), презентація антигену (аутоантигенів).

2. Нестача факторів, що забезпечують життєздатність або інгибуючих апоптоз факторів: відсутність ростових факторів, порушення адгезії).

3. Випадкові фактори: токсини, ліки, опромінення, підвищення температури, активні форми кисню, оксид азоту, ішемія, нестача живлення, бактеріальні й вірусні інфекції.

4. Порушення метаболізму або клітинного циклу: генетична або набута ферментопатія, порушення живлення (харчування).

Індукторні сигнали, що викликають апоптоз, можуть опосередковувати свою дію через рецепторні системи, далі сигналпередаючих внутрішньоклітинних систем. Характер відповіді клітини залежить, зокрема, від стану внутрішньоклітинних процесів, таких як, наприклад, система репарації ДНК. Так, дія гуморальних факторів (гормони, цитокіни, петидні ростові фактори) є неоднозначною, для одних клітин (тканин) вони можуть виступати індукторами апоптозу, для інших – інгібіторами. Це залежить від типу клітин, стадії їх диференціювання, функціонального стану.

ІНГІБІТОРИ АПОПТОЗУ

(АНТИАПОПТИЧНІ ФАКТОРИ).

Антиапоптична дія:

- антиоксиданти, тобто пригнічення процесів перекисного окислення ліпідів, інтенсивність якого має істотне значення для апоптозу;

- регуляція потоків кальцію через мембрани ендоплазматичного ретикулуму; Іони цинку протидіють Ca²⁺,Mg²⁺–залежній ендонуклеазі.

- припускають, що білки – продукти bcl-2 димеризуються з білками з проапоптичною дією і інактивують останні, можлива роль фосфорилювання білків.
5. ПОРІВНЯЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА АПОПТОЗУ І НЕКРОЗУ.

Некроз – метаболічна катастрофа Причиною некрозу є пряма дія патогенного фактору (мікроорганізми, ішемія, фізичний вплив). Процес неспецифічний. Морфологічні прояви: порушення функцій мембран і мембранних іонних каналів. Порушення окисно-відновних процесів і синтезу АТФ – енергодефіцит. Порушення цілісності плазматичної мембрани та мембран призводить до вивільнення лізосомальних ферментів. В ядрі: каріопікноз (конденсація хроматину), каріорексис (розпад хроматину на глибки), каріолізіс (розчинення). В цитоплазмі: денатурація і коагуляція білків. Клітинна мембрана руйнується. Масовий викид в навколишнє середовище індукторів запалення. Процес генералізується, вражаються сусідні клітини. Міграція імунокомпетентних клітин до місця запалення. Рештки клітин, що розпались поглинаються макрофагами. Формується сполучнотканинний рубець.

Апоптоз – програмована загибель клітини Фактором ініціації апоптозу є зростання експресії генів – індукторів апоптозу, або пригнічення генів-інгібіторів та збільшення надходження іонів кальцію у клітину. Це активний специфічний процес. Синтезуються білки – індуктори апоптозу. Морфологічні прояви: різко окреслене ущільнення ядерного хроматину (конденсація), зміщення його до периферії ядра, далі розпад ядра на дискретні фрагменти; поступове зникнення міжклітинних контактів. Перетворення клітини на сукупність оточених мембраною фрагментів. Біохімічні прояви: фрагментація ДНК, збільшення проникності плазматичної мембрани. Мембрани мітохондрій зберігаються, але відбувається поступове порушення окисно-відновних процесів. Зростає синтез протеаз, які розщеплюють внутрішньоклітинні структури. Клітинна мембрана зберігається. Клітина розпадається на фрагменти – апоптичні тільця оточенібішаровими мембранами, які фагоцитуються тканевими макрофагами й сусідніми клітинами без розвитку запалення і формування сполучної тканини. Немає запалення, немає порушення нормального функціонування сусідніх клітин, немає сполучнотканинного заміщення, тому зберігається структура тканини й органу.

 

БІОЛОГІЧНА РОЛЬ АПОПТОЗУ.

1. Ембріогенез – апоптичне видалення й заміщення ембріональних тканин. Ключова роль у морфогенезі.

2. “Дозрівання” імунної системи. (Апоптоз взагалі активно включається в розвиток тої чи іншої системи організму, а приклад з імунною системою дуже яскравий.) Фактично апоптоз – можливість усунення аутоімунних процесів, за рахунок апоптичного знищення клітин, що розпізнають структури власного організму як чужерідні. Можливо, апоптоз причина втрати набутого імунітету? Лімфоцитарні клітини, що не зустрічають впродовж життя організму відповідних антигенів, не мають функціонального значення і апоптизують.

3. Апоптоз необхідний для видалення клітин, що виконали своє функціональне призначення (Приклад: продукція кровотворення велика: близько 300г клітин крові на чоловіка вагою 70кг на день, 9кг в місяць, біля 100кг в рік, майже 7т за життя. Постійність кількісного складу досягається завдяки рівновазі - постійності кількості клітин що виникають й розпадаються.

Сюди ж можна віднести такі випадки гормонзалежного апоптозу, як атрофія грудної залози після лактації, атрофія жовтого тіла.

4. Апоптичне активне знищення клітин, що мутували (особливо важливе для тканин, що активно діляться: кровотвор., лімф. та ін.).

5. Апоптоз можливо задіяний в процеси старіння [Коршунов, Преображенская, 1998].

6. Залучений до розвитку низки патологій.

Інгібітори апоптозу придатні для лікування низки захворювань, що пов’язані з інтенсифікацією апоптозу: нейродегенеративні захворювання (синдром Альцгеймера, хвороба Паркинсона), розсіяний склероз, інсульт, травми мозку, СНІД. Інгібіторами апоптозу можуть виступати речовини, що блокують підвищення концентрації кальцію в клітині, речовини-регулятори (естрогени, андрогени), що діють на ядро, речовини, що стабілізують мембрану (антиоксиданти, зокрема), деякі віруси (у випадку вірусу герпесу, наприклад). Запобігання апоптозу можливе з допомогою препаратів, що блокують субклітинні сигнал – проводячі шляхи апоптозу. Речовини, що пригнічують протеази і ендонуклеази мають антиапоптичну дію.

Індуктори апоптозу необхідні для лікування злоякісних новоутворень, аутоімунних розладів, можливо, атеросклерозу. Індуктори апоптозу – стимулятори входу кальцію в клітину, речовини, що діють на функції ядра (глюкокортикоїди, білки теплового шоку), випромінювання, вільні радикали, етанол, оксиданти, а також деякі віруси (вірус СНІДу).). Причинами нечутливості пухлинних клітин до чисельних медичних препаратів можуть бути: мутації або дефіцит р53, що розвивається в процесі пухлинної трансформації; зверхекспресія гену bcl-2, що робить клітини нечутливими до проапоптичних стимулів. Т.ч., пухлини розвиваються не тільки через необмежений ріст пухлинних клітин, а і через підвищену виживаємість цих клітин, нездатність їх до апоптозу. Для лікування захворювань з уповільненим апоптозом (пухлини) припускається навіть використання методу “вірусного вектору”: в ДНК вірусу з попередньо інактивованими патогенними властивостями і збереженою білковою капсулою (для забезпечення його проникнення в клітину) вбудовуються гени – індуктори апоптозу (за Коршунов, Преображенская, 1998).

 

 

РОЗДІЛ ІІ

Б. Фруктозо-2,6-дифосфат

Важную роль в обмене веществ в печени играет фруктозо-2,6-дифосфат. Это сигнальное вещество образуется в незначительных количествах из фруктозо-6-фосфата и выполняет чисто регуляторную функцию: стимулирует гликолиз путем активации фосфофруктокиназы и подавляет глюконеогенез с помощью торможения фруктозо-1,5-дифосфатазы.

Образование и распад фруктозо-2,6-дифосфата катализируются одним и тем же белком [10а и б]. В нефосфорилированной форме этот белок вызывает образование фруктозо-2,6-дифосфата [10а]. После фосфорилирования цАМФ-зависимой киназой он действует как фосфатаза [10б] и катализирует превращение фруктозо-2,6-дифосфата в фруктозо-6-фосфат. В присутствии адреналина и глюкагона в клетках печени повышается уровень цАМФ (см. с. 122), т.е. оба гормона воздействуют как на гликолиз, так и на глюконеогенез. Суммарным результатом является быстрое повышение уровня глюкозы в крови

Глюконеогенез контролируется гормонами. Кортизол, глюкагон и адреналин стимулируют этот процесс, а инсулин, напротив, подавляет.

При глюконеогенезе в печени наиболее важными субстратами являются лактат, поступающий из мышечной ткани и эритроцитов, аминокислоты из желудочно-кишечного тракта (глюкогенные аминокислоты) и мышц (аланин), а также глицерин из жировых тканей. В почках в качестве субстрата служат главным образом аминокислоты (см. с. 320).

Жирные кислоты и другие источники ацетил-КоА не могут использоваться в организме млекопитающих для биосинтеза глюкозы, поскольку ацетил-КоА, образующийся при β-окислении в цитратном цикле (см. с. 140), полностью окисляется до СО₂, в то время как в глюконеогенезе исходным продуктом является оксалоцетат.

Розпад гемоглобіну

При відмиранні еритроцитів відбувається вивільнення гемоглобіну, який у свою чергу руйнується у клітинах ретикуло-ендотеліальної системи. В печінці і селезінці утилізуються до 95% введених в організм зістарілих еритроцитів.

Процес руйнування гемоглобіну починається з розкриття циклічної структури протопорфирину (внаслідок окислювального розриву α–метинового містка). В результаті слабнуть зв’язки протопорфірину з залізом і глобіном. Вивільнене залізо швидко включається в гемоглобін і повертається в кров у складі циркулюючих в ній еритроцитів. Такі перетворення молекули гемоглобіну ведуть врешті решт до утворення пігменту зеленого кольору – білівердину, який є попередником білірубіну.

В молекулярній структурі гему і білірубіну немає великої різниці. Гем на відміну від білірубіну є залізовмістним порфирином, який складається з чотирьох пірольних кілець. В структурі білірубіну пірольні кільця розташовані лінійно і відсутні іони заліза.

Якщо врахувати, що в еритроцитах крові людини близько 750г гемоглобіну, то за добу при їх руйнуванні може вивільнюватися майже 6,3г гемоглобіну. В молекулі гемоглобіну на пігментну частину приходиться лише 4% її маси, що складає 250 мг.

Джерелом жовчних пігментів може служити і червоний пігмент м’язової тканини – міоглобін, а також порфиринвмісні ферменти (цитохроми).

Таким чином, руйнування гемоглобіну відбувається у такій послідовності:

-розкриття пірольного кільця з утворенням вердоглобіну;

-видалення заліза з утворенням білівердоглобіну (залізо надходить у кістковий мозок і використовується в синтезі гемоглобіну);

-відщеплення глобіну з утворенням білівердину;

-відновлення γ-метинової групи з утворенням білірубіну (білірубін з током крові потрапляє до печінки у складі комплексів з альбуміном і частково з металами, амінокислотами, пептидами).

Гемоглобін

↓ Розрив циклу

Вердоглобін

↓ Видалення заліза

Білівердоглобін

↓ Відділення глобіну

Білівердин

↓ Відновлення

Білірубін

У гепатоцитах білірубін етерифікується при участі уридидифосфатглюкуронілтрансферази, перетворюючись на моно- і диглюкуроніди. Невелика кількість білірубіну утворює дисульфатні похідні. Неетерифікований білірубін називається вільним, або непрямим, а етерифікований зв’язаним, або прямим.

Порушення обміну білірубіну

Проявляються у підвищенні його вмісту у крові – білірубінемія. В результаті зв’язування білірубіну з еластичними волокнами шкіри і кон’юктиви веде до появи жовтого забарвлення – справжньо