1.5: Ремонт та адаптація

Last updated
Save as PDF

Page ID: 24598

\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

Цілі навчання

Пройшовши цей урок, ви зможете:

Поясніть механізми відновлення клітин і тканин і як токсиканти можуть змінити ці процеси.
Обговоріть механізми адаптації, які можуть виникнути при впливі токсикантів.

Ремонт

Здатність клітин відновлювати пошкодження, спричинені токсикантами, відіграє велику роль в результаті впливу токсикантів. Ремонтні механізми включають молекулярний ремонт, такий як реверсування окислення тіолу, видалення пошкоджених вузлів із заміною на знову синтезовані вузли та деградацію з подальшим ресинтезом пошкоджених структур. Механізми клітинного відновлення включають аутофагію пошкоджених органел і ресинтез/регенерацію пошкоджених структур. Механізми відновлення тканин включають активне видалення пошкоджених клітин за допомогою апоптозу, регенерацію клітин гіперплазією (збільшення кількості клітин) або гіпертрофію (збільшення розміру клітин) та ресинтез позаклітинного матриксу. Коли клітинний або тканинний ремонт не в змозі відновити оригінальну тканинну архітектуру, виробництво позаклітинної сполучної тканини призводить до фіброзу.

Деякі токсиканти можуть перешкоджати нормальним механізмам клітинного відновлення, що призводить до раннього клітинного старіння та смерті. Неможливість відновити пошкодження ДНК може призвести до порушення нормального синтезу білка або початку канцерогенезу. Інші токсиканти запускають перебільшені механізми ремонту, які самі по собі становлять небезпеку для виживання людини. Наприклад, гербіцид паракват спричиняє травму легенів, опосередковану вільними радикалами, отриманими киснем; оскільки легені є висококисневим органом, цей збиток може бути досить великим, оскільки готовність кисню забезпечує багато палива для генерації сніжок вільних радикалів, таких як супероксидні аніони. Безпосереднє вплив параквату на легені - це пошкодження альвеолярних стінок, що призводить до стимуляції механізмів відновлення, які викликають інтенсивний прогресуючий фіброз легені протягом декількох тижнів, що в кінцевому підсумку призводить до смерті пацієнта від асфіксії. Інтенсивний фіброз також спостерігається при алкогольному цирозі печінки, при цьому нормальна паренхіма печінки замінюється фіброзною сполучною тканиною, що перешкоджає нормальній роботі печінки.

АДАПТАЦІЯ

Механізми адаптації розвивалися на клітинному, тканинному та органному рівнях, які дозволяють людині вижити перед впливом рівнів токсикантів, які в іншому випадку можуть призвести до серйозних або смертельних травм. Адаптація вимагає часу для розвитку, тому, як правило, відбувається при багаторазовому впливі рівнів токсикантів, які занадто низькі, щоб спричинити важку гостру травму. Механізми адаптації включають зміну доставки токсикантів до цільових ділянок, зниження реактивності цільової ділянки до токсиканту, підвищення місцевих механізмів репарації та розробку компенсаторних механізмів для пом'якшення травми, спричиненої токсикантами.

Зниження доставки токсикантів до цільового місця може включати зменшення поглинання токсиканту, детоксикацію токсиканту до того, як він зможе досягти цільового місця, або зв'язування токсиканту з нейтральною молекулою. Опіоїд фентаніл є потужним наркотичним засобом при введенні, але він швидко метаболізується в печінці при попаданні всередину, значно зменшуючи кількість, яка потрапляє в системний кровотік і досягає центральної нервової системи; цей «ефект першого проходження» відбувається з багатьма речовинами і часто є причиною того, що деякі препарати необхідно вводити за допомогою ін'єкцій, а не перорального шляху. Аналогічно, хронічне вживання етилового спирту може призвести до індукції (підвищеної експресії) ферменту алкогольдегідрогенази в шлунково-кишковому тракті та печінці, в результаті чого більше алкоголю метаболізується, перш ніж він зможе потрапити в системний кровотік.

Деякі токсичні важкі метали, які потрапляють у кров, зв'язуються з метало-зв'язуючими білками, званими металотіонеїнами; оскільки лише незв'язані метали можуть вільно реагувати, металотіонеїни перешкоджають взаємодії токсичних металів зі своїми цільовими ділянками. Багато ссавців, що мешкають в морі, такі як косатки (Orca spp.), зв'язують органічну ртуть з металотіонеїнами, що містять селен, що дозволяє їм накопичувати велику кількість органічної ртуті, яка була б смертельною для наземних ссавців.

Адаптація зниженою реактивністю до цільового сайту класично ілюструється толерантністю, яка може розвинутися у людей, залежних від опіоїдів, таких як героїн. Постійна стимуляція опіоїдних рецепторів призводить до зниження регуляції (зниження експресії) цих рецепторів і збільшення кількості опіоїдів, необхідних для стимуляції інших рецепторів.

Адаптивні механізми можуть включати підвищену функцію або кількість клітин для компенсації втрати функції подібних клітин внаслідок токсичного інсульту. Різноманітні токсиканти можуть спричинити пошкодження ниркових канальців, і, як наслідок, інші канальці нирок можуть зазнати гіпертрофії та/або гіперплазії в спробі забезпечити адекватну функцію нирок.

Адаптивні та репараційні механізми часто виникають одночасно, що призводить до характерних уражень деяких органів або тканин. Наприклад, токсична гепатоцелюлярна травма від хронічного впливу алкоголю може призвести до утворення вузликових ділянок регенеруючих гепатоцитів (адаптації) в оточенні фіброзна сполучна тканина утворюється для заміни втрачених гепатоцитів (репарації), в результаті чого утворюється характерний «бульбашковий» вигляд печінкового цирозу.

Тема 5: Ключові моменти
У цьому розділі ми розглянули наступні основні моменти:

1: Механізми відновлення тканин включають видалення пошкоджених клітин за допомогою апоптозу, регенерацію клітин гіперплазією (збільшення кількості клітин) або гіпертрофію (збільшення розміру клітин) та регенерацію позаклітинного матриксу.
- Фіброз може виникнути при неповному відновленні тканин.
2: Механізми адаптації можуть дозволити господареві вижити в умовах постійного впливу токсикантів і включати:
- зміна доставки токсикантів на цільові ділянки.
- зниження реактивності цільової ділянки до токсиканту
- збільшення локальних ремонтних процесів
- компенсаторні механізми пом'якшення травм, спричинених токсикантами

Перевірка знань

1. Приклад зниження реактивності цільової ділянки до токсиканту

Відповідь: Зниження регуляції токсикантних рецепторів

2. Регенеративна відповідь, яка призводить до збільшення кількості клітин, що виробляються

Відповідь: Гіперплазія