Источник информации: Сайт студентов Ростовского государственного медицинского университета http://rh-conflict.narod.ru
Патология органа или части органа можно рассматривать двояким образом - описывать и анализировать детали морфологических изменений, чем, собственно, и занимается патоморфология, или же сравнивать его функцию с нормальной функцией, чтобы как можно лучше понять механизмы наблюдаемых расстройств, т.е. заняться патофизиологией. К сожалению, довольно часто из-за недостатка наших знаний о нормальной функции нам не удается понять патогенез повреждений и приходится довольствоваться морфологическим описанием. Такое положение создается при изучении патологии клеточного ядра.
Под световым микроскопом ядро живой клетки представляется гомогенным тельцем в состоянии геля с небольшим пятнышком внутри - ядрышком. После фиксации появляются неправильные резко базофильные массы (хроматин), погруженные в светлый ядерный сок (нуклеоплазма). В нуклеоплазме иногда различается неясная сеточка тонких нитей - сеть линина.
Электронная микроскопия внесла ценный вклад в изучение ультраструктуры ядерной мембраны (которая оказалась двойной) и хроматина - сложного сочетания тончайших нитей с плотными гранулами.
Первые исследования патологических изменений ядра были проведены давно. Они относятся к тому времени, когда впервые в микроскопическую технику были введены красители, в частности кармин и гематоксилин. При такой примитивной обработке ядро казалось гомогенным; исключение составляла более темная область ядрышка. Первые данные об изменениях ядра совпадают с первыми, исторически очень важными сведениями об аутолизе клетки.
В 1871 г. химик Хоппе-Зейлервпервые заметил, что ткани трупа могут разжижаться, не загнивая. Несколькими годами позже Сальковский показал, что раздражение происходит под влиянием ферментов такого же типа, как и пищеварительные. В 1900 г. Якоби назвал этот процесс посмертного разжижения аутолизом.
Исследования хода аутолиза показали, что разжижаться могут все ткани тела довольно быстро, но при условии, что внутриклеточные ферменты не подверглись разрушению в результате денатурации, например в связи с коагуляцией. Внимательное изучение развития посмертного аутолиза показало, что один из его первых морфологических признаков обнаруживается в ядре. Он выражается в своеобразном процессе - пикнозе, который большей частью сопровождается вакуолизацией ядра. Заканчиваются эти явления кариолизом, т.е. полным исчезновением ядра.
Первоначальные изменения при некрозе ядра сводятся к следующим процессам: вакуолизации центральной части ядра, коагуляции хроматина с превращением в резко базофильную гомогенную массу (пикноз) и последующему отчетливому сокращению всего ядерного вещества (кариорексис). Видимое количество хроматина уменьшается (хроматолиз), что предшествует исчезновению ядра (кариолиз). Особенно отчетливо наблюдается конденсация хроматина в плотные массы. Этот процесс состоит в том, что нити различных дезоксирибонуклеотидов уплотняются и превращаются в гомогенные округлые образования. Они резко базофильны. Одновременно образующиеся в ядре вакуоли постепенно увеличиваются. Заканчиваются эти процессы исчезновением ядра; при этом остается несколько мелких гранул хроматина (тельца Флемминга).
Сохранение хроматина в некоторых клетках даже после аутолиза послужило основанием определять его как "структуру, резистентную к аутолизу". Эту кажущуюся резистентность объясняют тем, что главные компоненты хроматина, нуклеиновые кислоты, устойчивы к действию протеолитических ферментов клетки. Растворение нуклеиновых кислот требует присутствия нуклеаз - специфических ферментов, высвобождение которых происходит позднее.
В живой клетке пикноз характеризуется сильным потемнением ядра, что связано с осаждением ядерных белков. За этим необратимым процессом следует вторая фаза клеточного некроза - некрофанероз. Пикноз развивается почти сразу же после прекращения в органе кровообращения - в почечных клетках, например, через 90 минут.
Высказывалось предположение, что пикноз якобы точно соответствует моменту смерти ядра. В действительности же в основном он указывает на нарушение проницаемости ядерной мембраны. Вряд ли это можно считать критерием смерти ядра.
Уэлс (1915) связывает явление пикноза с физическим рассеиванием ядерных компонентов, т.е. с распадом нуклеопротеидов и высвобождением нуклеиновых кислот. Можно воспрепятствовать этому распаду различной обработкой, ведущей к необратимой денатурации ядерных белков (Майерс, 1965). Такая денатурация связана с прекращением активности внутриклеточных ферментов. Наоборот, когда клетка подвергается медленному замораживанию, пикноз обнаруживается чаще (Шерман, 1963).
Кроме этих достоверных фактов, связанных с общим аутолизом клетки, старые исследования с применением светового микроскопа выявили различные другие повреждения ядра. Однако многие из них представляют собой частные случаи и встречаются только в некоторых клетках; патогенез многих из них остается невыясненным.
Среди фактов этого рода надо отметить присутствие аномальных включений в ядре, его патологические деформации, и в особенности повреждения его мембраны.
В патологически измененных клетках поврежденные ядра зачастую образуют включения различного типа, в том числе гранулы, кристаллоидные палочки и т.д. применение электронного микроскопа позволило расширить перечень таких включений. Форма их крайне разнообразна. Гистохимическую природу и происхождение таких включений точно установить не удалось (исключение составляют включения вирусной природы). Их описание носит чисто морфологических характер. Морфологически они весьма любопытны, но, как правило, природа их неизвестна.
В патологически измененных клетках ядро часто бывает деформировано. Цоллингер (1948), а также Фелл и Хьюз (1960) исследовали такие деформации и их судьбу в живых клетках, используя метод микрокиносъемки в фазовом контрасте после воздействия различных агентов.
В норме ядро обычно довольно мягкое. Его можно деформировать экспериментально с помощью микроиглы. Твердая центросфера образует на нем вдавление.
Ядро, набухшее при отеке, становится напряженным и деформируется в меньшей степени.
В фазовом контрасте ядерная мембрана нормальной клетки выглядит темной и толстой. Ее поверхность гладкая, иногда с несколькими выступами. Электронный микроскоп показывает, что мембрана эта состоит из двух листков с промежутком между ними. В целом она представляет собой перинуклеарный мешок, связанный с системой эндоплазматической сети. Местами они образуют складки и впячивания. Роз (1965) полагает, что эти образования связаны с вращательными движениями ядра, свойственными некоторым клеткам..
С помощью светового и электронного микроскопов нередко удается выявить изменения ядерной мембраны, которые иногда сопровождаются выхождением (экструзией) ядерного вещества и эмиссией пузырьков различного типа. Людфорд (1925) описал выделение пузырьков на поверхность ядра уже давно, изучая его в световом микроскопе. Оно, по-видимому, соответствует перемещению ядерного вещества в цитоплазму. Позднее Кайт (1964) наблюдал эти экструзии с помощью микрокиносъемки и описал образование весьма любопытных фигур. Ризуэно и его сотрудники (1966) высказали предположение о наличии связи между хроматином и мелкими впячиваниями ядерной мембраны. Было показано, что в некоторых случаях (яйца беспозвоночных) перенос нуклеопротеидов через ядерную мембрану замедляется при изменении температуры окружающей среды.
Существование перинуклеарного пространства в форме мешка с очень жидким содержимым позволяет понять понять любопытные вращательные движения ядра в живой клетке. Ядерная масса довольно свободна в своем жидком "футляре". Между стенками перинуклеарного пространства иногда можно обнаружить тонкие соединительные нити, которые в какой-то мере обеспечивают согласованность движений ядерной массы с циклозом цитоплазмы. Во многих клетках эти мембраны подвижны и способны передавать движение ядру. Беннет (1956) назвал эту область передаточным поясом.
С изменением ядерной мембраны связан вопрос о последствиях колебаний проницаемости ядра. В живой клетке ядро непроницаемо для так называемых вытальных красителей. Наоборот, в умирающей клетке эти красители частично проникают в ядро. Они могут при этом восстанавливаться, вызывая изменение окраски. Чемберс (1923) показал, что в мертвой клетке способность восстанавливать красители исчезает.
Рассматривая проблему проницаемости, следует отметить, что в нуклеоплазму крупные молекулы проникают легко, что не характерно для цитоплазмы. Медленно действующие химические агенты способны вызвать поражение ядра еще до появления признаков повреждения в цитоплазме. Этот факт, проверенный на животных и растительных клетках, чрезвычайно важен с фармакодинамической точки зрения.
В жизнедеятельности клетки - как в норме, так и в патологии - отношения между ядром и цитоплазмой играют весьма важную роль. Через ядерную мембрану совершается обмен между ядерными веществами, находящимися под контролем генов, и веществами цитоплазмы, находящимися в зависимости от внешней среды. Регуляция этого обмена связана с особыми свойствами ядерной мембраны. Перемещение веществ через барьер "ядро-цитоплазма". Было объектом многочисленных исследований, проведенных м применением различных методов - изотопного метода (Na , P , K , Cl , H ), метода микроинъекций цитоплазмы других видов, метода погружения изолированных клеток в жидкую среду, ведущего к волюметрическим изменениям. Регулирующая функция цистерн эндоплазматической сети, образующих мембрану, основана на принципе избирательной проницаемости. Свойство это исчезает со смертью клетки, что, по-видимому, согласуется со структурными изменениями, которые выявляются при помощи фазово-конрастного и электронного микроскопа.
В жизнедеятельности ядра следует различать две фазы - фазу размножения и фазу покоя. Каждой из них присущ особый характер функции. В фазе размножения преобладают генетические процессы ("генетическое" ядро); в интервале между митозами (интерфазе) доминирует влияние ядра на цитоплазму ("соматическое" ядро); соматическое ядро и генетическое ядро - это 2 стороны физиологии, а стало быть, и патологии ядра. Прескот и Бендер (1962), Сальб и Маркус (1965), Шарф и Робинс (1966), а также Джонсон и Холэнд (1966) установили на культуре клеток млекопитающих, что синтез белка прекращается в начале митоза, на стадии метафазы; они предположили, что остановка эта связана с убылью информационной РНК. Однако остановка белкового синтеза в начале митоза, как видно, не является ни универсальной, ни обязательной. Действительно, как показали Гросс и Фри (1966), в других условиях, например, во время первого дробления яйца морского ежа, интенсивность белкового синтеза не снижается.
Нельзя описывать патологию ядра в соматической и генетической фазах с чисто морфологической точки зрения. Современные биохимические и биофизические методы исследования по своим возможностям намного определили морфологические. В этих условиях патология сводится к рассмотрению физиологии под углом зрения возможных расстройств. Она описывает не столько то, что обнаруживается, сколько то, что могло бы произойти при нарушении нормальных процессов. Речь идет о предвидении будущей патологии. Выдвигается предположение о первичном повреждении какого-либо процесса и затем на основании того, что нам известно, делается попытка вывести из этого заключение о характере патологических изменений.
Патология клеточного ядра морфологически проявляется в изменении структуры, размеров, формы и количества ядер и ядрышек, в появлении разнообразных ядерных включений и изменений ядерной оболочки.
Структура и размеры ядра (интерфазное, митозное ядро) зависят в первую очередь от плоидности, в частности от содержания в ядре ДНК, и от функционального состояния ядра. Тетраплоидные ядра имеют диаметр больше, чем диплоидные, октоплоидные - больше, чем тетраплоидные.
Большая часть клеток содержит диплоидные ядра. В пролиферирующих клетках в период синтеза ДНК (S-фаза) содержание ДНК в ядре удваивается, в постмитотический период, напротив, снижается. Если после синтеза ДНК в диплоидной клетке не происходит нормального митоза, то появляются тетраплоидные ядра. Возникает полиплоидия - кратное увеличение числа наборов хромосом в ядрах клеток, или состояние плоидности от тетраплоидии и выше.
Полиплоидные клетки выявляют различными способами: по размеру ядра, по увеличенному количеству ДНК в интерфазном ядре или по увеличению числа хромосом в митотической клетке. Они встречаются в нормально функционирующих тканях человека. Увеличение числа полиплоидных ядер во многих органах отмечается в старости. Особенно ярко полиплоидия представлена при репаративной регенерации (печень), компенсаторной (регенерационной)гипертрофии (миокард), при опухолевом росте.
Другой вид изменений структуры и размеров ядра клетки встречается при анеуплоидии, под которой понимают изменения в виде неполного набора хромосом. Анеуплоидия связана с хромосомными мутациями. Ее проявления (гипертетраплоидные, псевдоплоидные, "приблизительно" диплоидные или триплоидные ядра) часто обнаруживаются в злокачественных опухолях.
Размеры ядер и ядерных структур независимо от плоидии определяются в значительной мере функциональным состоянием клетки. В связи с этим следует помнить, что процессы, постоянно совершающиеся в интерфазном ядре, разнонаправлены: во-первых, это репликация генетического материала в S-периоде )"полуконсервативный" синтез ДНК); во-вторых, образование РНК в процессе транскрипции, транспортировка РНК из ядра в цитоплазму через ядерные поры для осуществления специфической функции клетки и для репликации ДНК. Функциональное состояние ядра находит отражение в характере и распределении его хроматина. В наружных отделах диплоидных ядер нормальных тканей находят конденсированный (компактный) хроматин - гетерохроматин, в остальных ее отделах - неконденсированный (рыхлый) хроматин - эухроматин. Гетеро- и эухроматин отражают различные состояния активности ядра; первый из нисчитается "малоактивным" или "неактивным", второй - "достаточно активным". Поскольку ядро может переходить из состояния относительно функционального покоя в состояние высокой функциональной активности и обратно, морфологическая картина распределения хроматина, представленная гетеро- и эухроматином, не может считаться статичной.
Изменения формы ядер - существенный диагностический признак: деформация ядер цитоплазматиескими включениями при дистрофических процессах, полиморфизм ядер при воспалении (гранулематоз) и опухолевом росте (клеточный атипизм).
Форма ядра может меняться также в связи с образованием множественных выпячиваний ядра в цитоплазму, которое обусловлено увеличением ядерной поверхности и свидетельствует о синтетической активности ядра в отношении нуклеиновых кислот и белка.
Изменения количества ядер в клетке могут быть представлены многоядерностью, появлением "спутника ядра" и безъядерностью. Многоядерность возможна при слиянии клеток. Таковы, например, гигантские многоядерные клетки инородных тел и Пирогова-Лангханса, образующиеся при слиянии эпителиоидных клеток. Но возможно образование многоядерных клеток и при нарушениях митоза - деление ядра без последующего деления цитоплазмы, что наблюдается после облучения или введения цитостатиков, а также при злокачественном росте.
"Спутниками ядра", кариомерами (маленькими ядрами), называют мелкие подобные ядру образования с соответствующей структурой и собственной оболочкой, которые расположены в цитоплазме около неизмененного ядра. Причиной их образования считают хромосомные мутации. Таковы кариомеры в клетках злокачественной опухоли при наличии большого числа фигур патологических митозов.
Безъядерность в отношении функциональной оценки клетки неоднозначна. Известны безъядерные клеточные структуры, которые являются вполне жизнеспособными (эритроциты, тромбоциты). При патологических состояниях можно наблюдать жизнеспособность частей цитоплазмы, отдельных от клетки. Но безъядерность может свидетельствовать и о гибели ядра, которая проявляется кариопикнозом, кариорексисом и кариолизисом.
Список литературы:
А.И. Струков, В.В. Серов Патологическая анатомия. М.:Медицина. 1993г. стр.16-17, 91-93.
А. Поликар, М. Бесси Элементы патологии клетки. М.:Мир. 1970г. стр.167-192.