Развитию отека клетки при повреждении способствуют


Входной тест контроль — Студопедия

1.Некроз – это:

а) тотальное изменение в цитоплазме поврежденной клетки;

б) трансформация клетки в злокачественную;

в) генетически запрограммированная гибель клетки;

+г) необратимые повреждения клетки;

д) трофические нарушения клетки

2. Сморщивание ядра клетки называется:

+а) пикнозом; б) кариорексисом; в) кариолизисом; г) аутолизом; д) некробиозом

3. Ионизирующее облучение оказывает наибольшее воздействие:

а) на рибосомы; б) на саркоплазматический ретикулум; +в) на ядро клетки при митозе;

г) на комплекс Гольджи; д) на митохондрии

4.Специфическим проявлением повреждения клетки при отравлении цианидами является:

а) денатурация белковых молекул; б) усиление перекисного окисления липидов;

+в) блокада цитохромоксидазы; г) ацидоз; д) разобщение процессов окисления и фосфорилирования

5. Подавление активности цитохромоксидазы является специфическим проявлением при:

а) действии радиации; +б) отравлении цианидами; в) действии высокой температуры;

г) механической травме; д) действии антиоксидантов

6. Правильным является утверждение:

а) внутриклеточный ацидоз и гипергидрия клеток являются строго специфическим проявлением повреждения клетки;

б) повышение проницаемости клеточных мембран является строго специфическим проявлением повреждения клетки;

+в) повышение проницаемости клеточных мембран сопровождает любое повреждение клетки;

г) способность к окрашиванию поврежденной клетки снижается;


д) электропроводность поврежденных клеток обычно снижается

7. Развитию отека клетки при повреждении способствуют:

+а) повышение концентрации внутриклеточного натрия; б) повышение концентрации внутриклеточного калия; +в) повышение проницаемости цитоплазматической мембраны для Ионов; г) угнетение анаэробного гликолиза; д) снижение гидрофильности цитоплазмы

8. Укажите механизмы повреждения клетки:

а) повышение сопряженности окислительного фосфорилирования; б) повышение активности ферментов системы репарации ДНК; +в) усиление свободнорадикального окисления липидов; +г) выход лизосомальных ферментов в гиалоплазму; +д) ацидоз

9. Повреждение клетки может возникать вследствие изменения ее генетической программы при:

а) экспрессии патологических генов; б) репрессии нормальных генов; в) транслокации генов; г) изменении структуры генов; +д) все ответы верны

10. Укажите причины гипергидратации клетки при повреждении:

а) уменьшение активности Na++ - АТФазы; б) увеличение внутриклеточного осмотического давления; в) интенсификация перекисного окисления липидов; г) увеличение гидрофильности цитозольных белков; д) уменьшение активности Са++ - АТФазы; +е) все ответы верны

Любопытный вопрос об отеке легких, вызванном физической нагрузкой

Вопрос о том, развивается ли отек легких во время физических упражнений на суше, является спорным. Тем не менее, развитие отека легких во время плавания и ныряния хорошо известно. В этой статье рассматриваются текущие противоречия, существующие в области отека легких, вызванного физическими упражнениями, на суше и с погружением в воду. В нем также обсуждаются механизмы, с помощью которых может развиться отек легких во время наземных упражнений, плавания и ныряния, а также существующие пробелы в знаниях.Наконец, в этой статье обсуждается, как эти области могут продолжать развиваться, а также области, в которых отсутствуют клинические знания.

1. Проблема управления легочной жидкостью во время упражнений

Во время упражнений транспорт кислорода через легочную мембрану увеличивается с ~ 4 мл / кг / мин в состоянии покоя до более 75 мл / кг / мин у спортсменов на выносливость, выполняющих максимальные упражнения. [1]. Пара ключевых анатомических и физиологических особенностей позволяет почти в 20 раз увеличить транспорт кислорода из альвеолярной области в капиллярную сеть.Граница раздела между альвеолой и капилляром очень тонкая, так что расстояние диффузии между альвеолой и эритроцитом составляет всего 1 мкм м [2]. Площадь поверхности для газообмена огромна (~ 1 × 10 4 см 2 ), а хрупкая тонкостенная сосудистая сеть способна расширяться и задействоваться, чтобы принять 5-кратное увеличение сердечного ритма. выход во время тренировки. Во время упражнений высокой интенсивности, перед лицом усиленного кровотока и повышенного капиллярного давления, легкие сталкиваются с проблемой сохранения целостности дыхательной мембраны и сухости альвеолярной поверхности.

Считается, что, как и в других тканях, поток жидкости через сосудистую сеть легких определяется балансом между сосудистым гидростатическим и онкотическим давлением относительно интерстициального пространства. Уравнение Старлинга иллюстрирует это как где - чистое поглощение жидкости или фильтрация из сосудистой сети, - коэффициент фильтрации, который описывает проницаемость капилляра для жидкости и частично определяется площадью поверхности капилляра, и являются капиллярным и внутренним гидростатическим давлением, а также являются капиллярным и внутренним гидростатическим давлением. интерстициальное онкотическое давление и представляет собой коэффициент отражения, который корректирует онкотическое давление для проницаемости капилляра для крупных белков.Принимая во внимание переменные в уравнении Старлинга, отек легких, вызванный физической нагрузкой, может возникать по следующим механизмам: (i) увеличение гидростатического давления в капиллярах, (ii) повышение в результате повреждения стенки капилляра или увеличения поверхности капилляров, ( iii) неспособность лимфатических сосудов к достаточно чистой воде, вытесняемой из сосудов.

Хотя легкое перфузируется при гораздо более низком давлении по сравнению с системной сосудистой сетью (12 против 120 мм рт. Ст., Систолическое давление в состоянии покоя), легкое все же должно выдерживать более чем удвоенное управляющее давление в легочной артерии.Это повышение давления в легочной артерии в значительной степени определяется повышенным давлением в левом предсердии, которое возникает в результате увеличения венозного возврата к ограниченному объему предсердия. Действительно, восемьдесят процентов увеличения давления в легочной артерии объясняется повышением давления в левом предсердии [3]. Повышенное давление в легочной артерии и левое предсердие в сочетании со сниженным внутригрудным давлением во время вдоха приводит к увеличению трансмурального давления в капиллярах и экссудации жидкости из капилляра в воздушное пространство.

У отдыхающего человека жидкость переходит из сосудистого пространства в интерстиций со скоростью 0,3 мл / кг / час [4] и выводится лимфатической системой. Исследования, проведенные на овцах, показывают, что лимфатический поток в легких может увеличиваться в 7–10 раз. Это увеличение требует возникновения гиперпноэ и приводит к клиренсу жидкости 150–210 мл / ч у человека весом 70 кг [5]. Когда-то считалось, что простой отрицательный градиент давления между лимфатическими сосудами и грудным протоком, вызванный снижением грудного давления во время фазы вдоха при гиперпноэ при физической нагрузке, вызывает усиление лимфотока.Однако реальный механизм увеличения лимфотока может быть более элегантным. Как и в системных венах, лимфатические сосуды легких имеют клапаны. Подобно тому, как сокращение скелетных мышц возвращает венозную кровь к сердцу через серию клапанных сосудов (называемых «насосом скелетных мышц»), колебания давления на вдохе и выдохе могут служить для перекачки крови через легочные лимфатические сосуды [6–8]. Кроме того, лимфатические сосуды могут иметь перистальтические свойства. Лимфатические сосуды имеют слой гладких мышц, который может периодически сокращаться, повышая внутреннее давление на несколько мм рт. Ст. [9].У них также есть альфа- и бета-адренорецепторы, а применение катехоламинов может повысить лимфатическое давление до 20–30 мм рт. Ст. [10, 11]. Циркулирующие катехоламины увеличиваются при выполнении упражнений [12] и могут играть роль в лимфатической функции. Однако их влияние на лимфатический поток неизвестно.

2. Существует ли отек легких, вызванный физической нагрузкой?

Вопрос о том, развивается ли отек легких во время физических упражнений, является спорным. Систематические экспериментальные попытки задокументировать отек легких после упражнений дают противоречивые данные, но в литературе имеется несколько сообщений о клинических случаях.Клинически значимый отек был зарегистрирован у элитного велосипедиста, участвовавшего в трансконтинентальной гонке [10], у трех бегунов, участвовавших в марафонских и ультрамарафонских гонках [13, 14], и у одного человека после катания на беговых лыжах на морозе [15]. В одном случае у внешне здорового мужчины развился отек легких после физических упражнений [16]. Интересно, что клиническое обследование показало пролапс митрального клапана, и авторы предполагают, что эта структурная аномалия, вероятно, способствовала формированию отека.В других случаях может быть роль нераспознанной дисфункции клапана. Действительно, у пациентов с систолической дисфункцией левого желудочка дисфункция митрального клапана связана с повышением легочного сосудистого давления, нарушением капиллярного барьера и отеком легких, вызванным физической нагрузкой [17]. На сегодняшний день не было проведено всеобъемлющих исследований, позволяющих количественно оценить ежегодную заболеваемость отеком легких после физической нагрузки у лиц с ранее выявленными сердечными аномалиями и без них.

Толчком к подозрению на высокую распространенность субклинического интерстициального отека после физических упражнений служат данные, полученные с использованием метода множественного удаления инертных газов (MIGET).MIGET количественно определяет степень согласованности вентиляции и перфузии в легких (V / Q) [18, 19]. Несоответствие V / Q увеличивается при нагрузках от умеренных до тяжелых и сохраняется даже после прекращения упражнений и восстановления нормальной сердечно-легочной функции [20, 21]. Хопкинс предположил, что «наиболее правдоподобным» объяснением этого является формирование интерстициального отека легких, вызывающего перибронхиальные и периваскулярные наручники.

В нескольких отчетах о случаях, упомянутых в этой статье, указывается, что отек легких, вызванный физической нагрузкой, является причиной артериальной гипоксемии, вызванной физической нагрузкой, которая встречается по крайней мере у 50% здоровых людей, выполняющих упражнения на уровне моря [22].В этих отчетах, где были отмечены клинические признаки альвеолярного затопления, гипоксемия, вероятно, является результатом отека. Однако для большинства людей, занимающихся физическими упражнениями, этот вопрос менее ясен. Несоответствие V / Q, являющееся основным свидетельством отека легких, вызванного физической нагрузкой, вероятно, является минимальным фактором дефицита газообмена. Пропорция альвеолярно-артериальной разницы по кислороду, объясняемая несоответствием V / Q, не меняется от покоя к тяжелым упражнениям [23], оставляя ограничение диффузии и шунт справа налево в качестве оставшихся возможных виновников [23, 24].Действительно, увеличение несоответствия V / Q не влияет на газообмен, потому что увеличение вентиляции превышает увеличение перфузии, что приводит к появлению нескольких отделений с очень низким V / Q. Hopkins предполагает, что причина, по которой нарушения газообмена не предсказываются несоответствием V / Q, заключается в том, что интерстициальный и перибронхиальный отек не прогрессирует до альвеолярного отека и наводнения у большинства людей [25].

Ограничение перевода измерений V / Q из области объяснения в причинно-следственную связь заключается в том, что отклонения V / Q, измеренные с помощью MIGET, никогда не были связаны с прямыми измерениями отека легких у одних и тех же людей после тренировки.В недавнем исследовании использовалось быстрое введение физиологического раствора (20 мл / кг) для увеличения интерстициальной воды в легких без повышения сердечного выброса. Хотя увеличение количества жидкости в легких было подтверждено кардиографией с импедансом, не было доказательств несоответствия V / Q [26]. Важно отметить, что не было никаких доказательств изменения индекса распределения вентиляции (LogSDV и среднего значения V), несмотря на изменения спирометрических измерений, соответствующие развитию интерстициального отека. В исследовании субъектов, у которых в анамнезе был высокогорный отек легких (HAPE), несоответствие V / Q с упражнениями на высоте 3800 м не отличалось от контрольной группы без истории HAPE.Дополнительное неравенство V / Q в состоянии покоя наблюдалось только у участников операции «Эверест II» на смоделированных высотах ≥20 000 футов [27]. И, наконец, выполнение повторяющихся упражнений - активности, которая, как ожидается, последовательно усугубит интерстициальный отек, не увеличивает несоответствие V / Q [28].

Несколько исследований полагались на использование методов прямой визуализации (МРТ, КТ и т. Д.) И грудного импеданса для демонстрации отека легких после упражнений со смешанными результатами. В некоторых исследованиях с использованием КТ и МРТ были обнаружены доказательства увеличения количества жидкости в легких после продолжительных тяжелых упражнений [29, 30], но эти результаты не были последовательно воспроизведены.Есть несколько потенциальных ловушек при использовании изображений и грудного импеданса для измерения отека, вызванного физической нагрузкой. И то, и другое может быть сбито с толку увеличением общего объема воды в грудной клетке, вызванным увеличением объема крови в легких сразу после тренировки. Магнитный резонанс и компьютерная томография требуют изменения позы, что изменяет распределение кровотока и может затруднить визуализацию отека. Кроме того, МРТ требует много времени; в течение времени, необходимого для завершения визуализации, может исчезнуть отек низкого уровня.Компьютерная томография может быть непрактичной для использования в научных исследованиях из-за рисков, связанных с воздействием рентгеновского излучения [31]. Наконец, некоторые утверждали, что прямая визуализация недостаточно чувствительна для визуализации интерстициального отека; чтобы визуализировать отек, он должен прогрессировать до альвеолярного затопления [25]. Конечно, явное переполнение альвеол при физической нагрузке случается редко. Основная проблема при демонстрации субклинического отека легких заключается в отсутствии надежного, чувствительного, золотого стандарта измерения.

Наилучшие доказательства отека легких, вызванного физической нагрузкой, получены в исследованиях, посвященных выявлению недостаточности капиллярного стресса в жидкости бронхальвеолярного лаважа после тренировки (ЖБАЛ). По оценкам, стрессовая недостаточность легочных капилляров и кровотечение возникают при трансмуральном давлении в капиллярах ≥40 мм рт. Ст. [32]. Нарушение капиллярного стресса и явное альвеолярное кровотечение были хорошо задокументированы у чистокровных скаковых лошадей, у которых расчетное капиллярное давление может достигать ≥100 мм рт. Ст. [33, 34]. Элдридж и др.обнаружили доказательства разрушения капилляров у спортсменов после трех коротких периодов интенсивных упражнений на уровне моря и больших высот, исследуя BALF на наличие красных кровяных телец [35]. Эритроциты были обнаружены в ЛБАЛ всех спортсменов после тренировки, но не в ЛБАЛ в контрольной группе в состоянии покоя. Хотя ЖБАЛ каждого спортсмена был положительным на эритроциты, количество обнаруженных эритроцитов (/ мл) было на несколько порядков ниже, чем у людей с клиническим диагнозом высокогорного отека легких (/ мл) или лошадей, занимающихся физическими упражнениями (30 - / мл) [36, 37].Тем не менее, эти данные свидетельствуют о том, что дыхательная мембрана нарушается при интенсивных упражнениях у здоровых и активных взрослых.

Урок, извлеченный из многих из этих исследований, заключается в том, что нормальное легкое, по-видимому, хорошо приспособлено для упражнений на уровне моря. У большинства людей экссудация воды в интерстиций уравновешивается увеличением лимфотока, предотвращая развитие клинического отека легких, выражающегося одышкой, хрипами в конце выдоха и образованием кровянистой пенистой мокроты.Несмотря на сообщения о случаях, которые существуют в литературе, развитие клинически важного отека легких при физических нагрузках остается редким явлением. Было высказано предположение, что у редких людей, у которых действительно развивается отек легких, вызванный физической нагрузкой, была неизвестная основная патология, которая увеличивала вероятность развития отека легких при физической нагрузке [38].

3. Чему мы можем научиться из иммерсионного отека легких?

Упражнения в воде создают уникальную нагрузку на дыхательную систему.Иммерсионный отек легких с погружением с задержкой дыхания, подводным плаванием с аквалангом и упражнениями в холодной воде хорошо документирован в литературе [39–41]. При опросе 460 активных ныряльщиков с аквалангом у 1,1% в анамнезе было развитие иммерсионного отека легких [42]. Опрос триатлонистов из группы USA Triathlon показал, что у 1,4% участников были симптомы, указывающие на отек легких, после завершения упражнения, которое содержало компонент плавания [43]. В 2009 году Профессиональная ассоциация инструкторов по дайвингу сообщила, что 900 000 новых сертификатов по дайвингу выдается его членами ежегодно [44].Если 1% населения испытывает иммерсионный отек легких, то 900 000 новых дайверов в год означают 9 000 новых людей, подверженных риску иммерсионного отека легких.

Похоже, что разные группы населения подвержены риску развития иммерсионного отека в зависимости от типа иммерсионной активности. Случаи плавания у спортсменов на поверхности, как правило, происходят у молодых, здоровых людей, выполняющих интенсивные упражнения. Маневры, выполняемые элитными водолазами с задержкой дыхания и военными водолазами, делают их предрасположенными к баротравме легких и альвеолярному кровотечению.Некоторые предполагают, что ныряльщики с аквалангом, некоторые из которых, как правило, старше, могут иметь недиагностированную дисфункцию левого желудочка, которая может способствовать развитию отека [45]. Однако ныряльщики с аквалангом подвергаются воздействию многих из тех же факторов стресса, что и водолазы, задерживающие дыхание, и пловцы, и их отек может не полностью зависеть от ранее существовавшей сердечно-сосудистой патологии. Причина иммерсионного отека легких, вероятно, многофакторна.

Погружение участников исследования в вертикальное положение сидя перенаправляет ~ 0.7 л крови в грудную клетку и увеличивает систолическое давление в легочной артерии [46]. Это усиливается погружением в холодную воду, которая перенаправляет кровоток в грудную клетку, чтобы поддерживать температуру тела, и вызывается сужением сосудов в туловище и конечностях [47]. Упражнения дополнительно увеличивают объем грудной крови и давление в левом предсердии, легочной артерии и капиллярах, хотя давление в легочной артерии значительно варьируется при иммерсионных упражнениях. Пичер и др. обнаружили большую степень межсубъектной изменчивости давления в легочной артерии при выполнении упражнений с поверхностным погружением (16.0–39,6 мм рт. Ст.) [48], хотя повышение давления в легочной артерии было выше, чем то, что обычно наблюдается при наземных упражнениях [49]. Эти исследователи предположили, что эта высокая вариабельность может объяснить, почему некоторые люди более подвержены образованию отеков, чем другие, при выполнении одной и той же деятельности. Например, в описании случая 30 израильских солдат, выполняющих гонку на время в открытой воде на 2,4 км, у 8/30 развился явный отек, отмеченный пенистой мокротой, одышкой и кровохарканьем [50]. Существует дискуссия о том, продолжает ли давление в легочной артерии повышаться во время упражнений, поскольку противоречивые исследования показали, что оно как повышается, так и понижается с увеличением продолжительности упражнений [47, 48].

Добавление дайвинга еще больше увеличивает перенаправление крови к грудной клетке, чтобы бороться с эффектом повышенного давления на объем легких. Согласно закону Бойля, при спуске атмосферное давление повышается, а объем легких сокращается. Кровь перенаправляется с периферии в грудную клетку [51]. Это увеличивает сосудистое гидростатическое давление и противодействует повышенному давлению в дыхательных путях. Ферриньо и Лундгрен предсказывают, что эффекта «сжатия легких» во время погружения с задержкой дыхания будет достаточно, чтобы поднять капиллярное гидростатическое давление на 11–32 мм рт. Ст. [52].Этих давлений, безусловно, превышающих 40 мм рт. Ст., Необходимых для нарушения целостности капилляров, достаточно, чтобы вызвать отек при достаточно продолжительном воздействии.

Вентиляция также может способствовать образованию отеков, хотя знания в этой области ограничены. Нет прямых исследований важности вентиляции в формировании отеков, и большая часть того, что известно, получена из других областей. Например, гипервентиляция необходима для увеличения клиренса жидкости лимфатическими сосудами [5]. При высокоинтенсивных упражнениях минутная вентиляция при плавании на животе имеет тенденцию быть ниже, чем при беге на беговой дорожке, а возможность увеличения минутной вентиляции ограничена необходимостью координировать дыхание с плавательным ходом [53].Это может ограничить способность лимфатических сосудов очищать жидкость. Погружение в шею вызывает 3-кратное уменьшение резервного объема выдоха и, как следствие, низкий объем дыхания в легких [54]. Гидростатическое сжатие грудной клетки увеличивает сопротивление вдоху [55] и снижает максимальную скорость выдоха при объемах легких <60% от общей емкости легких [56]. Добавление регулятора во время подводного плавания с аквалангом может дополнительно увеличить дыхательное усилие, необходимое для преодоления сопротивления регулятора, на> 20 см H 2 O [57].Эти ограничения требуют увеличения дыхательной работы, а повышенное отрицательное внутригрудное давление во время вдоха способствует фильтрации жидкости и образованию отека.

Наконец, закрытие голосовой щели или отказ регулятора акваланга могут способствовать формированию отека. В исследовании семи мужчин, погруженных на спине всего в 1 фут воды при дыхании через жесткую металлическую трубку, трое из мужчин прекратили исследование в течение первых 30 секунд после первоначального погружения [54] с жалобой на закупорку дыхательной трубки. .Позже было обнаружено, что они испытывали непроизвольное закрытие голосовой щели, которое можно было преодолеть, не пытаясь вдохнуть в течение первых 15 секунд погружения. Подобно развитию внезапного отека легких у пациентов с ларингоспазмом или обструкцией верхних дыхательных путей [58, 59], дыхание через непроизвольно закрытую голосовую щель или неисправный регулятор акваланга может вызвать большое отрицательное внутригрудное давление и нарушить целостность дыхательной мембраны.

4.Какие пробелы все еще существуют в наших знаниях?

Сотрудничество с исследователями, изучающими иммерсионный отек легких, может дать новые возможности для ответа на вопрос о том, формируется ли субклинический отек легких у спортсменов, повсеместно выполняющих интенсивные наземные упражнения. Основным препятствием, ограничивающим нашу способность более определенно ответить на вопрос с использованием современных подходов, является отсутствие достаточно чувствительного метода обнаружения. Конечно, если отек образуется у наиболее тренированных людей на суше, это субклинический характер.Пока не будет разработан более чувствительный метод обнаружения, доказательства за и против образования отека при наземных упражнениях будут по-прежнему встречаться со скептицизмом.

Удивительно, что быстрая инфузия физиологического раствора не приводит к неравенству V / Q, учитывая, что спирометрические измерения среднего экспираторного потока изменяются в соответствии с интерстициальным отеком [26]. Возможно, что отек влияет на легкое равномерно, но также возможно, что измерение MIGET не способно обнаружить отек легких с достаточной чувствительностью.Тем не менее мы знаем, что отеки возникают у значительной части дайверов, выполняющих водные упражнения. Несколько недавних исследований были проведены, в которых были проведены инвазивные измерения легочной гемодинамики у участников исследования на людях, выполняющих гипербарические водные упражнения [47, 48], что позволило понять механизм образования отека во время погружения. Отек легких наблюдался в лаборатории у людей, выполняющих иммерсионные упражнения, и был подтвержден путем наблюдения крови в проводящих дыхательных путях ниже голосовых связок [39].Чтобы определить, может ли MIGET количественно оценить неравенство V / Q у пациентов с отеком легких, было бы полезно провести измерения у пациентов с разной степенью активного отека, которые можно было бы получить в лаборатории с помощью иммерсионных упражнений. Измерения MIGET проводились в иммерсионном режиме [60], но не у лиц с иммерсионным отеком легких.

В то время как иммерсионный отек легких в настоящее время является очень интересной и активной областью исследований, исследователи, изучающие иммерсионный отек легких, пришли к выводу, что повышение давления в легочной артерии и давления в левом предсердии должно быть основной причиной иммерсионного отека легких.Тем не менее, они не связали напрямую показатели гемодинамики с количественной оценкой образования отека. Важно, чтобы будущие механистические исследования включали количественное измерение образования отека, чтобы действительно определить важность любого механизма. Поскольку иммерсионный отек легких более очевиден, его можно определить количественно с помощью магнитно-резонансной томографии. Разработка всеобъемлющих математических моделей с использованием данных участников исследования с иммерсионным отеком легких может быть экстраполирована для прогнозирования образования отека, который может возникнуть при наземных упражнениях.

Еще одна возможность для развития обеих областей может заключаться в возвращении к использованию моделей на животных. Большинство измерений с использованием MIGET было выполнено во время упражнений на людях. Однако Hopkins et al. ранее было установлено, что мини-вино Юкатан является действующей моделью для исследования несоответствия V / Q с упражнениями [61]. Как и у людей, мини-вино при физических нагрузках развивает воспроизводимое неравенство V / Q. Простой, но полезный вопрос, который следует задать, заключается в том, связано ли неравенство V / Q у мини-вина с увеличением количества воды в легких путем простой оценки веса влажных и сухих легких у животных, которые тренируются или не тренируются.Измерения V / Q также могут быть связаны с толщиной интерстициального слоя и другими морфометрическими измерениями с упражнениями и без них. Поскольку у свиней был описан периваскулярный отек при интенсивных физических нагрузках, можно предположить, что может существовать связь между измерениями MIGET и гистологическими данными [62] у мини-вина.

Исследования иммерсионного отека у людей в последнее время сосредоточены на измерениях гемодинамики, хотя данных об изменениях в других силах Старлинга мало.Гипербарическая гипероксия без погружения в воду или физических упражнений вызывает изменения функции легких, соответствующие образованию отека [63]. Как, например, газовые смеси, которыми дышат водолазы, влияют на фильтрацию жидкости? Мы мало знаем о влиянии упражнений с погружением на коэффициенты отражения и фильтрации и меньше о степени, в которой лимфатические сосуды могут быть перегружены фильтрацией жидкости во время упражнения с погружением. Исследования, проведенные с использованием модели овец, занимающейся физическими упражнениями, показывают важность лимфатических сосудов в поддержании сухости воздушного пространства на суше, хотя мы все еще очень мало знаем о том, как они регулируются на суше и в воде.Мы знаем, что адренергическая стимуляция способна повышать давление в лимфатических сосудах на 30 мм рт.ст., но у нас мало понимания того, как адренергические медиаторы влияют на клиренс жидкости лимфатическими сосудами. Мы также не знаем, как изменения в механике легких и вентиляции с погружением влияют на лимфатическую функцию. Изолированное легкое и интактные крупные животные могут быть использованы для исследования важности коэффициентов фильтрации и отражения и регуляции лимфатических сосудов.

5.Почему важно клинически изучить отек легких, вызванный физической нагрузкой?

Каждый из этих меньших пробелов в наших знаниях способствует увеличению пробелов; у нас нет реальных всеобъемлющих математических моделей обращения с жидкостью во время упражнений или понимания факторов риска развития отека легких, вызванного физической нагрузкой. Например, мы знаем, что пол, небольшой объем легких, низкое базальное производство оксида азота, генетическая предрасположенность (в частности, полиморфизм в гене ангиотензинпревращающего фермента) и снижение гипоксической респираторной реакции предрасполагают людей к отеку легких, вызванному физической нагрузкой, на высоте [35, 64–69], но нам неизвестны факторы риска, связанные с упражнениями на суше или погружением в воду.Математические модели ценны как для понимания того, как поддерживается баланс жидкости в здоровом легком, так и для прогнозирования сдвигов жидкости у пациентов с сердечно-легочной патологией. Некоторые предполагают, что у редких пациентов, у которых развивается отек легких при физических упражнениях на суше, должна быть ранее не выявленная дисфункция левых отделов сердца [38]. Учитывая связь между сердечной недостаточностью и отеком легких, этим пациентам, несомненно, было бы необходимо обследование с помощью эхокардиографии. Насколько тонкой должна быть эта дисфункция, чтобы привести к отеку при физической нагрузке, и почему она не была обнаружена, когда у этих пациентов был отек легких?

Водные упражнения широко рекомендуются пожилым людям и пациентам с сердечной недостаточностью и системной гипертензией из-за их слабого воздействия и способности адаптировать водные упражнения к различным уровням физической подготовки [70–72].Тем не менее, нам ничего не известно о влиянии погружения и физических упражнений на баланс жидкости в легких у этих групп населения. Могут ли водные упражнения низкой интенсивности способствовать образованию отека в этих группах? Чтобы ответить на эти вопросы, необходимы дополнительные исследования.

.

Повреждение клеток и восстановление тканей

Токсическое повреждение клеток может привести к гибели отдельных клеток, а в случае потери достаточного количества клеток результатом может быть отказ тканей или органов, что в конечном итоге приведет к гибели организма. Практически невозможно разделить обсуждение клеточной токсичности и биохимической токсичности. Большинство наблюдаемых клеточных изменений и гибели клеток происходят из-за специфических биохимических изменений внутри клетки или в окружающей ткани. Однако есть несколько ситуаций, когда токсичный химический или физический агент может вызвать повреждение клетки, фактически не затрагивая конкретное химическое вещество в клетке или ее мембране.Физические агенты, такие как тепло и излучение, могут повредить клетку из-за коагуляции ее содержимого (аналогично приготовлению пищи). В этом случае нет никаких специфических химических взаимодействий. Нарушение снабжения питательными веществами (такими как глюкоза и кислород) может лишить клетку необходимых материалов, необходимых для выживания.

Токсическое действие

Большинство токсических эффектов, особенно из-за ксенобиотиков, вызвано специфическими биохимическими взаимодействиями, не вызывающими заметного повреждения клетки или ее органелл.

Примеры этих токсических эффектов:

  • Взаимодействие с химическим веществом, которое передает сообщение через нервный синапс, такое как ингибирование фермента ацетилхолинэстеразы фосфорорганическими пестицидами.
  • Когда одно токсичное химическое вещество ингибирует или заменяет другое важное химическое вещество, такое как замена кислорода в молекуле гемоглобина монооксидом углерода.

Человеческое тело чрезвычайно сложно. Помимо более чем 200 различных типов клеток и примерно такого же количества типов тканей, существуют буквально тысячи различных биохимических веществ, которые могут действовать по отдельности или совместно, чтобы поддерживать правильную работу функций организма.В этом кратком руководстве невозможно проиллюстрировать структуру и функции клеток, а также химическую токсичность всех тканей и органов. В этом разделе представлен только общий обзор токсических эффектов наряду с некоторыми конкретными типами токсичности, включая рак и нейротоксичность.

Емкость для ремонта

Некоторые ткани обладают большой способностью к восстановлению, например, большинство эпителиальных тканей. Другие, например, нервная ткань, обладают ограниченной способностью к регенерации и восстановлению или вообще не имеют ее.Большинство органов обладают функциональной резервной способностью, так что они могут продолжать выполнять свои функции тела, хотя, возможно, с несколько уменьшенными способностями. Например:

  • Половина печени человека может быть повреждена, и организм может регенерировать достаточно новой печени или восстановить поврежденный участок путем замены фиброза, чтобы сохранить большую часть емкости исходной печени.
  • Гипертрофия одной почки, чтобы принять потерю способности, когда другая почка была потеряна или удалена хирургическим путем.

Токсическое повреждение клеток и тканей

Токсическое повреждение клеток и тканей может быть временным и нелетальным, или, в тяжелых ситуациях, повреждение может вызвать гибель клеток или тканей. На следующей диаграмме показаны различные эффекты, которые могут возникнуть при повреждении клеток. Есть четыре основных конечных конечных точки клеточной или биохимической токсичности:

  1. Ткань может быть полностью восстановлена ​​и вернуться в нормальное состояние.
  2. Ткань может быть не полностью восстановлена, но способна поддерживать свою функцию с пониженной способностью.
  3. Смерть организма или полная потеря ткани или органа. В некоторых случаях организм может продолжать жить с помощью лечения, например, замены инсулина или трансплантации органов.
  4. Могут возникнуть новообразования или рак, многие из которых приведут к смерти организма, а некоторые из них можно вылечить с помощью лечения.

Рис. 1. Токсическое повреждение клеток
(Источник изображения: NLM)

Обратимое повреждение клетки

Ответ клеток на токсическое повреждение может быть временным и обратимым после снятия стресса или осуществления компенсаторных клеточных изменений.В некоторых случаях восстанавливается полная способность поврежденных клеток. В других случаях сохраняется степень стойкого повреждения с уменьшением клеточной или тканевой способности. В дополнение к адаптивным клеточным изменениям, обсуждавшимся ранее, два часто встречающихся специфических клеточных изменения связаны с токсическим воздействием, клеточным набуханием и жировым изменением.

Набухание клеток , связанное с гипертрофией, происходит из-за гипоксии клеток, которая повреждает натрий-калиевый мембранный насос.Это, в свою очередь, изменяет баланс внутриклеточного электролита с притоком жидкости в клетку, вызывая ее набухание. Набухание клеток обратимо, если устранить причину.

Жировые изменения более серьезны и возникают при тяжелом клеточном повреждении. В этой ситуации клетка повреждена и не может адекватно метаболизировать жир. В результате маленькие вакуоли жира накапливаются и рассредоточиваются в цитоплазме. Хотя жировые изменения могут происходить в нескольких органах, обычно они наблюдаются в печени.Это потому, что большая часть жира синтезируется и метаболизируется в клетках печени. Жировые изменения можно обратить вспять, но это гораздо более медленный процесс, чем обращение вспять набухания клеток.

Смертельное повреждение (смерть клетки)

Во многих ситуациях повреждение клетки может быть настолько серьезным, что клетка не может выжить. Гибель клеток происходит в основном двумя способами: некрозом и апоптозом.

Некроз - это прогрессирующая недостаточность основных метаболических и структурных компонентов клетки, обычно в цитоплазме.Некроз обычно затрагивает группу смежных клеток или возникает на тканевом уровне. Такое прогрессирующее ухудшение структуры и функции быстро приводит к гибели клеток или «некротическим клеткам». Некроз начинается с снижения выработки клеточных белков, изменения градиента электролита или потери целостности мембраны (особенно увеличения проницаемости мембраны). Цитоплазматические органеллы (например, митохондрии и эндоплазматический ретикулум) набухают, в то время как другие (особенно рибосомы) исчезают. Эта ранняя фаза прогрессирует до накопления жидкости в клетках, заставляя их бледно окрашиваться или показывать вакуоли, которые патологи называют «мутным набуханием» или «отечностью».«В некоторых клетках они больше не могут метаболизировать жирные кислоты, так что липиды накапливаются в цитоплазматических вакуолях, что называется« накоплением жира »или« жировой дегенерацией ». На заключительных стадиях« гибели клетки »ядро становится сморщенным (пикноз) ) или фрагментированный (кариорексис).

Апоптоз или «запрограммированная смерть клетки» - это процесс самоуничтожения ядра клетки. Апоптоз - это индивидуальная гибель или гибель отдельных клеток, при которых умирающие клетки не являются смежными, а разбросаны по ткани.Апоптоз - это нормальный процесс обновления клеток, при котором клетки имеют ограниченный срок жизни и самопроизвольно умирают. Во время эмбрионального развития определенные клетки запрограммированы на смерть и не заменяются, например клетки между каждым развивающимся пальцем. Если запрограммированные клетки не умирают, плод оказывается неполным или пальцы соединяются вместе в виде паутины.

При апоптозе клетки сокращаются из-за уменьшения цитозоля и ядра. Органеллы (кроме ядра) кажутся нормальными при апоптозе.Клетка распадается на фрагменты, называемые «апоптотическими тельцами». Эти апоптотические тельца и органеллы фагоцитируются соседними клетками и локальными макрофагами без инициирования воспалительной реакции, как это видно при некрозе. Клетки подвергаются апоптозу и просто «исчезают». Некоторые токсиканты вызывают апоптоз или, в других случаях, ингибируют нормальный физиологический апоптоз.

После некроза ткань пытается восстановить клетки того же типа, которые умерли.Когда травма минимальна, ткань может эффективно заменить поврежденные или потерянные клетки. В сильно поврежденных тканях или длительных хронических ситуациях способность ткани регенерировать одни и те же типы клеток и структуру ткани может быть превышена, так что происходит другое и несовершенное восстановление.

  • Примером этого является хроническое поражение ткани печени алкоголем, при котором организм больше не может заменять гепатоциты гепатоцитами, а происходит замещение соединительной ткани.Фиброциты с коллагеном заменяют гепатоциты и нормальную структуру печени рубцовой тканью. Фиброзная рубцовая ткань укрепляет повреждение, но не может заменить функцию утраченной ткани печени. При постоянном фиброзном изменении функция печени постоянно ухудшается, так что в конечном итоге печень больше не может поддерживать гомеостаз. Это фиброзное замещение печени известно как цирроз (рис. 2). Нормальный темно-красный блестящий гладкий вид печени был заменен светлой неровной фиброзной рубцовой тканью, которая пронизывает всю печень.

Рис. 2. Здоровая печень (слева) и печень с циррозом (справа)
(Источник изображения: iStock Photos, ©)

До сих пор мы обсуждали в основном изменения отдельных ячеек. Однако ткань и орган состоят из разных типов клеток, которые работают вместе для достижения определенной функции. Как и в случае с футбольной командой, когда один член команды колеблется, другие сплачиваются, чтобы компенсировать это. То же самое и с тканью. Повреждение одного типа клеток вызывает реакции внутри ткани, чтобы компенсировать повреждение.Внутри органов есть два основных типа тканей: паренхиматозные и стромальные. Паренхиматозные ткани содержат функциональные клетки (например, чешуйчатые клетки дермы, гепатоциты печени и альвеолярные клетки легких). Стромальные клетки являются поддерживающими соединительными тканями (например, кровеносными сосудами и эластическими волокнами).

Ремонт ячеек

Ремонт поврежденных клеток может быть выполнен одним из следующих способов:

  1. Регенерация паренхиматозных клеток.
  2. Ремонт и замещение соединительной тканью стромы.

Цель процесса восстановления - заполнить разрыв, образовавшийся в результате повреждения ткани, и восстановить структурную целостность поврежденной ткани. Обычно ткань пытается регенерировать те же самые поврежденные клетки; однако во многих случаях этого невозможно достичь, поэтому замена стромальной соединительной тканью является лучшим средством для достижения структурной целостности.

Способность регенерировать сильно зависит от типа паренхиматозных клеток.Регенерирующие клетки возникают в результате разрастания соседних паренхиматозных клеток, которые служат для замены потерянных клеток. По регенерирующей способности различают три типа клеток:

  1. Лабильные клетки - клетки, которые обычно делятся и заменяют клетки с ограниченной продолжительностью жизни (например, эпителиальные клетки кожи и гемопоэтические стволовые клетки).
  2. Стабильные клетки - клетки, которые обычно имеют длительный срок жизни с обычно низкой скоростью деления; они могут быстро делиться по требованию.
  3. Постоянные клетки - клетки, которые никогда не делятся и не обладают способностью к репликации даже при стрессе или когда некоторые клетки умирают.

В таблице 1 приведены примеры типов ячеек.

Тип ячейки Примеры
Лабильные клетки
  • Плоский эпителий кожи, рта, влагалища и шейки матки
  • Столбчатый эпителий кишечного тракта
  • Переходный эпителий мочевыводящих путей
  • Клетки костного мозга
Стабильные ячейки
  • Гепатоциты печени
  • Альвеолярные клетки легкого
  • Эпителий канальцев почек
Постоянные ячейки
  • Нейроны
  • Скелетная и сердечная мышца

Таблица 1.Примеры трех типов клеток паренхимы

Лабильные клетки обладают большим потенциалом к ​​регенерации путем репликации и повторного заселения одним и тем же типом клеток, пока поддерживающая структура остается неизменной. Стабильные клетки также могут реагировать и регенерировать, но в меньшей степени и в значительной степени зависят от поддерживающей стромальной основы. Когда каркас стромы поврежден, регенерированные паренхимные клетки могут неравномерно рассредоточиться в органе, что приведет к снижению функции органа.Ответом ткани на лабильные и стабильные клетки изначально является гиперплазия, пока функция органа снова не станет нормальной. Когда постоянные клетки умирают, они не заменяются, а соединительная ткань (обычно фиброзная ткань) перемещается, чтобы занять поврежденную область. Это форма метаплазии.

Примеры замены метаплазией:

  • Цирроз печени - клетки печени (гепатоциты) замещаются полосками фиброзной ткани, которая не может выполнять метаболические функции печени.
  • Инфаркт миокарда - клетки сердечной мышцы не регенерируют и замещаются волокнистой соединительной тканью (рубцом). Рубец не может передавать электрические импульсы или участвовать в сокращении сердца.
  • Легочный фиброз - поврежденные или мертвые эпителиальные клетки, выстилающие легочные альвеолы, заменяются фиброзной тканью. Газы не могут диффундировать через фиброзные клетки, и поэтому в легких резко снижается газообмен.

Рис. 3. Активация путей токсичности
(Источник изображения: адаптировано из д-ра Эндрю Майера, адаптировано из Национального исследовательского совета (NRC) 2007a.)

.

История клетки: открытие клетки

Хотя внешне они очень разные, внутри слон, подсолнух и амеба состоят из одних и тех же строительных блоков. От единичных клеток, составляющих самые основные организмы, до триллионов клеток, составляющих сложную структуру человеческого тела, каждое живое существо на Земле состоит из клеток. Эта идея, часть клеточной теории, является одним из центральных элементов биологии.Теория клеток также утверждает, что клетки являются основной функциональной единицей живых организмов и что все клетки происходят из других клеток. Хотя сегодня это знание является основополагающим, ученые не всегда знали о клетках.

Открытие клетки было бы невозможным, если бы не достижения в области микроскопа. Заинтересованный в изучении микроскопического мира ученый Роберт Гук в 1665 году улучшил конструкцию существующего составного микроскопа. В его микроскопе использовались три линзы и светильник, которые освещали и увеличивали образцы.Эти достижения позволили Гуку увидеть нечто удивительное, когда он поместил кусок пробки под микроскоп. Гук подробно рассказал о своих наблюдениях за этим крошечным и ранее невидимым миром в своей книге Micrographia . Для него пробка выглядела так, как если бы она была сделана из крошечных пор, которые он назвал «клетками», потому что они напоминали ему кельи в монастыре.

Наблюдая за клетками пробки, Гук отметил в Micrographia , что «я мог очень четко представить себе, что она вся перфорированная и пористая, очень похожая на соты, но поры в ней не правильные… эти поры или клетки ... действительно были первыми микроскопическими порами, которые я когда-либо видел, и, возможно, когда-либо видел, потому что я не встречал ни одного Писателя или Человека, которые упоминали бы о них до этого ... »

Вскоре после открытия Гука голландский ученый Антони ван Левенгук обнаружил другие скрытые, крохотные организмы - бактерии и простейшие.Неудивительно, что ван Левенгук сделал такое открытие. Он был мастером в изготовлении микроскопов и усовершенствовал конструкцию простого микроскопа (у которого была только одна линза), что позволило ему увеличивать объект примерно в двести - триста раз от его первоначального размера. В эти микроскопы ван Левенгук увидел бактерии и простейшие, но он назвал этих крошечных существ «анималкулами».

Ван Левенгук был очарован. Он был первым, кто наблюдал и описывал сперматозоиды в 1677 году.Он даже взглянул на бляшку между зубами под микроскопом. В письме в Королевское общество он писал: «Тогда я почти всегда с большим удивлением видел, что в упомянутом вопросе было много очень маленьких живых животных, которые очень мило двигались».

В девятнадцатом веке биологи начали более пристально изучать ткани животных и растений, совершенствуя теорию клеток. Ученые легко могли сказать, что растения полностью состоят из клеток благодаря их клеточной стенке.Однако это было не так очевидно для клеток животных, у которых отсутствует клеточная стенка. Многие ученые считали, что животные состоят из «шариков».

Немецкие ученые Теодор Шванн и Маттиас Шлейден изучали клетки животных и растений соответственно. Эти ученые определили ключевые различия между двумя типами клеток и выдвинули идею, что клетки являются фундаментальными единицами как растений, так и животных.

Однако Шванн и Шлейден неправильно поняли, как растут клетки.Шлейден считал, что клетки «засеваются» ядром и растут оттуда. Точно так же Шванн утверждал, что клетки животных «кристаллизуются» из материала между другими клетками. В конце концов правду начали открывать другие ученые. Еще одна часть головоломки клеточной теории была определена Рудольфом Вирховым в 1855 году, который заявил, что все клетки создаются существующими клетками.

На рубеже веков внимание начало смещаться в сторону цитогенетики, целью которой было связать изучение клеток с изучением генетики.В 1880-х годах Уолтер Саттон и Теодор Бовери были ответственны за определение хромосомы как центра наследственности, навсегда связав генетику и цитологию. Более поздние открытия еще больше подтвердили и укрепили роль клетки в наследственности, например, исследования Джеймса Уотсона и Фрэнсиса Крика по структуре ДНК.

Открытие клетки продолжало оказывать влияние на науку сто лет спустя, с открытием стволовых клеток, недифференцированных клеток, которые еще не превратились в более специализированные клетки.Ученые начали получать эмбриональные стволовые клетки от мышей в 1980-х, а в 1998 году Джеймс Томсон выделил человеческие эмбриональные стволовые клетки и разработал клеточные линии. Его работа была затем опубликована в статье в журнале Science . Позже было обнаружено, что взрослые ткани, обычно кожа, могут быть перепрограммированы в стволовые клетки и затем образовывать другие типы клеток. Эти клетки известны как индуцированные плюрипотентные стволовые клетки. Стволовые клетки сейчас используются для лечения многих заболеваний, таких как болезнь Альцгеймера и болезни сердца.

Открытие клетки оказало гораздо большее влияние на науку, чем Гук мог когда-либо мечтать в 1665 году. Помимо того, что мы получили фундаментальное понимание строительных блоков всех живых организмов, открытие клетки привело к прогрессу в медицинские технологии и лечение. Сегодня ученые работают над персонализированной медициной, которая позволит нам выращивать стволовые клетки из наших собственных клеток, а затем использовать их для понимания процессов болезни. Все это и многое другое выросло из одного наблюдения клетки в пробке.

.

Как воспаление вызывает отек?

© vidka / iStock.com

Сразу после травмы травмированный участок становится красным, теплым и болезненным, и он начинает опухать. Процесс отека, также известный как отек, возникает в результате острого воспаления, реакции, вызванной повреждением живых тканей.

В случае травмы целью воспалительной реакции является удаление компонентов поврежденной ткани, чтобы позволить организму начать заживать.Первая стадия этого процесса характеризуется изменением кровотока в зоне поражения. В конечном итоге кровеносные сосуды расширяются и усиливают приток крови к тканям, вызывая покраснение в травмированной области. За этим следует увеличение проницаемости кровеносных сосудов, что позволяет жидкости, белкам и лейкоцитам мигрировать из кровотока к месту повреждения ткани. Прилив жидкости, клеток и других веществ к поврежденному месту вызывает отек. Иногда отек бывает настолько сильным, что ограничивает движения пораженной части тела.

Отек, жар и покраснение в поврежденных участках тканей уменьшаются за счет работы лейкоцитов, особенно фагоцитов. Фагоциты убирают клеточный мусор, образовавшийся в результате травмы. Фагоциты, известные как нейтрофилы, содержат гранулы пищеварительных ферментов, специально предназначенных для этого процесса. Как правило, они в большом количестве проникают в поврежденное место в течение часа после травмы. Один-два дня спустя другие белые клетки, известные как моноциты, входят в область, чтобы завершить процесс удаления мертвых клеток.

Воспалительная реакция, возникающая в результате травмы, обычно длится всего несколько дней. Если воспаление продолжается, его в конечном итоге можно назвать хроническим воспалением со стойким отеком низкого уровня, длительным повреждением тканей и необычно медленным заживлением.

.

Смотрите также