Клеточная адаптация и дегенерация

Клеточная адаптация относится к обратимым изменениям размера, числа, фенотипа или метаболической активности клетки, которые позволяют ей достичь нового стационарного состояния в условиях измененной физиологической или патологической потребности. Когда адаптивные пределы превышены или когда сохраняется сублетальный стресс, клетки могут вместо этого накапливать аномальные вещества или подвергаться дегенеративным изменениям. Основные адаптивные реакции — гипертрофия, гиперплазия, атрофия и метаплазия — вместе с внутриклеточными накоплениями формируют морфологический словарь того, как клетки справляются с хроническим стрессом.

Definition

Клеточная адаптация — это обратимое изменение размера, числа, фенотипа или метаболической активности клеток в ответ на изменения в их окружающей среде, в то время как дегенеративные изменения и внутриклеточные накопления отражают сублетальные нарушения клеточного метаболизма, не приводящие к гибели.

Scope

Эта тема охватывает четыре классические адаптации (гипертрофию, гиперплазию, атрофию, метаплазию), их физиологические и патологические триггеры, а также внутриклеточные накопления (такие как отложения липидов, белков и пигментов), которые свидетельствуют о нарушении клеточного метаболизма. Она рассматривает их как обратимые или потенциально обратимые состояния, которые предшествуют необратимому повреждению и гибели клеток, рассматриваемым в родственных темах, и отличаются от них.

Core questions

• Какие стимулы заставляют клетку увеличиваться (гипертрофия) в отличие от пролиферации (гиперплазия)?
• Почему возникает атрофия и как клетка уменьшает свою массу?
• Когда метаплазия является защитной, а когда она является шагом к неоплазии?
• Что внутриклеточные накопления говорят о нарушенном метаболизме?

Key concepts

• Гипертрофия (увеличение размера клетки)
• Гиперплазия (увеличение числа клеток)
• Атрофия (уменьшение размера и массы клетки)
• Метаплазия (обратимое изменение фенотипа)
• Внутриклеточные накопления
• Физиологическая и патологическая адаптация
• Обратимость адаптивных изменений

Mechanisms

Адаптивные реакции обусловлены изменением сигнализации в ответ на механическую нагрузку, гормональную стимуляцию или стимуляцию факторами роста, снижение рабочей нагрузки или кровоснабжения, а также хроническое раздражение. Гипертрофия является результатом усиленного синтеза структурных компонентов в клетках с ограниченной пролиферативной способностью, таких как клетки сердечной и скелетной мышц; гиперплазия является результатом пролиферации, стимулируемой факторами роста, в тканях, способных к делению. Атрофия включает сдвиг в сторону катаболизма, включая усиленную деградацию белков через убиквитин-протеасомную систему и аутофагию, что уменьшает размер клетки, сохраняя при этом жизнеспособность. Метаплазия — это перепрограммирование стволовых или прогениторных клеток в фенотип, лучше приспособленный к стрессовой среде. Внутриклеточные накопления возникают, когда вещество продуцируется быстрее, чем может быть метаболизировано или экспортировано, или когда метаболический или транспортный дефект нарушает его выведение.

Clinical relevance

Эти адаптации морфологически распознаются в тканях и объясняют распространенные паттерны хронических заболеваний, такие как гипертрофия сердца при перегрузке давлением, атрофия неиспользуемых мышц при иммобилизации и плоскоклеточная метаплазия бронхиального эпителия при хроническом раздражении. Данная статья описывает эти процессы для справки; она не определяет диагностические пороги или прямое лечение.

Evidence & guidelines

Представленные здесь концепции консолидированы в стандартных патологических справочниках, а не в клинических рекомендациях, основываясь на клеточно-патологической концепции, впервые сформулированной Вирховом и уточненной в ходе последующих исследований сигнальных путей роста и белкового обмена.

History

Представление о том, что болезнь коренится в клеточных изменениях, восходит к клеточной патологии Рудольфа Вирхова середины XIX века. Морфологическая классификация адаптивных реакций разрабатывалась на протяжении XX века, в то время как молекулярное понимание атрофии и накопления было расширено работами по путям деградации белков, включая протеасому и аутофагию.

Debates

Является ли метаплазия по своей сути предраковым изменением?

Метаплазия сама по себе обратима и адаптивна, но измененная микросреда и пролиферативная сигнализация, поддерживающие ее, могут предрасполагать к дисплазии и неоплазии, поэтому вопрос о том, следует ли и когда ее рассматривать как предраковое состояние, зависит от контекста.

Key figures

• Rudolf Virchow
• Guido Kroemer
• David Rubinsztein

Seminal works

• virchow-1858
• rubinsztein-2011

Frequently asked questions

В чем разница между гипертрофией и гиперплазией?

Гипертрофия — это увеличение размера отдельных клеток, что приводит к увеличению массы ткани без образования новых клеток, тогда как гиперплазия — это увеличение числа клеток за счет пролиферации; некоторые ткани, например, беременная матка, демонстрируют оба явления.

Обратима ли клеточная адаптация?

Адаптивные изменения, как правило, обратимы, если стимул устранен, что отличает их от необратимого повреждения, приводящего к гибели клеток, хотя длительная адаптация, такая как метаплазия, может нести долгосрочные риски.