Частина І. Загальна біологія
3. Клітина – структурно-функціональна одиниця живих організмів. Будова і життєдіяльність клітин

Цитологія — наука про клітини. Проблеми морфології клітин, їх спеціалізації у процесі розвитку, функції клітинної мембрани, механізмів і регуляції поділу клітин та інші вивчає один із розділів сучасної біології — цитологія.

Історія вивчення клітини. Історія цитології пов’язана з винаходом мікроскопа. Англійський дослідник Р. Гук, вивчаючи за допомогою сконструйованого ним мікроскопа зріз корка, відкрив у 1665 р. клітинну будову рослинних тканин і запропонував термін «клітина», хоча спостерігав не за живими клітинами, а лише за оболонками мертвих клітин.

Сучасник Р. Гука голландець А. Левенгук теж за допомогою мікроскопа власної конструкції відкрив одноклітинні організми, зокрема інфузорії і бактерії, а також еритроцити й сперматозоїди. Ядро в яйцеклітині курей виявив чеський біолог Я. Пуркіньє в 1825 р. Російський учений К. Бер у 1827 р. відкрив яйцеклітину у ссавців і довів, що всі багатоклітинні організми розвиваються із заплідненої яйцеклітини (зиготи). В 1833 р. англійський ботанік Р. Броун довів, що неодмінним компонентом клітини є ядро.

На початку XIX ст. вже було відомо про структуру клітин різних типів, що стало передумовою створення клітинної теорії, яка вплинула на розвиток не тільки цитології, а й біології взагалі. Величезну роботу з опису будови різних біологічних об’єктів виконав І. Мюллер (відкрив у хорді хребетних тварин клітини, що нагадували рослинні). Ботанік М. Шлейден узагальнив спостереження своїх попередників, починаючи від Гука, і зрозумів, що всі рослини складаються з клітин. Його висновки стосувалися тільки рослин. У 1839 р. Т. Шванн, порівнявши клітини рослин і тварин, виявив їх подібність і сформулював клітинну теорію, яка була доповнена даними Р. Вірхова й К. Бера.

З винаходом електронного мікроскопа дані про будову клітини значно розширилися. Було доведено, що клітини мають власну інформаційну систему, через яку зберігається і передається інформація про особливості будови і процеси життєдіяльності як клітини, так і цілісного організму. У невеликих за розмірами клітинах містяться структури, які забезпечують здійснення у пій безлічі узгоджених біохімічних реакцій, іноді протилежного спрямування.

Клітинна теорія та її значення для розвитку біології. Основними положеннями сучасної клітинної теорії є такі: 1) клітина — елементарна структурна й функціональна одиниця живих організмів; 2) клітини різних організмів гомологічні (подібні) за будовою; 3) розмножуються клітини тільки поділом материнської клітини; 4) багатоклітинні організми — це складні ансамблі клітин, поєднаних у цілісні інтегровані системи тканин і органів, які пов’язані між собою міжклітийними, гуморальними, імунними й нервовими формами регуляції.

Створення клітинної теорії стало найважливішою подією в біології. Клітинна теорія сприяла розвитку ембріології, гістології й фізіології, дала підстави для пояснення еволюційного взаємозв’язку організмів, для розуміння суті індивідуального розвитку.

Методи цитологічних досліджень. Основним методом цитологічних досліджень є мікроскопія, адже частинки розміром менш ніж 0,1—0,2 мм неможливо побачити неозброєним оком. Сучасний світловий мікроскоп збільшує майже в 3400 разів, що дає змогу побачити великі клітинні органели (мітохондрії, хлоропласти). Для розгляду дрібніших структур використовують електронні мікроскопи. За їх допомогою можна досягти збільшення в мільйони разів і, отже, вивчати ультраструктуру клітин — найдрібніші деталі їхньої будови. Широко використовують сканувальні електронні мікроскопи. В них потоки електронів відбиваються від поверхні досліджуваного об’єкта, на який напилено метал. Цим методом роблять об’ємні зображення і фотографії мікроскопічних об’єктів.

Хімічними методами будову й функції клітини, внутрішньоклітинних структур і продуктів їх життєдіяльності вивчає розділ цитології — цитохімія. Основним її методичним підходом є проведення селективних хімічних реакцій у цілих клітинах та їхніх мікротомних зрізах та виявлення забарвлених продуктів цих реакцій під мікроскопом. Оцінка результатів може бути якісною (візуальною) і кількісною (за допомогою методів цитофотометрії, авторадіографії тощо). Останнім часом набули розвитку електронно-мікроскопічна цитохімія та імуноцитохімія.

Метод «мічених атомів» (авторадіографія) дає змогу вивчати місця синтезу біополімерів та шляхи їх транспортування.

Для вивчення живих клітин широко застосовують метод культури клітин. При цьому дрібні шматочки тканини або ізольовані клітини переносять у стерильне поживне середовище, де клітини здатні розмножуватися і виявляти інші ознаки життєдіяльності. Змінюючи середовище, можна вивчати його вплив на клітини. На таких модельних системах перевіряють дію лікувальних засобів, стимуляторів, різних фізичних та інших чинників.

Метод центрифугування пов’язаний із фракціонуванням (розділенням) різних компонентів клітин. Перед центрифугуванням клітини руйнують, а потім розділяють суміш органел у центрифузі за високої швидкості обертання. Різні «шари» центрифугату досліджують мікроскопією та іншими методами.

Біологічні мембрани — їх структура, властивості та основні функції. Плазматична мембрана та її функції. Плазматична (біологічна) мембрана — система спеціалізованих структур, яка оточує кожну клітину, визначає її розміри і забезпечує збереження істотних відмінностей між вмістом клітини й зовнішнім середовищем або відокремлює органели (мал. 1.15, 1.16). Але мембрана — це не просто механічна перегородка, а високоспеціалізований «фільтр», який підтримує різницю концентрацій йонів з обох боків, забезпечує вибіркову проникність (бар’єрну), створення мембранного потенціалу, регуляцію обміну між клітиною і середовищем, рецепцію (розпізнавання), ферментативну активність, адгезію (склеювання, прилипання), дифузію, осмос, ендоцитоз, екзоцитоз.

Мал. 1.15. Будова тваринної (а) і рослинної (б) клітин (схема)

Мал. 1.15 (в). Будова клітини бактерії (схема)

Мал. 1.16. Загальний вигляд моделі біологічної мембрани

Плазматична мембрана створена ліпідними (здебільшого фосфоліпідними) та білковими молекулами, які поєднуються між собою нековалентними зв’язками. Основу мембрани становить суцільний подвійний шар молекул ліпідів 5—10 нм завтовшки. Молекули ліпідів розміщені так, що їхні гідрофільні частини повернуті до зовнішньої поверхні мембрани, а гідрофобні — до внутрішньої. Подвійний шар ліпідів є структурою, в якій окремі молекули ліпідів здатні дифундувати в межах свого шару, а також іноді можуть переміщуватися з одного шару в інший. В’язкість і рухливість ліпідних шарів залежить від їх складу й температури. Цей шар утворює відносно непроникний бар’єр для більшості водорозчинних молекул.

Молекули білків вмонтовані в подвійний шар ліпідів. Вони можуть локалізуватися по-різному. Білки, котрі пронизують наскрізь ліпідний бішар, називають інтегральними (з ними пов’язують утворення каналів мембрани), а ті, що містяться на зовнішньому чи внутрішньому шарі бішару (або в його товщі), — периферичними.

Білки в бішарі виконують різні функції: транспортування молекул крізь мембрану (формують канали або пори), ферментів, рецепторів, структурних зв’язків цитоскелета з позаклітинним матриксом. У тваринних клітинах до білків зовнішнього шару (глікопротеїди) та ліпідів (гліколіпіди) приєднуються вуглеводи, утворюючи глікокалікс, з яким пов’язують рецепцію та адгезію клітин. З розпізнаванням пов’язана і діяльність різних регуляторних систем, а також імунна відповідь, в якій глікопротеїни відіграють роль антигенів. У мембранах є білки (антитіла), здатні зв’язувати антигени (мікроорганізми та речовини, що їх клітина сприймає як чужорідні) і цим запобігати проникненню в клітини чужорідних компонентів.

Плазматична мембрана утворює вирости, вгини, зморшки, мікроворсинки, які збільшують зовнішню і внутрішню поверхні клітини, прискорюють обмін речовин та роблять міцнішими зв’язки окремих клітин між собою. Деякі клітини тваринного походження мають також зовнішні структури, що вкривають мембрану й виконують захисну функцію. Прикладом може бути хітин покривних клітин комах.

Транспортування речовин крізь мембрани. Одна з основних властивостей біологічної мембрани, пов’язаних із наявністю у ній каналів, — її вибіркова проникність (напівпроникність): одні речовини проходять крізь неї важко, інші — легко й навіть у бік більшої концентрації. Це забезпечує процеси дифузії й осмосу (пасивне транспортування; мал. 1.17), ендо- та екзоцитозу й за участю переносників (активне транспортування).

Мал. 1.17. Транспортування речовин крізь мембрану

Дифузія — рух молекул та йонів із місця високої концентрації до місця нижчої або взаємне проникнення молекул речовин (газу, рідини, твердого тіла) одна в одну при безпосередньому стиканні чи крізь пористу перегородку. Вона зумовлена тепловим рухом атомів або молекул речовини і триває до рівномірного розподілу речовини в усьому об’ємі, який вона займає. Є важливою в життєдіяльності всіх організмів (наприклад, дифузія кисню з легень у кров і з крові в тканини, всмоктування продуктів травлення з кишок, поглинання елементів мінерального живлення кореневими волосками, продихова транспірація тощо). Різна швидкість дифузії йонів крізь клітинні мембрани — один із фізичних факторів, що впливають на вибіркове накопичення елементів у клітинах організму. Дифузія крізь мембрани за участю специфічних білків-переносників називається полегшеною. Швидкість такої дифузії збільшується до певної міри, а потім стає постійною, що залежить від кількості переносника. Швидкість простої дифузії практично не має обмежень. На неї впливає концентрація речовини, температура тощо.

Осмос — це процес вирівнювання концентрації двох розчинів, розділених напівпроникною мембраною (оболонкою), переміщенням розчинника з менш концентрованого у більш концентрований розчин, один із типів пасивного транспортування.

У багатьох клітинах поглинання (ендоцитоз) речовин відбувається шляхом фагоцитозу й піноцитозу. Явище фагоцитозу (мал. 1.18, 1.19) відкрив І. І. Мечников у 1882 р. Воно полягає в тому, що гнучка зовнішня мембрана клітини утворює невеликі заглибини, в які потрапляє захоплювана тверда частинка. Ця заглибина поступово збільшується, стає глибшою, і частинки, які потрапили в неї, виявляються всередині клітини, оточені мембраною. Явище фагоцитозу властиве амебам і деяким іншим найпростішим, а також багатьом клітинам багатоклітинних тварин, наприклад лейкоцитам. Аналогічно відбувається й поглинання клітинами рідин, які містять необхідні для клітини речовини. Це явище називають піноцитозом.

Мал. 1.18. Схема ендоцитозу та екзоцитозу

Мал. 1.19. Схема утворення фагосоми під час ендоцитозу

Протилежний ендоцитозу процес — екзоцитоз полягав у виведенні з клітин різних речовин: із травних вакуоль — неперетравлених решток, а із секреторних клітин — їхнього рідкого секрету.

Цитоплазматичні мембрани забезпечують також активне транспортування речовин, пов’язане з використанням енергії. До цього типу транспортування належить робота натрій-калієвого насосу, який забезпечує підтримання різних концентрацій йонів натрію і калію на мембрані, створюючи мембранний потенціал клітини. Завдяки дії цього насосу концентрація йонів натрію за межами клітини більша, ніж у клітині, а йонів калію, навпаки, більше в клітині, ніж за її межами.

Активним транспортуванням до клітин переносяться і молекули, для яких мембрани є непроникними. При цьому речовини переміщуються навіть із ділянки меншої концентрації на ділянку більшої (проти градієнта концентрації).

Надмембраині комплекси. Поверхневий апарат клітин. Разом із плазмалемою до складу поверхневого апарату клітин входять надмембранний і підмембранний комплекси, а також джгутики, війки, вирости й інші структури. Поверхневий апарат відіграє найважливішу роль у життєдіяльності клітин, регулюючи їх зв’язки із зовнішнім середовищем. У представників різних царств живої природи поверхневий апарат влаштований по-різному.

Будова і функції глікокаліксу, клітинної стінки рослин, грибів і прокаріотів. Глікокалікс (див. мал. 1.15) — глікопротеїдний комплекс зовнішньої поверхні плазматичної мембрани у тваринних клітинах. Товщина його 3—4 нм. У ньому відбувається позаклітинне (пристінне) травлення, містяться численні рецептори клітини. За його участю, мабуть, відбувається адгезія клітин. До складу глікокаліксу входять різні вуглеводи (близько 1 % сухої маси мембран), зв’язані з білками ліпопротеїдних мембран. Поліцукри утворюють своєрідний чохол поверх плазматичної мембрани. Його виявлено практично в усіх клітинах тварин за різного вираження. Глікокалікс не виконує опорної функції, властивої клітинним стінкам рослин і грибів, оскільки його шар дуже тонкий.

Клітинна стінка рослин — це сукупність елементів, що вкривають цитоплазматичну мембрану клітини у вигляді оболонки, яка складається із нерозчинних у воді волоконець целюлози клітковини (див. мал. 1.5), зібраних у пучечки. Вони можуть містити пектин і лігнін. Пучки волокон заглиблені в матрикс, який також складається переважно з поліцукрів. До клітинної стінки рослин можуть входити й інші речовини (ліпіди, білки, солі Кальцію тощо). Ці вторинні клітинні стінки є продуктом життєдіяльності органел цитоплазми (зокрема апарату Гольджі). Вони слугують міцною опорою для рослинних тканин. Стінки можуть дерев’яніти (проміжки між волоконцями можуть просочуватися лігніном). Клітинна стінка рослин має пори, якими клітини сполучаються між собою. Через них вміст однієї клітини з’єднується із вмістом сусідніх клітин за допомогою цитоплазматичних тяжів (плазмодесми). Сполуки стінки синтезуються самою клітиною.

Основу стінки клітин грибів становлять поліцукри (целюлоза, хітин, глікоген тощо), характерні для тієї чи іншої групи. Крім того, до складу стінки клітин деяких грибів входять пігменти (меланіни), пептиди, фосфати тощо.

До складу поверхневого апарату прокаріотів входить міцна й хімічно стійка клітинна стінка, а часто й захисна слизова капсула (захищає клітину від ушкоджень, висихання, шкідливих речовин та вірусів). Клітинну стінку утворюють складні сполуки з амінокислот і моноцукрів — пептидоглікани, а іноді до її складу входять ліпіди. Клітинна стінка бактерій водночас і міцна (муреїн), й еластична, має антигенні властивості. Обмін речовин із середовищем у клітинній стінці бактерій відбувається крізь пори. Більшість бактерій мають один, кілька або багато джгутиків (лише зовні нагадують джгутики еукаріотів). Вони складаються тільки з однієї молекули білка, що має трубчасту будову, й забезпечують пересування їх у навколишньому середовищі. Джгутики можуть бути у кілька разів довші за довжину клітини, але мають незначний діаметр (10—25 нм), тому непомітні під світловим мікроскопом. За розміщенням джгутиків бактерії поділяють на: монотрихи (один джгутик, холерний вібріон, синьогнійна паличка); амфітрихи (два полярно розміщені джгутики, або два полярних пучки, Spirillum volutans); лофотрихи (пучок джгутиків на одному кінці бактерії, палички синьозеленого молока); перитрихи (джгутики по всій клітині, кишкова паличка, сальмонели черевного тифу, паратифів А і В).

Поверхня прокаріотів має крім джгутиків ниткоподібні або трубчасті утвори з білків або поліцукрів (пілі — війки, фімбрії, філаменти, 100—400 на клітину), які сприяють прикріпленню клітини до субстрату або беруть участь у передаванні спадкової інформації під час статевого процесу — кон’югації. Ці структури не є життєво важливими, бо їх втрата не призводить до загибелі клітини.

Підмембранні комплекси. Як і в усіх еукаріотів, у рослин і грибів під плазмалемою клітин міститься підмембранний комплекс поверхневого апарату, що складається з елементів цитоскелета. До підмембранних комплексів клітин найпростіших належить пелікула, що складається із розміщених в ектоплазмі структур. У різних одноклітинних вона може мати різну структуру й містити різні додаткові опорні структури.

Підмембранний комплекс тваринних клітин не тільки підтримує їхню форму, а й може зумовлювати її зміни. У прокаріотів такого комплексу не виявлено.

Цитоскелет, його функції. Цитоскелет — сукупність опорно-рухових компонентів клітини (мікронитки й мікротрубочки), які підтримують форму клітини та взаємне упорядковане розміщення внутрішньоклітинних структур, забезпечують переміщення клітини, окремих органел та макромолекул. Цитоскелет утворює також підмембранний комплекс поверхневого апарату, що пов’язаний з органелами руху. Утворення псевдоніжок і переміщення ділянок плазмалеми при амебоїдному русі здійснюються мікронитками. Рух джгутиків і війок забезпечується ковзанням одна відносно одної мікротрубочок, що входять до їхнього складу.

Мікротрубочки — тоненькі ниткоподібні немембранні трубчасті структури 15—20 нм завтовшки, що містять скоротливі білки (переважно тубулін). Вони утворюють нитки ахроматинового веретена під час мітозу, входять до складу клітинного центру, а також війок і джгутиків клітини.

Мікрофіламенти (мікронитки) — тонкі білкові нитки діаметром 5—7 нм. Основу цих ниток становить білок актин, що близький до білків м’язів. У всіх досліджених клітинах актину 10—15 % загальної кількості клітинних білків. Іноді мікрофіламенти утворюють сплетення або пучки безпосередньо під плазматичною мембраною, а також на поверхні розділення між рухливою і нерухливою цитоплазмою (у рослинних клітинах, де спостерігається циклоз). В клітині виявляються також нитки міозину, але в значно меншій кількості. Роль мікрофіламентів пов’язана з рухом (або всієї клітини в цілому, або окремих її структур всередині неї). Вони формують кільце під час цитокінезу.

Взаємозв’язок мембран в еукаріотній клітині та їх участь у міжклітинній взаємодії. Система внутрішньоклітинних мембран поділяє вміст клітини на компартменти. Одна із функцій компартментів — забезпечення можливості одночасного здійснення багатьох несумісних біохімічних процесів. Розрізняють такі основні клітинні компартменти: ендоплазматична сітка, комплекс Гольджі, мітохондрїї, пластиди, лізосоми, ядро.

Плазматична мембрана еукаріотних клітин тісно пов’язана, а в певних місцях становить єдине ціле з мембранами ендоплазматичної сітки, які пов’язані з мембранами ядра, комплексу Гольджі, котрий забезпечує зберігання, пакування і транспортування речовин, синтезованих на мембранах ендоплазматичної сітки.

За допомогою комплексу Гольджі відтворюються різні мембранні структури клітини, зокрема лізосоми, формуються нові плазматичні мембрани й клітинні стінки під час поділу рослинних клітин. З мембран ендоплазматичної сітки утворюється ядерна оболонка після поділу клітини. Так, зовнішня ядерна мембрана є продовженням мембрани ендоплазматичної сітки, на її поверхні можуть розміщуватися рибосоми.

Таким чином, єдиуа мембранна система клітини становить комплекс мембранних структур, пов’язаних між собою просторово й функціонально.

Мітохондрії й пластиди вкриті подвійною мембраною і не мають прямих зв’язків з іншими мембранними структурами клітини.

Функції клітинних контактів досить різноманітні. Десмосоми скріплюють клітини. Щільні контакти ізолюють клітини та запобігають просочуванню рідини між сусідніми клітинами. Усі контакти, крім щільного, проникні для водних розчинів і не обмежують дифузію. Комунікаційні контакти беруть участь у прямому переході хімічних речовин із клітини в клітину. До таких контактів належать щілинні, або нексуси (див. мал. 4.3. д, 1). За допомогою щілинних контактів поживні речовини переходять, наприклад, із допоміжних (фолікулярних) клітин яєчника в яйцеклітини. До комунікаційних контактів належать синапси, що зв’язують нервові клітини (їх аксони) з клітинами-ефекторами (нервові, м’язові, секреторні клітини). У рослин утворюються цитоплазматичні тяжі — плазмодесми.

Цитоплазма та її компоненти. Поняття про матрикс цитоплазми, органсли і клітинні включення. Внутрішній вміст клітини (протоплазма) складається із цитоплазми і ядра. Цитоплазма — основна за об’ємом частина клітини. За фізичними властивостями це напіврідка маса колоїдної структури, в якій містяться гіалоплазма, органели і включення. Органели — постійні структури клітини («органи» клітини), що забезпечують компартменталізацію, виконуючи специфічні функції в процесах життєдіяльності клітини. Всі органели клітини поділяють на мембранні й немембранні (рибосоми, цитоскелет, клітинний центр). Мембранні, в свою чергу, поділяють на одно- (вакуолі, лізосоми, ендоплазматична сітка, комплекс Гольджі) та двомембранні (ядро, пластиди, мітохондрії). На відміну від органел, включення клітини не є обов’язковими її компонентами. Продукти клітинного обміну речовин — запасні поживні речовини (жир, глікоген, крохмаль), пігменти тощо.

Цитоплазма клітини постійно перебуває в русі, що забезпечує транспортування речовин і переміщення структур у клітині. У цитоплазмі одноклітинних виділяють екто- й ендоплазму.

Матрикс (у цитології) — основна гомогенна або тонкозерниста речовина клітини (гіалоплазма, цитозоль), що виповнює внутрішньоклітинні простори між структурами та деякі порожнинні структури (пластиди, мітохондрії). Гіалоплазма (цитозоль), цитоплазматичний матрикс — високовпорядкована колоїдна система, внутрішнє середовище клітини, розчинна частина цитоплазми й основна її речовина, якою заповнений простір між органелами клітини — відносно прозора, напіврідка частина цитоплазми, яка містить органели, включення й цитоскелет, у різних частинах клітини має різну в’язкість, яка змінюється залежно від функціонального стану клітини. Хімічний склад цитозолю надзвичайно різноманітний. Води в цитозолі близько 90%. З органічних молекул у ньому найбільше білків, є мономери всіх макромолекул (цукри, амінокислоти, жирні кислоти, нуклеотиди, вітаміни), вода та інші неорганічні сполуки, розчинені гази у вигляді справжніх розчинів. Білки і меншою мірою РНК утворюють колоїдні розчини. Цитозоль забезпечує зв’язок між усіма компонентами клітини. У ньому відбуваються основні процеси в житті клітини (гліколіз, синтез жирних кислот, нуклеотидів, деяких амінокислот). У тваринній клітині цитозоль може займати 60—70 % загального об’єму. Його агрегатний стан може бути рідким — золь і в’язким — гель. Переходи гель—золь і навпаки відбуваються внаслідок збирання і розбирання довгих білкових ланцюгів з окремих молекул.

Рибосоми, органели руху, клітинний центр; особливості їхньої будови та функцій. Рибосома — немембранна органела клітини. На рибосомах послідовність нуклеотидів (триплетів) іРНК транслюється у відповідну послідовність амінокислот. Найбільшу кількість рибосом виявлено в клітинах тканин, які інтенсивно розмножуються. Рибосоми зв’язані переважно з ендоплазматичною сіткою. Є рибосоми в пластидах і мітохондріях (такі, як у прокаріотів).

Кожна рибосома (сферичні тільця діаметром близько 20 нм) будь-яких організмів — від бактерій до ссавців — складається з великої і малої субчастин (субодиниць), побудованих із білка й РНК (рибосомальна, рРНК), маса яких приблизно однакова (мал. 1.20). Кожна субодиниця рибосоми в ядерці утворюється окремо. Велика й мала субодиниці сполучаються в рибосому поза ядром.

Мал. 1.20. Порівняння будови рибосом прокаріотів та еукаріотів

Органели руху. Клітини можуть пересуватися за допомогою спеціальних органел, до яких належать війки й джгутики. Війки клітин завжди численні (у найпростіших кількість їх сягає сотень і тисяч), а довжина становить 10—15 мкм. Джгутиків 1—8, вони мають довжину 20—50 мкм. Будова війок і джгутиків як рослинних, так і тваринних організмів подібна. По всій довжині їх проходять мікротрубочки. Дві з них розміщені в центрі, а навколо них по периферії лежить ще дев’ять мікротрубочок. Вся ця структура вкрита цитоплазматичною мембраною, що є продовженням клітинної мембрани. Рух джгутиків і війок забезпечує не тільки пересування клітин у просторі, а й переміщення різних речовин на поверхні клітин та надходження харчових грудочок у клітину. Біля основи війок і джгутиків є базальні тільця (гомолог центріолі), які також складаються із мікротрубочок. Вважається, що базальні тільця слугують центром формування мікротрубочок джгутиків і війок. Базальні тільця, в свою чергу, нерідко беруть початок від клітинного центра.

Клітинний центр (центросома) — одна з органел клітини більшості еукаріотів. У клітинах голонасінних і покритонасінних рослин клітинного центру немає, але є аналогічна органела. Складається він здебільшого з однієї-двох або кількох центріолей, з’єднаних між собою протоплазматичною ниткою (центродесмою), та центросфери (ділянка ущільненої, позбавленої будь-яких включень, світлої цитоплазми, від якої радіально відходять тонкі фібрили, мікротрубочки). В інтерфазних клітинах клітинний центр міститься біля ядра. Бере участь у формуванні веретена поділу і визначає його орієнтацію та розходження хромосом до полюсів під час мітозу та мейозу. Крім того, він бере участь у розвитку джгутиків і війок.

Ендоплазматична сітка, комплекс Гольджі, лізосоми, вакуолі, особливості їх будови та функцій. Мітохондрії. Ендоплазматична сітка (див. мал. 1.15) — компонент єдиної вакуолярної системи цитоплазми, система плоских мембранних мішків або трубчастих утворів, з яких формується своєрідна мембранна сітка всередині цитоплазми всіх клітин. Є гранулярна й агранулярна ендоплазматичні сітки. Гранулярна представлена замкненими мембранами, які утворюють сплющені мішечки, цистерни або мають вигляд трубочок. З боку гіалоплазми її мембрани вкриті рибосомами. Агранулярна ендоплазматична сітка має подібну будову, але не має рибосом. Ендоплазматична сітка швидко реагує на найменші ушкодження клітини, бере участь у синтезі білка, виконує транспортну роль (по ній пересуваються й розподіляються синтезовані органічні речовини), забезпечує зв’язок між внутрішньоклітинними структурами тощо. Гранулярна ендоплазматична сітка є місцем утворення як самих мембран вакуолярної системи, так і плазматичної мембрани. У посмугованих м’язах агранулярна ендоплазматична сітка (саркоплазматичний ретикулум) оточує кожну міофібрилу й депонує йони Кальцію.

Комплекс Гольджі (див. мал. 1.15) — одна з органел еукаріотної клітини. Міститься біля ядра, являє собою купку сплющених мембранних мішечків (цистерн: від 3 до 50), пов’язаних із системою невеликих міхурців. У рослинних клітинах виявлено ряд окремих купок (диктіосом). У тваринних клітинах частіше трапляється лише одна купка. На одному кінці купки (зовнішньому, опуклому) постійно утворюються нові цистерни злиттям міхурців, які, ймовірно, відбруньковуються від ендоплазматичного агранулярного ретикулуму.

Функція комплексу Гольджі — забезпечення дозрівання, розподілу і транспортування синтезованих у клітині речовин. Синтезований у гранулярній ендоплазматичній сітці білок упаковується в мікропухирець і доставляється до комплексу Гольджі. Мембрани мікропухирця й цистерни комплексу Гольджі зливаються, і білок опиняється в порожнині першої цистерни.

До речовини прикріплюється «мітка», яка вказує, куди цю речовину потрібно транспортувати. Речовина з міткою переходить у другу цистерну комплексу Гольджі, де зазнає чергових змін: тут відбувається приєднання залишків вуглеводів, ліпідів тощо. Після цього молекули певного типу накопичуються в останній, третій, цистерні, де й упаковуються в мікропухирці.

Деякі з мікропухирців, утворених комплексом Гольджі, містять ферменти — це майбутні лізосоми. Кінцевим етапом є секреція неактивного ферменту. У нервових клітинах мікропухирці містять нейромедіатори, у клітинах ендокринних залоз — гормони. Частина утворених мікропухирців транспортується до поверхні клітини і зливається з плазмалемою, — так із клітини виходять необхідні для організму речовини. У рослин мікропухирці, які утворює комплекс Гольджі, містять компоненти клітинної стінки. Мембрана пухирця вбудовується в плазмалему, а його вміст утворює клітинну стінку. Елементи комплексу Гольджі утворюють акросому сперматозоїда.

Лізосоми (див. мал. 1.15) — одномембранні органели клітини з високим вмістом синтезованих в ендоплазматичній сітці гідролітичних ферментів (близько 20), здатні розкладати поживні речовини, які надходять у клітину в процесі ендоцитозу (внутрішньоклітинне травлення). Дрібні (1—3 мкм) округлі тільця беруть участь у некротичних процесах. У клітині містяться звичайно десятки лізосом. Після їх злиття з фагосомами ферменти активуються, і починаються процеси травлення (травна вакуоля, див. мал. 1.19).

У разі перетравлення частин самої клітини (автоліз) їх називають аутофагосомами. Лізосоми можуть брати участь у видаленні цілих клітин і міжклітинної речовини (резорбція хвоста в пуголовка, утворення кістки на місці хряща, розм’якшення тканин у зоні запалення). Клітини-фагоцити крові використовують лізосоми для розщеплення поглинених бактерій, передаючи здобуту інформацію про особливості чужорідних молекул іншим клітинам імунної системи.

Пероксисоми — маленькі сферичні тільця, покриті мембраною. Виявляються майже в усіх клітинах еукаріотів. Містять переважно ферменти для руйнування пероксиду водню. Він утворюється в результаті окиснення деяких органічних речовин, має токсичні для клітини властивості, тому негайно руйнується каталазою. Пероксисоми беруть участь також у процесі окиснення жирних кислот.

Вакуолі — невеликі, переважно кулясті порожнини в цитоплазмі клітини, заповнені клітинним соком із включеннями. У клітинах безхребетних (губки, кишковопорожнинні, війчасті черви, молюски) та в одноклітинних організмах утворюються травні вакуолі. У вищих тварин вони є у спеціалізованих клітинах — фагоцитах. У багатьох одноклітинних організмів є ще пульсівні вакуолі, які, періодично скорочуючись, виводять із клітин продукти розпаду та регулюють осмотичний тиск.

У рослин вакуолі утворюються в процесі росту клітин, виникають із пухирців, які відокремлюються від ендоплазматичної сітки. Дрібні й численні вакуолі, поступово збільшуючись, зливаються, утворюючи одну велику вакуолю, що займає майже всю клітину. Речовини клітинного соку, яким заповнена вакуоля, сприяють живленню рослини (запасаюча функція) і створюють напружений стан (тургор) у клітинах і тканинах. Клітинний сік вакуолей є складним розчином різних водорозчинних сполук. У вакуолях зосереджена більшість клітинної води. Вакуоля відмежована від цитоплазми мембраною — тонопластом.

Мітохондрії (див. мал. 1.15) — двомембранні органели клітин еукаріотів, органели синтезу АТФ. Утворені двома мембранами близько 7 нм завтовшки. Зовнішня мембрана відокремлює мітохондрії від гіалоплазми. Звичайно вона має рівні контури і замкнена. Внутрішня мембрана відмежовує власне внутрішній вміст мітохондрії, її матрикс. Між цими мембранами є міжмембранний простір (щілина), ширина якої 10 -20 нм. Внутрішня мембрана робить численні випинання всередину матриксу — плоскі, іноді галузисті гребені — кристи. В матриксі мітохондрій є молекули ДНК й мітохондріальні рибосоми.

Кількість мітохондрій у клітині різна (від 1 до 100 000 і більше) й залежить від її метаболічної активності. Печінкова клітина має кілька сотень мітохондрій. Площа поверхні усіх мітохондрій печінкової клітини в 4—5 разів більша від поверхні її плазматичної мембрани.

Основна функція мітохондрій пов’язана з окисненням органічних сполук і використанням вивільнюваної енергії для синтезу АТФ (енергетичні станції клітини або органели клітинного дихання). Звичайно мітохондрії скупчуються поблизу тих ділянок цитоплазми, де виникає потреба в АТФ. У клітинах рослин-фототрофів мітохондрій менше, ніж у тварин, оскільки їхні функції (синтез АТФ) частково виконують хлоропласти.

На відміну від багатьох органел, мітохондрії розмножуються поділом, або фрагментацією, материнських мітохондрій. Виявлено, що в матриксі мітохондрій локалізується автономна система мітохондріального білкового синтезу. Вона представлена молекулами ДНК, вільними від гістонів, на яких відбувається синтез молекул РНК (іРНК, тРНК, рРНК). В матриксі мітохондрій спостерігається утворення рибосом (відрізняються від рибосом цитоплазми розмірами). На рибосомах синтезуються мітохондріальні білки, які не кодуються ядром. Проте більшість білків мітохондрій синтезується під контролем ядра і в цитоплазмі.

Пластиди та їх типи, особливості будови і функцій. Характерними компонентами всіх клітин у рослин є пластиди. Це цитоплазматичні структури певної форми, зі специфічною внутрішньою будовою, які є носіями пігментного світлопоглинального комплексу. Пластиди (див. мал. 1.15) є найбільшими після ядра цитоплазматичними органелами спеціального призначення. Вони чітко відмежовані від цитоплазми подвійною або одинарною мембранною оболонкою. Більшість пластид мають добре розвинену і впорядковану систему внутрішніх мембран. Розрізняють три типи пластид: зелені — хлоропласти (мал. 1.21), забарвлені в червоний, оранжевий або жовтий колір — хромопласти та безбарвні — лейкопласти.

Колір хлоропластів зумовлений наявністю в них зеленого пігменту хлорофілу. Саме хлоропласти надають зеленого кольору листкам, молодим пагонам, плодам тощо. Різні відтінки листків, а також забарвлення квіток і плодів забезпечуються хромопластами. У хромопластах містяться інші пігменти — каротиноїди. Лейкопласти (найдрібніші) позбавлені пігментів, у них накопичується крохмаль. Особливо багато лейкопластів у коренях, бульбах та інших запасальних частинах рослин.

Хлоропласти є основними органелами фотосинтетичної діяльності. Вони мають вигляд лінзоподібних, сферичних, зрідка яйцеподібних утворень розміром від 1 до 10 мкм. У клітині їх від 20 до 50. У клітинах водоростей лише один хлоропласт (див. мал. 1.21) значних розмірів, що має вигляд диска (червоні водорості), чаші (хламідомонада), спіральної стрічки (спірогіра) або зірчастої пластинки (пінулярія зелена з діатомових водоростей).

хроматофори водоростей: едогонії (а, зелені), спірогіри (б, зелені), ектокарпусу (в, бурі), родохортона (г, червоні), д — хлоропласт моху, е — схема будови хлоропласта; 1, Кр — крохмальні зерна; 2 — строма; 3 — грана; 4 — зовнішня мембрана; 5 — тилакоїди грани; 6 — рибосоми; 7 — тилакоїди строми (ламели); 8 — нитка ДНК; 9 — внутрішня мембрана, П — піреноїди

Зовні кожний хлоропласт має подвійну плазматичну мембрану (міжмембранний простір займає 20—30 нм) з вибірковою проникністю. Внутрішня її частина, вростаючи в матрикс (строму), утворює систему двомембранних ламел, які групуються в певних місцях і утворюють плоскі замкнені дископодібні пухирці — тилакоїди. Групи дископодібних тилакоїдів, зв’язаних один з одним так, що їхні порожнини виявляються безперервними, утворюють (подібно до купки монет) грани, з’єднані між собою системою міжгранних ламел строми (міжгранними тилакоїдами) в єдину взаємопов’язану систему.

Хлоропласти містять рибосоми, ДНК, ферменти і крім фотосинтезу здійснюють синтез АТФ із АДФ (фосфорилування), синтез та гідроліз ліпідів, асиміляційного крохмалю і білків, що відкладаються в стромі.

Хлоропласти не закріплені на певних місцях і здатні змінювати своє положення. Активний рух їх особливо чітко спостерігається при значному посиленні однобічного освітлення. Усі хлоропласти при цьому наближаються до бічних стінок клітин і повертаються вузьким боком до джерела яскравого світла. Відбувається так званий негативний фототаксис хлоропластів. За слабкого освітлення хлоропласти, навпаки, — орієнтуються більшою площиною до світла.

Завдяки наявності в хлоропластах ДНК вони, як і мітохондрії, відіграють певну роль в успадковуванні ознак (цитоплазматична спадковість).

Можливість взаємопереходу одних типів пластид в інші. Усі пластиди здатні до взаємоперетворення. З перетворенням хлоропластів на хромопласти пов’язана, зокрема, зміна кольору плодів, осіннє пожовтіння листя. Позеленіння бульб картоплі на світлі спричинюється перетворенням лейкопластів на хлоропласти.

Поняття про автономію мітохондрій і хлоропластів у клітині. Хлоропласти й мітохондрії належать до самовідновлюваних, генетично автономних органел. Здатність цих структур розмножуватися поділом або брунькуванням (зрідка) збігається з моментом поділу клітини, причому цей процес відбувається так само впорядковано, як і поділ ядра. Мітохондрії і пластиди є носіями цитоплазматичної спадковості, принципово відмінної від ядерної. Маючи власний спадковий апарат, ці органели утворюються лише внаслідок розмноження тих, що вже існують, а не збираються заново. Проте гени мітохондрій і пластид кодують синтез лише невеликої частини необхідних для них білків. Більшість білків мітохондрій і пластид кодується генами ядерної ДНК і синтезується в цитозолі.

Ядро, особливості його будови і функцій. Ядро — неодмінний компонент еукаріотних клітин. Лише деякі з них втрачають ядро під час свого розвитку (еритроцити більшості ссавців, ситоподібні трубки рослин). Більшість клітин має тільки одне ядро (одноядерні), але є й такі, що мають два (інфузорії) — генеративне (забезпечує зберігання й передавання спадкової інформації) та вегетативне — або багато ядер (багатоядерні) — форамініфери, деякі водорості та гриби, клітини печінки й мозку людини. Кожному типу клітин властиве постійне співвідношення між об’ємом ядра й цитоплазми (ядерно-цитоплазматичне співвідношення), тобто ядро певного розміру може забезпечувати спадковою інформацією відповідний об’єм цитоплазми, завдяки чому відбувається біосинтез білків.

Форма ядра залежить переважно від форми й розмірів клітини. Здебільшого воно має кулясту або еліпсоподібну форму, рідше — неправильну (наприклад, наявність у лейкоцитів відростків, лопатей тощо). Форма ядра може змінюватися з віком клітини й залежить від її функціонального стану. Звичайно ядро займає близько 1/3 клітини. Розміри його можуть варіювати від 1 мкм (в одноклітинних) до 1 мм (у яйцеклітинах риб і земноводних).

Ядро складається з поверхневого апарату та внутрішнього середовища (ядерного матриксу). Поверхневий апарат ядра, утворений двома мембранами — зовнішньою та внутрішньою, просторово й функціонально з’єднаний із мембранами ендоплазматичної сітки. Вся ядерна оболонка пронизана ядерними порами діаметром 80—100 нм, вкрита поросомами. По цих порах відбувається обмін між ядром і цитоплазмою. Між мембранами ядра є простір (щілина), ширина якого 20—60 нм. У районі ядерних пор зовнішня і внутрішня мембрани ядра сполучені між собою. При поділі клітини ядерні мембрани зникають (за винятком деяких водоростей, одноклітинних тварин і грибів) і знову утворюються після завершення поділу.

Ядерний матрикс складається з каріоплазми (ядерний сік, нуклеоплазма, ядерний матрикс), одного-двох ядерець — рибонуклеопротеїдних комплексів і ниток хроматину. Каріоплазма — внутрішній вміст ядра, в якому розміщені всі інші його компоненти: ядерця, хроматин, різноманітні гранули. За властивостями і будовою каріоплазма нагадує цитоплазму. У ній є білкові фібрили 2—3 нм завтовшки, які формують внутрішній скелет ядра, тцо сполучає ядерця, нитки хроматину, ядерні пори тощо.

Ядерце утворюється на тих ділянках хромосом, де відбувається синтез рРНК. Ці ділянки можуть бути на кількох хромосомах і зближуватися. В ядерці є ДНК, синтезована рРНК і субодиниці рибосом, які утворилися внаслідок взаємодії рРНК з білками. Під час мітозу ядерця зникають, а потім формуються знову в телофазі. Утворення їх пов’язане з діяльністю певних ділянок хромосом (ядерцевих організаторів), специфічних для кожного виду.

Ядро є центром керування життєвими процесами клітини — обміном речовин, рухом, розмноженням. В ядрі зосереджена основна маса ДНК, яка є носієм спадкової (генетичної) інформації. При поділі клітини ядро здійснює передавання інформації дочірнім клітинам (мейоз). Тривалість життя клітин без ядра (наприклад, еритроцитів людини) порівняно коротка, вони не здатні до подальшого поділу та відновлення своєї цілісності у разі пошкодження.

Особливості будови і хімічного складу хромосом. Основу хромосом становить дволанцюгова молекула ДНК з ядерними білками — гістонами (мал. 1.22). Нуклеопротеїдний комплекс хромосом називають хроматином. В хроматині є невелика кількість ядерної РНК. Нитку ДНК у складі хромосоми називають хроматидою. До реплікації хромосоми є однохроматидними, після реплікації стають двохроматидними.

Мал. 1.22. Частково гіпотетична схема метафазної хромосоми:

а: 1 — центромера з кінетохором; 2 — гетерохроматин; 3 — еухроматин (первинна спіралізація); 4 — вторинна перетяжка із супутником (5); б — фрагмент з тоншими витками другого порядку (надспіралізація)

Окремі хромосоми в ядрі клітини різняться формою, розмірами й функціональним значенням. Є інтерфазні (в деспіралізованому стані) й мітотичні (у спіралізованому стані) хромосоми. Найкраще видно будову хромосом тоді, коли вони перебувають у метафазі мітозу. Тоді вони є двохроматидними, хроматиди відокремлені одна від одної, їх з’єднує лише центральна перетяжка, або центромера. Хромосоми різняться розмірами, положенням первинної перетяжки (місце прикріплення ниток веретена), довжиною плеч по обидва боки центромери (мал. 1.23). Центромера може міститись на самому кінці хромосоми або близько до нього (телоцентричні й акроцентричні хромосоми) чи приблизно посередині хромосоми (метацентричні хромосоми). В центральній частині центромери розміщені кінетохори (саме до них прикріплюються мікротрубочки веретена). У деяких хромосом є вторинні перетяжки, що функціонують як ядер-цеві організатори. Короткі хромосомні сегменти, які відходять від вторинної перетяжки, називаються супутниками (сателітами). Вони характерні, наприклад, для хромосом 13—15, 21 і 22 людини.

Мал. 1.23. Різні типи метафазних хромосом:

1, 2 — рівноплечі (метацентричні); 3, 4 — малонерівноплечі (субметацентричні); 5 — різконерівноплеча (акроцентрична); 6 — паличкоподібна (телоцентрична); 7 — супутникова. Світлими кільцями позначено центромери

Хроматин («забарвлений матеріал») утворений нуклеосомами. Кожна нуклеосома складається з 8 білкових молекул. З кожною нуклеосомою зв’язана ділянка ДНК, яка спірально обплітає її зовні. У хроматині не вся ДНК пов’язана з нуклеосомами: близько 10—13 % її довжини не контактує з ними. В багатьох хромосомах можна виділити два типи хроматину: еухроматин і гетерохроматин. В інтерфазі еухроматин перебуває в «дифузному» стані, тобто утворює невидимі в світловому мікроскопі фібрили (деспіралізований). Гетерохроматин здебільшого помітний і в інтерфазі, оскільки залишається в «конденсованому» стані. Зазвичай він реплікується пізніше за еухроматин і містить дуже мало кодуючих білки генів, а іноді їх у ньому зовсім немає. Гетерохроматин відповідає за утворення рРНК і, можливо, за підтримання цілісності хромосом.

Після мітозу хромосоми деконденсуються, перетворюючись на переплутані в ядрі тонкі нитки. Чим дифузніший хроматин, тим інтенсивніше в ньому протікають процеси синтезу. Перед поділом хроматин (хроматиди) реплікується і під час поділу клітини відбувається конденсація (спіралізація) хроматину, тому під час мітозу хромосоми добре помітні.

Сукупність хромосом у соматичних клітинах організму, яка характеризується певною кількістю, розмірами, формою хромосом, їх диплоїдним чи гаплоїдним набором, становить каріотип. Постійність каріотипу кожного виду підтримується закономірностями мітозу і мейозу (правило неперервності хромосом). Кількість хромосом не залежить від рівня організації і не завжди вказує на філогенетичну спорідненість у дуже далеких одна від одної форм, може траплятись однакова кількість хромосом, а в близьких видів — різна. У всіх організмів, які належать до одного виду, кількість хромосом у ядрах клітин однакового типу зазвичай постійна (правило постійності числа хромосом).

У більшості видів організмів кількість хромосом парна, у деяких видів протягом онтогенезу спостерігається зміна ядерних фаз (диплоїдної та гаплоїдної) на різних стадіях розвитку. Хромосоми однієї пари є гомологічними, тобто однаковими за розмірами і формою. У них збігається розміщення центромер, порядок розміщення хромомер (щільно спіралізовані ділянки ДНК) і міжхромомерних ниток та інші деталі будови, зокрема розміщення гетерохроматинових ділянок. Негомологічні хромосоми завжди мають певні відмінності. Кожна пара хромосом має свої особливості (правило індивідуальності хромосом).

Нормальний каріотип людини включає 46 хромосом, або 23 пари, з яких 22 пари аутосом і одна пара статевих хромосом (гетерохромосом). Для вивчення каріотипу людини використовують клітини кісткового мозку і культури фібробластів або лейкоцитів периферичної крові.

В ідіограмі хромосом людини (зображення хромосом, розміщених у певному порядку, мал. 1.24), за денверською класифікацією 1960 р., їх розміщують попарно в порядку зменшення розмірів та за розміщенням центромери (виняток роблять для статевих хромосом). Найбільша за розмірами пара розміщена першою, наступна — другою і т. д.

Мал. 1.24. Хромосомний набір людини: аутосоми 1—22 та X- і Y-хромосоми. Подвоєні метафазні хромосоми сполучені одна з одною в центромері

Порівняльний аналіз каріограм широко проводять у систематиці (каріосистематика). Методами каріосистематики можна виявляти ступінь спорідненості між різними групами організмів, оцінювати шляхи еволюції каріотипу та ймовірність його перетворення в тому чи іншому напрямку, виявляти види-двійники, встановлювати походження свійських тварин і культурних рослин. Каріосистематика важлива для селекції, бо вивчення каріотипу схрещуваних видів має передувати дослідам віддаленої гібридизації.

Значення стабільності каріотипу для існування виду. Стабільність каріотипу підтримується механізмами мітозу і мейозу, перед якими завжди відбувається процес реплікації. Якщо під час цього процесу виникають мутації, то це може призвести до появи або втрати певних ознак, що, в свою чергу, впливатиме на виживання особин. Отже, стабільність каріотипу — одна з умов збереження цілісності виду.

Провідна роль ядра у процесах спадковості. Програма, за якою розвиваються живі системи, задана в них саме на клітинному рівні. Хоча певний обсяг генетичної інформації є в пластидах і мітохондріях, характер діяльності клітини й організму в цілому визначається інформацією, закодованою в ядерному спадковому апараті (хромосомах). Це можна проілюструвати на одноклітинній водорості ацетабулярії (мал. 1.25). Якщо цю водорість порізати на частини, то відновиться цілий організм та її частина, у якій виявиться ядро. При пересадці в яйцеклітину жаби ядра тритона (при видаленні ядра з яйцеклітини жаби) з неї розвивається тритон.

Мал. 1.25. Одноклітинна зелена водорість ацетабулярія (ілюстрація ролі ядра в регенерації):

а — цілісний організм; б — перерізана особина ацетабулярії; в — нижня частина відновлює «шапку» (верхня частина, позбавлена ядра, гине); г — два види ацетабулярії (відрізняються будовою «шапки»); д — утворення химер (складання організму з частин різних організмів); е — регенерована «шапка» відповідає виду, до якого належить ядро

Взаємозв’язки між органелами в клітині. Клітина є не простою сукупністю розрізнених частин, а цілісною системою, в якій діяльність окремих її частин підпорядкована загальній програмі, що забезпечує обмін речовин і перетворення енергії, взаємозв’язок з іншими клітинами та зовнішнім середовищем. У багатоклітинному організмі клітини диференціюються і виконують специфічні функції, які забезпечують цілісність усього організму. З приводу забезпечення такої різноманітної діяльності клітин було висунуто багато гіпотез. Зокрема, за гіпотезою Т. Моргана, в усіх клітинах організму однакова кількість генів, але в різних клітинах діють різні їх набори. У нервових клітинах працюють одні гени, у м’язових — інші. Загалом ця гіпотеза підтверджується фактами, хоча трапляються й окремі винятки. Іноді при диференціації клітин частина генів розмножується, а частина — гине.

Велике значення для диференціації клітин мають речовини— регулятори цитоплазми. Відомо, що різні ділянки цитоплазми зиготи мають різні речовини. При дробленні зиготи в різні клітини потрапляють різні частини її цитоплазми. Саме цим і можна пояснювати прояв різних генів у різних групах клітин, що диференціюються при розвитку зародка.

Клітинний цикл. У результаті процесів обміну речовин і енергії клітина постійно змінюється, відбувається її онтогенез, який називають життєвим циклом клітини. Іноді він зумовлює розмноження клітин і передавання інформації в деяких клітинних генераціях. Із розмноженням клітин, або проліферацією, пов’язані ріст і оновлення багатьох структур у багатоклітинному організмі. Як у багатоклітинних, так і в одноклітинних організмах клітини розмножуються поділом. У житті клітини виділяють її діяльний стан (інтерфазу) та процес поділу (мітоз). Ці два процеси і виражають поняттям клітинний цикл, тобто період існування клітини між двома «сусідніми» поділами (мал. 1.26).

Мал. 1.26. Спрощена схема співвідношення між життєвим та мітотичним циклом клітини.

Періоди інтерфази: G₁ — пресинтетичний; S — синтетичний; G₂ — постсинтетичний

Більшість клітин багатоклітинного організму запрограмована на певну кількість поділів, після яких вони гинуть. Така запрограмована загибель клітин називається апоптозом. Ракові клітини, навпаки, позбуваються запрограмованої загибелі й тому діляться нескінченно, утворюючи пухлину.

За однією із сучасних гіпотез, термін життя клітини залежить від довжини певних ділянок хромосом (теломери), які є на кінці кожної хромосоми і з кожним поділом зменшуються. Це своєрідний біологічний годинник життя клітини.

Тривалість клітинного циклу в різних організмів неоднакова: у бактерій за оптимальних умов вона становить 20—30 хв, у клітин еукаріотів — 10—80 год і більше.

Інтерфаза. Це сукупність процесів, які відбуваються в клітині від одного поділу до наступного, саме той час, коли клітини ростуть і синтезують специфічні для них речовини. Наприклад, клітинами печінки синтезуються білки крові, жовч тощо. В інтерфазі розрізняють пресинтетичний (або постмітотичний), синтетичний і постсинтетичний (або премітотичний) періоди.

Пресинтетичний період (G₁) починається безпосередньо після поділу. В цей час нагромаджуються РНК і білок, потрібні для утворення клітинних структур. Це найтриваліший період (від 10 год до кількох діб).

Синтетичний період (S) характеризується синтезом ДНК і реплікацією хромосомних структур, тому до кінця періоду вміст ДНК подвоюється. Синтез РНК і білка продовжується (тривалість 6—10 год).

Постсинтетичний період (G₂). ДНК вже не синтезується, але відбувається накопичення енергії, триває синтез РНК і білків, переважно ядерних (тривалість 3—4 год).

На перелічені три періоди мітотичного циклу (G₁, S, G₂) припадає близько 90 % часу всього клітинного циклу.

Якщо кількість ДНК в гаплоїдному наборі хромосом (л) позначити як С, то перед поділом клітини диплоїдний набір хромосом (2n) містить 2С ДНК. У пресинтетичний період (G₁) кількість ДНК не змінюється, але в синтетичний період (S) кількість ДНК подвоюється. У постсинтетичний період (G₂) клітина переходить, маючи диплоїдний набір хромосом (2n), який містить 4С ДНК. У цей час кожна хромосома реплікована і складається із двох ниток (хроматид).

Для клітин кожного типу тканин характерна певна тривалість періоду G₁. У високоспеціалізованих клітин (наприклад, нервових) цей період триває упродовж усього життя організму. Тривалість життя ембріональних клітин співрозмірна з мітотичним циклом.

Мітоз і його фази. Мітоз — складний процес поділу ядра, який, завершуючись цитокінезом, зумовлює утворення двох дочірніх клітин з однаковим набором хромосом — генетичного матеріалу (мал. 1.27). Процес мітозу умовно поділяють на чотири фази: про-, мета-, ана- й телофаза, кожна з яких без різкої межі змінює одна одну.

Мал. 1.27. Мітоз (напівсхематично):

а — профаза (всередині ядерної оболонки чотири хромосоми з двома хромати-дами кожна і ядерце, в цитоплазмі апарат веретена); б — метафаза (хромосоми більше конденсовані й розміщені в екваторіальній площині); в — пізня анафаза; г — телофаза; д — анафазні структури (плечі хромосом із однієї хроматиди); 1 — зірка, 2 —центріоль, 3 — хромосомні нитки веретена, 4 — довгі нитки веретена; е — центріоль з триплетами мікротрубочок; є — метафаза (детальна будова центромерної ділянки (5), прикріплення мікротрубочок (6) до кінетохора (7)

Профаза. На самому початку профази дві центріолі клітинного центру відходять одна від одної до протилежних полюсів клітини, ядро клітини збільшується в розмірах в 1,5 раза. Спочатку тоненькі й довгі хромосоми, невидимі під світлим мікроскопом в інтерфазному ядрі, вкорочуються і потовщуються, стають добре помітними. Внаслідок цього утворюються паличкоподібні хромосоми, які складаються із двох хроматид. Спочатку вони прилягають одна до одної по всій довжині, але сполучені між собою лише в ділянці первинної перетяжки (див. мал. 1.28). Наприкінці профази розпадається оболонка ядра. Клубок хромосом виявляється в центральній частині клітини. Одночасно з’являється ахроматинова фігура, що складається з тоненьких ниток, спрямованих від полюсів клітини (або від центріолей у клітинах тварин). Ахроматинова фігура, яка має вигляд веретена (її називають веретеном поділу), загостреними кінцями звернена до полюсів клітини. Ахроматинові нитки — це тоненькі трубочки, одні з яких коротші й прикріплюються одним кінцем до кінетохорів на первинних перетяжках хромосом, а іншим — до центріолей (або до «полярної шапочки» у вищих рослин). Інші нитки довгі, зв’язують обидва полюси веретена. За хімічним складом це білки, здатні скорочуватись. Походять вони від мікротрубочок цитоскелета.

Мал. 1.28. Мейоз (схема на прикладі гіпотетичної клітини 2n = 6):

а — перший поділ (мейоз І): 1—4 — профаза (видно кон’югацію і перехрест хромосом); 5 — метафаза; 6 — анафаза; 7 — телофаза; 8 — інтерфаза (число хромосом стало гаплоїдним за подвійного вмісту ДНК — 1n2С); б — другий поділ (мейоз II); 9—10 — анафаза; 11—12 — телофаза. Кожна із 4 утворених клітин має гаплоїдний набір хромосом (1n1С)

Метафаза. У цій фазі хромосоми переміщуються по цитоплазмі й розміщуються у середній (екваторіальній) площині клітини, перпендикулярній до ниток ахроматинового веретена. Розміри хромосом у цей час найменші, добре видно, що вони розділені на дві хроматиди. Саме в цій фазі структура й індивідуальні особливості кожної хромосоми помітні особливо чітко. Число і структуру хромосом зазвичай визначають на цій стадії (метафазна пластинка).

Анафаза. У цій фазі хроматиди однієї хромосоми відокремлюються одна від одної і починають порівняно швидко переміщуватися до протилежних полюсів клітини. Кожна хроматида при цьому стає самостійною дочірньою (точніше, сестринською) хромосомою. Кількість хромосом і їхня структура на кожному полюсі клітини однакові, оскільки дві хроматиди кожної хромосоми виявляються на протилежних полюсах, розпочинається їх деспіралізація.

Телофаза. Процес деспіралізації хромосом зумовлює утворення клубків із довгих ниток, які переплітаються одна з одною, що характерно для ядра в період, коли воно не ділиться. Навколо кожного клубка виникає ядерна оболонка, з’являються ядерця. В цитоплазмі зникають ахроматинові нитки, й клітина ділиться (цитокінез) на дві частини або перешнуруванням в екваторіальній площині (у тварин), або утворенням перегородки із мембран ендоплазматичної сітки (в рослин). Органели клітини при цьому розподіляються між дочірніми клітинами більш-менш рівномірно.

Після закінчення мітозу обидві дочірні клітини переходять до порівняно довгого періоду інтерфази. Тривалість кожної фази мітозу різна. У клітинах ссавців профаза триває 25—30 хв, метафаза 6—15, анафаза 8—14, телофаза 10—40 хв. У рослин і холоднокровних тварин тривалість мітозу змінюється залежно від температури.

Біологічне значення мітозу полягає не тільки у збільшенні кількості клітин, а й у чіткому розподілі хромосом і всього генетичного матеріалу клітини між двома дочірніми клітинами. Порушення нормального перебігу мітозу призводять до значних порушень нормальних функцій клітин і навіть до їх загибелі.

Мейоз і його фази. Мейоз — це особливий тип поділу ядра і клітини під час гаметогенезу, за якого відбувається редукція числа хромосом і утворюються клітини з гаплоїдним набором хромосом. Мейоз (мал. 1.28) відбувається двома послідовними поділами, інтерфаза між якими вкорочена (інтеркінез), а в рослинних клітинах її взагалі може не бути. Кожний із цих поділів має фази, аналогічні фазам мітозу. З усіх фаз поділу першого мейозу найтривалішою і найскладнішою за процесами, які тут відбуваються, є перша профаза. Хроматиди спіралізуються. Гомологічні хромосоми сполучаються у пари — біваленти. Кількість бівалентів відповідає гаплоїдному набору хромосом. На цій стадії кожна із хромосом, які входять у бівалент, складається з двох хроматид, тому кожний бівалент (тетрада) включає в себе чотири хроматиди (2n4С). Кон’юговані хромосоми переплітаються, що може спричинити обмін ділянками хромосом (перехрест, кросинговер, мал. 1.29). Після кон’югації ядерна оболонка руйнується, а хромосоми зміщуються до екватора. Далі настає метафаза мейозу І, коли тетради розміщуються в площині екватора.

В анафазі І починають розходитися до полюсів не хроматиди, а цілі гомологічні хромосоми кожної пари, бо, на відміну від мітозу, центромера не ділиться і хроматиди не роз’єднуються. Цим перший мейотичний поділ принципово відрізняється від мітозу.

Мал. 1.29. Перехрест (кросинговер) між парними (гомологічними) хромосомами під час кон’югації при мейозі

Поділ закінчується телофазою І з утворенням двох гаплоїдних клітин, але з подвоєним вмістом ДНК (1n2С). Услід за інтеркінезом, під час якого не відбувається синтезу ДНК, клітини вступають у другий мейотичний поділ. Він своїми процесами майже повністю повторює мітотичний поділ, але із кожної клітини після поділу II мейозу утворюється по дві гаплоїдні клітини з одинарним вмістом ДНК (1n1С, див. мал. 1.28).

Так у результаті двох послідовних мейотичних поділів з однієї клітини з диплоїдним набором хромосом утворюються чотири клітини з гаплоїдним (половинним) набором хромосом. У більшості організмів ці клітини згодом перетворюються на гамети (статеві клітини).

Біологічне значення мейозу. Значення мейозу полягає в тому, що він забезпечує: 1) утворення гамет; 2) підтримання видової сталості числа хромосом в організмах, що розмножуються статевим шляхом; 3) появу нових комбінацій генів у хромосомах гамет порівняно з батьківськими організмами завдяки кросинговеру.

Порівняльна характеристика клітин прокаріотів та еукаріотів. За наявністю оформленого ядра в клітині всі клітинні організми поділяють на дві групи: прокаріоти та еукаріоти (табл. 1.1).

Таблиця 1.1. Характерні ознаки клітин прокаріотів та еукаріотів

«Глісада»: патогенетично обґрунтована схема ведення пацієнтів з COVID-19 на амбулаторному етапі

Минуло майже 2 роки відтоді, як ми вперше почули слово COVID‑19, однак пандемія все ще продовжує лютувати. На сьогоднішній день є певні очікування ефективності розроблених підходів до етіотропної терапії СOVID‑19. Сьогодні ми набагато краще розуміємо особливості патогенезу хвороби й імунні механізми захисту, що відкриває нові можливості патогенетичного лікування коронавірусної інфекції. Наразі відомо, що захворювання часто має хвилеподібний перебіг: перша хвиля, яка характеризується легкими симптомами, після тимчасового покращення переходить у другу хвилю (так звану легеневу фазу), перебіг якої є значно тяжчим та нерідко закінчується летально. Тому важливо ще на ранньому етапі COVID‑19 призначити відповідне лікування, яке дасть можливість «змінити траекторію» першої хвилі та не допустити її переходу в фатальний «девятий вал» (за аналогією з глісадою – керованою людським інтелектом плановою траєкторією зниження літака для безпечної посадкою). Цього можна досягти як за рахунок стримування реплікації вірусу SARS-CoV‑2 шляхом використання етіотропної терапії, так і своєчасного застосування патогенетичної терапії для пригнічення запалення з метою попередження цитокінового шторму, протекції пневмоцитів, які в першу чергу уражаються вірусом, нівелюванням наслідків оксидантного стресу, максимально знизити можливі порушення коагуляційної системи. Такий підіхід особливо важливий у пацієнтів похилого віку або з хронічними серцево-судинними, ендокринними та пульмонологічними захворюваннями. У цьому огляді наводимо доказову базу ефективності патогенетичної терапії СOVID‑19. Сподіваємося, що представлена терапевтична стратегія дозволить лікарям упевненіше почуватися під час амбулаторного ведення пацієнтів з COVID‑19.

Щоб зрозуміти суть синдромно-патогенетичного підходу до лікування пацієнтів з COVID‑19, слід детальніше розглянути інформацію про ті клінічно значущі зміни, котрі виникають в організмі під впливом вірусу SARS-CoV‑2.

Ураження SARS-CoV‑2 та розвиток імунної відповіді

У результаті зв’язування S-протеїну з рецептором АПФ2 відбувається проникнення вірусу SARS-CoV‑2 до клітини. Слід зазначити, що для подальшого проникнення вірусу до клітини необхідне розщеплення протеїну ACE2, що здійснюється за допомогою трансмембранної серинової протеази‑2 (TMPRSS2).

Масове інфікування клітин-мішеней спричиняє зростання вірусного навантаження SARS-CoV‑2 (кількість вірусних часток у певному об’ємі біологічної рідини зараженого організму – копій/мл), що діє як сигнал активації для імунної системи, зумовлюючи опосередковані противірусні реакції різної вираженості.

! Вважається, чим вищим є вірусне навантаження, тим значуща ймовірність тяжкого клінічного перебігу і прогресування COVID‑19 у зв’язку з надмірним утворенням прозапальних цитокінів (С-реактивний білок (СРБ), інтерлейкін‑6 (ІЛ‑6), інтерлейкін‑1β, інтерферон-γ, фактор некрозу пухлини) та розвитком вираженої запальної реакції (Liu Y. et al., 2020; Yu X. et al., 2020).

Ураження легеневої тканини

У перші дні захворювання пацієнти зазвичай спостерігають симптоми вірусної інфекції верхніх дихальних шляхів (найчастіше це можуть бути підвищення температури та кашель). На ранній фазі розвитку інфекції альвеолярні макрофаги, розпізнавши SARS-CoV‑2, починають виділяти прозапальні інтерлейкіни й хемокіни, котрі стимулюють збільшення кількості ефекторних Т-лімфоцитів у місці ураження вірусом. Високий рівень продукції прозапальних цитокінів (IL‑6, IL‑1β, TNF та ін.) забезпечує міграцію великої кількості моноцитів і нейтрофілів, які посилюють запалення та спричиняють розвиток набряку тканини легень.

Спостерігаються апоптоз легеневих епітеліальних та ендотеліальних клітин, ушкодження клітинних бар’єрів, пошкодження порушення процесів перекисного окислення ліпідів клітинних мембран, посилення судинної проникності, наслідком чого є набряк і гіпоксія (Xu Z, et al. 2020).

Ураження легень є основною причиною як тяжкості перебігу COVID‑19, так і летальності при цій хворобі (Ruan Q. et al., 2020).

На 8-12-й день захворювання зазвичай розпочинається запальна фаза, коли можуть з’являтися симптоми ураження легень, зокрема задишка.

У випадку прогресування COVID‑19 до стадії гіперзапалення з відповідним залученням легеневої тканини, зростає ризик розвитку ГРДС Окрім того, впродовж пізньої фази у пацієнтів розвивається мікротромбоваскуліти як наслідок тромботичних та емболічних ускладнень через стан гіперкоагуляції (рис. 1).

Рис. 1. Клінічні стадії перебігу COVID‑19 та лікувальна тактика

Оксидантний стрес при COVID‑19

Наразі відомо, що респіраторні віруси (в т.ч. SARS-CoV‑2) мають здатність продукувати велику кількість вільних радикалів за рахунок активації ферментів, які генерують активні форми кисню.

! Дихальна система особливо чутлива до ушкодження вільними радикалами, що пов’язано з наявністю високої концентрації О2 у легенях та можливим впливом екзогенних прооксидантів (Cugno M. et al., 2020).

Оксидантний стрес і запалення тісно пов’язані між собою. Вплив гідроксильного радикалу на клітини викликає дозозалежне вивільнення прозапальних цитокінів, і цей процес посилюється за рахунок виснаження ресурсу антиоксидантної системи.

Гіперкоагуляція у пацієнтів з COVID‑19

Кількість тромботичних ускладнень збільшенням збільшується при підвищенні ризику розвитку критичного стану пацієнтів та пов’язані зі значним погіршенням дихання і високою летальністю (Tang N. et al., 2020).

У пацієнтів з COVID‑19 наявність факторів серцево-судинного ризику (високий артеріальний тиск, діабет, куріння, ожиріння), серцево-судинні захворювання в анамнезі виступають загальними обтяжуючими факторами ризику порушень коагуляції (PiazzaG. et al., 2020).

За даними літератури, тромботичні ускладнення розвиваються у 8% пацієнтів з COVID‑19, які не потребують оксигенотерапії та реанімаційних заходів, та у 16% – 69% хворих, госпіталізованих до відділення інтенсивної терапії. Тромботичні ускладнення представлені в основному високою частотою мікротромбоваскулітів, венозної тромбоемболії і невеликою кількістю геморагічних ускладнень (Marietta M. et al., 2020).

Згідно з метааналізом 20 досліджень (1988 пацієнтів з COVID‑19) венозна тромбоемболія розвивалася у 31,3% осіб. Тромбоз глибоких вен зустрічався у 19,8% випадків, а тромбоемболія легеневої артерії – у 18,9%. Факторами ризику тромбоемболії є високий рівень D-димеру, лейкоцитоз, зміни співвідношення нейтрофілів та лімфоцитів у бік перших. Збільшення віку хворого та індексу маси тіла корелювало з вищою поширеністю тромбоемболією легеневої артерії та/аботромбозу глибоких вен (Di Minno A. et al., 2020).

Імунотромбоз при СOVID‑19

Останнім часом пропонується розглядати COVID‑19-асоційовану коагуляцію з позицій імунотромбозу (Nicolai L., et al. 2020; Skendros P., et al. 2020).Так, у відповідь на продукцію прозапальних цитокінів та хемокінів при реплікації SARS-CoV‑2 утворюються нейтрофільні позаклітинні пастки (НПП), які експресують тканинний фактор згортання. НПП у фізіологічних умовах перешкоджають поширенню інфекційного чинника в організмі. Однак при COVID‑19 їх надмірне утворення сприяє генерації тромбіну (Tang N. et al. 2020; Cao W., 2020; Becker R. C. et al. 2020).

Описані зміни виникають вже на ранніх етапах розвитку СOVID‑19, активуючи процеси внутрішньосудинного згортання крові і тромбоутворення в судинах дрібного калібру життєво важливих органів (Zhang L. et al. 2020).

Дисфункція ендотелію при COVID‑19

Механізм гіперкоагуляції у пацієнтів з COVID‑19 у першу чергу пов’язують з вираженою ендотеліальною дисфункцією й індукцією агрегації тромбоцитів (на ендотелії розташовані рецептори АПФ‑2, що роблять йогомішенню для вірусу SARS-CoV‑2).

При ендотеліальному пошкодженні активуються медіатори гострої системної запальної відповіді (Mehta P. et al., 2020; Varga Z. et al., 2020; Magro C. et al., 2020). Ураження ендотеліальних клітин вірусом сприяє масовому вивільненню цитокінів та активаторів плазміногену (тканинного й урокіназного активаторів плазміногену) (Iba T. et al., 2020)

Згідно з публікаціями пошкодження ендотелію, мікросудинне запалення, ендотеліїт відіграють ключову роль у патогенезі гострого респіраторного дистрес-синдрому й органної недостатності у пацієнтів з тяжким перебігом COVID‑19.

Ендотеліальна дисфункція може зумовлювати зростання ризику цереброваскулярних ускладнень у пацієнтів молодшого віку, ішемії міокарда, мікро- та макроциркуляторних тромбоемболічних ускладнень інших органів (Varga Z. et al., 2020).

! Епідеміологічні дані свідчать про те, що пацієнти з COVID‑19, які на момент інфікування SARS-CoV‑2 найімовірніше вже мали ендотеліальну дисфункцію (похилий вік, гіпертонічна хвороба, надлишкова вага, цукровий діабет тощо), частіше госпіталізуються до відділень інтенсивної терапії та мають гірший прогноз (Zhou F. et al., 2020).

Таким чином, ендотеліальна дисфункція з подальшою активацією каскаду згортання крові посідає вагоме місце в патогенезі тромбозу при COVID‑19.

Патогенетична терапія COVID‑19

Сьогодні всі міжнародні медичні спільноти перебувають у пошуках ефективного лікування пацієнтів з COVID‑19. Високі титри вірусу, інтенсивні цитокінові/хемокінові запальні відповіді та оксидантний стрес є причиною високих рівнів захворюваності та смертності. Досвід лікування під час минулих епідемій SARS і MERS свідчить, що патогенетична та симптоматична терапія є ефективними заходами для поліпшення прогнозу перебігу захворювання.

Розглянувши основні зміни, що виникають в організмі при СOVID‑19, можна виділити декілька напрямів ефективної патогенетичної терапії цього захворювання, що було доведено результатами клінічних досліджень.

Передумови використання інгаляційних кортикостероїдів при COVID‑19

Китайський феномен та предиктори використання інгаляційних кортикостероїдів при COVID‑19

Китайські лікарі, котрі першими зустріли епідемію СOVID‑19, виявили певні особливості перебігу захворювання. Лише декілька місяців знадобилося, щоб визначити, що пацієнти з бронхіальною астмою (БА), що приймали інгаляційні кортикостероїди (ІКС), значно рідше госпіталізувались та мали більш легкий перебіг коронавірусної інфекції. Такі неочікувані дані змусили науковців заговорити про «китайський феномен».Втім, якщо згадати вже доведені позитивні ефекти ІКС на перебіг тяжкої легеневої патології, «китайський феномен» був цілком передбачуваним.Про це свідчать результати об’єднаного вторинного аналізу оцінки 5584 пацієнтів, які були госпіталізовані у відділення невідкладної допомоги з принаймні одним фактором ризику розвитку ГРДС (аспірація, пневмонія, сепсис, тяжка травма тощо). Однофакторний аналіз показав, що застосування ІКС перед госпіталізацією асоціювалося з достовірним зниженням ризику розвитку ГРДС у всіх пацієнтів (p=0,05), особливо з прямим ушкодженням легень (p<0,007) (Ortiz-Diaz E. et al., 2011).

Схожий результат отримали при вивченні особливостей перебігу грипу A/H1N1 у 1520 госпіталізованих хворих у Великій Британії. Було показано, що хворі на астму на 49% рідше потребували підтримуючої інтенсивної терапії та мали нижчий ризик смерті порівняно з пацієнтами без астми. Дослідники пов’язують такі розбіжності із застосуванням ІКС. Це вказує на такий можливий ефект ІКС, як пригнічення продукції цитокінів (В. Lipworth. et al., 2020).

ІКС знижують рівні IL‑6, IL‑8 у респіраторному епітелії

Важливою властивістю ІКС є здатність зменшувати вираженість запалення у легеневій тканині. На користь цієї гіпотези вказує супресивний вплив будесоніду на продукцію цитокінів (зокрема, IL‑6 та IL‑8) у культурах клітин носового та трахеального епітелію людини (Yamaya M. et al., 2020).). Це може бути особливо актуальним, оскільки підвищення рівнів IL‑6 пов’язане з гіршими наслідками у пацієнтів з тяжкою асоційованою з COVID‑19 пневмонією та ознаками гіперзапалення (Lipworth B. et al., 2020).

ІКС зменшують представлення мембранних білків АПФ‑2 та ТMPPSS2

Ще одна важлива властивість інгаляційних стероїдів була розглянута науковою спільнотою. Не слід забувати, що ІКС є потужними регуляторами експресії генів. Експресія генів – процес, за якого спадкова інформація у вигляді нуклеотидної послідовності генів використовується для синтезу відповідного функціонального білка.

M. Peters і співавт. (2020) продемонстрували, що застосування ІКС у пацієнтів з бронхіальною астмою супроводжується зниженням експресії генів АПФ‑2 та TMPRSS2 у мокротинні порівняно з контрольною групою осіб, які ІКС не застосовували. Простежувалася чітка кореляція між дозою ІКС і силою експресії генів. Чи транслюється змінена експресія клітинного рецептора зниження вірусного навантаження при терапії ІКС, достименно не відомо.

Один з ефектів кортикостероїдів – зменшення представленості мембранних білків АПФ‑2 та ТMPPSS2, які беруть безпосередню участь у проникненні вірусу SARS-CoV‑2, до клітини. Тому пригнічення експресії зазначених рецепторів через опосередкований вплив кортикостероїдів теоретично може зменшувати можливість одночасного проникнення великої кількості вірусних часток до клітини, а отже, сприяти зменшенню вірусного навантаження.

Попередні дані пригнічення інгаляційними кортикостероїдами реплікації SARS-CoV‑2

Ще однією властивістю є більш специфічний «оздоровчий» ефект ІКС при COVID‑19. Експерименти in vitro показали, що будесонід або беклометазон, циклесонід і мометазон, але не флютиказон пригнічують реплікацію SARS-CoV‑2 так само, як і лопінавір. Інгібуюча дія циклесоніду на реплікацію SARS-CoV‑2 була опосередкована через неструктурний білок 15 (Matsuyama S. et al., 2020).

Доцільність прийому ІКС на амбулаторному етапі лікування COVID‑19

Як уже зазначалося, значне вірусне навантаження супроводжується високою ймовірністю тяжкого клінічного перебігу та прогресування COVID‑19. Саме тому важливою стратегією попередження тяжких форм COVID‑19 є пригнічення розмноження вірусу SARS-CoV‑2 на ранніх етапах інфекційного процесу та можливість протидії гіперзапальній відповіді організму на ранніх етапах.

Тому пригнічення експресії білків, які зв’язуються з рецепторами АПФ‑2 і TMPRSS2 в епітелії дихальних шляхів, можливе блокуванням ІКС реплікації SARS-CoV‑2 в епітелії дихальних шляхів, пряма протизапальна дія ІКС в легенях може сприяти зменшенню вірусного навантаження та зниженню продукції IL‑6, IL‑8, ТNF у пацієнтів з COVID‑19 (рис. 2).

Рис. 2. Ефекти ІКС при коронавірусній інфекції (адаптовано)
Примітки: 1 Peters M. et al. AJRCCM 2020 in press. Published April 29, 2020 as 10.1164/rccm.20202020; 2 Matsuyama S. et al. The inhaled corticosteroid ciclesonide blocks coronavirus RNA replication by targeting viral NSP15; 3 Lipworth В. et al., Ann Allergy Asthma Immunol 125 (2020). * *Циклосонід, мометазон.

Кілька рандомізованих досліджень показали, що застосування системних кортикостероїдів призводить до зниження рівня смертності у осіб, госпіталізованих з COVID‑19 (Horby P., Lim W. S., Emberson J. R. et al., 2021; Sterne J. A., Murthy S. et al., 2020). У дослідженні RECOVERY було виявлено найбільшу ефективність системних кортикостероїдів, що знаходились на штучній вентиляції легень; можна думати, що використання ІКС при COVID‑19 на амбулаторному етапі може бути доцільним, особливо враховуючи розповсюджену практику використання системних кортикостероїдів у пацієнтів з легким перебігом коронавірусної хвороби. Щоб перевірити, чи будуть ІКС ефективними засобами лікування коронавірусної інфекції на ранньому етапі, науковці провели кілька рандомізованих клінічних досліджень.

Дослідження STOIC

STOIC (STerOids in COVID‑19 Study) – це відкрите рандомізоване дослідження, у якому взяли участь 146 дорослих пацієнтів з підтвердженим діагнозом COVID‑19 на етапі розвитку перших симптомів захворювання. До випробування не залучали осіб, які на момент обстеження потребували госпіталізації та продовжували приймати системні кортикостероїди чи ІКС або ж приймали їх протягом останніх 7 днів. Пацієнтів розподілили на дві групи: перша група (n=73) отримувала звичайне лікування, друга група (n=73) отримувала будесонід у сухопорошковому інгаляторі в дозі 800 мкг 2 рази на день. До всіх учасників телефонували щодня для реєстрації рівня сатурації крові киснем (SpO₂), температури й оцінки будь-яких несприятливих подій протягом випробування.

Результати показали, що потреба в невідкладній допомозі зменшилася на 90%. Серед осіб, котрі приймали будесонід, лише 1 пацієнт потребував невідкладної допомоги (проти 10 пацієнтів у групі симптоматичного лікування); клінічне одужання, про яке ­повідомляли пацієнти, було швидшим на 1 день у групі ІКС порівняно зі стандартним лікуванням (медіана – 7 проти 8 днів); середній час відновлення в цих групах становив 8 і 11 днів відповідно (рис. 3).

Рис. 3. Клінічне відновлення за даними опитування, вираженості симптомів і суб’єктивного стану пацієнтів

На 14-й день симптоми спостерігались у 10% (n=7) осіб, що приймали ІКС, порівняно з 30% (n=21) осіб з групи стандартного лікування. Середня частка днів із задокументованою лихоманкою (≥37,5 °C) протягом перших 14 днів становила 2,1% у групі ІКС і 7,7% у групі порівняння. Частка пацієнтів із щонайменше 1 добою лихоманки складала 11 і 23% відповідно (рис. 4).

Рис. 4. Щоденні середні показники вираженості симптомів, визначені за допомогою опитувальника симптомів

Попереднє дослідження інгаляційного будесоніду для лікування COVID‑19 у амбулаторних пацієнтів продемонструвало доцільність його застосування, однак ефективність такого лікування у осіб з високим ризиком ускладнень тривалий час залишалася невідомою. Отримати відповідь на це питання допомогли результати дослідження PRINCIPLE.

Дослідження PRINCIPLE

Дослідження PRINCIPLE – багатоцентрове відкрите рандомізоване контрольоване дослідження за участі 4700 жителів Великої Британії, у яких було діагностовано COVID‑19; дослідження проводилось дистанційно з випробувального центрального центру та передбачало надання хворим первинної медичної допомоги. Вік пацієнтів становив ≥65 або >50 років за наявності супутніх захворювань; усі вони хворіли протягом 14 днів, мали позитивний результат з тестування на SARS-CoV‑2, госпіталізованими не були. Всіх учасників рандомно розподілили на групи спостереження (n=1988), спостереження + інгаляційний будесонід (800 мкг 1 р/добу протягом 14 днів) (n=1073) або та спостереження з використанням інших заходів(n=1639) (рис. 5). Тривалість спостереження склала 28 днів. Первинна кінцева точка – час до одужання, госпіталізації чи смерті, пов’язаної з COVID‑19.

Рис. 5. Дизайн дослідження PRINCIPLE (адаптовано)

Отримані результати показали, що застосування інгаляційного будесоніду на 2,94 дня скорочує час одужання на ранніх стадіях COVID‑19 у пацієнтів віком ≥65 та ≥50 років, котрі мали супутні захворювання, порівняно з групою стандартного лікування (11,8 дня в групі інгаляційного будесоніду та 14,7 дня в групі стандартного лікування); частота госпіталізації та летальних наслідків була на 2% меншою в групі будесоніду, ніж у групі стандартного лікування. У групі первинного аналізу 72 (9%) із 787 учасників групи інгаляційного будесоніду були госпіталізовані або померли через COVID‑19 (71 госпіталізація, з них 5 осіб померли; 1 випадок смерті без госпіталізації) порівняно зі 116 (11%) із 1069 хворих групи звичайного лікування (114 госпіталізованих, з них 9 осіб померли, двоє померли без госпіталізації). Рівень переваги був трохи нижчим попередньо визначеного порогу в первинному аналізі сукупності (0,963 із запланованим 0,975); учасники, котрі застосовували будесонід, почували себе краще та протягом 28 днів частіше повідомляли про стійке одужання (рис. 6).

Рис. 6. Результати дослідження PRINCIPLE щодо застосування інгаляційного будесоніду порівняно зі звичайним лікуванням симптомів і щодо суб’єктивного стану пацієнтів

! Отримані результати як для первинних, так і для вторинних кінцевих точок свідчать, що інгаляційний будесонід є ефективним, безпечним і легкодоступним методом лікування COVID‑19. Прийом інгаляційного будесонідупацієнтами з COVID‑19, які мають вищий ризик ускладнень, достовірно покращує час до одужання, зменшує виразність симптомів і покращує стійке одужання протягом 28 днів із шансом зменшити кількість госпіталізацій або смертей.

Будесонід Ізіхейлер ® 200 мкг /200 доз

Обговорювати питання ефективності ІКС неможливо від без розуміння тих чи інших переваг доставкових пристроїв, адже саме доза вони забезпечують розподіл дози препарату в дихальних шляхах. Високою популярністю користується доставковий пристрій Ізіхейлер ® (рис. 7). На відміну від багатьох інших подібних пристроїв сухопорошковий інгалятор Ізіхейлер ® забезпечує високий відсоток надходження лікарського засобу до нижніх відділів дихальних шляхів навіть за низького інспіраторного потоку. Сьогодні найдоступнішим інгаляційним препаратом будесоніду в Україні є сухопорошковий інгалятор Будесонід Ізіхейлер 200 доз, по 200 мкг/доза. Важливим є те, що пацієнти з БА можуть отримувати Будесонід Ізіхейлер за рецептом згідно з урядовою програмою «Доступні ліки».

Рис. 7. Багатодозовий сухопорошковий інгалятор Ізіхейлер ® у розрізі

Порівняно з аерозольними інгаляторами доставковий пристрій Ізіхейлер ® забезпечує вдвічі вищий відсоток доставки препарату до легень та на 35% збільшує депозицію ІКС у легенях.

Відомо, що при застосуванні сухопорошкового інгалятора не вся доза препарату може потрапляти до дихальних шляхів внаслідок недостатньої сили повітряного інспіраторного потоку у пацієнтів. Тобто існує ризик, що доставлена до дихальних шляхів доза не відповідатиме відміряній дозі самим інгалятором.

Ізіхейлер ® має високий внутрішній опір. Повітря під час вдиху зумовленим проходить через невеликий розмір вентиляційного отвору, що створює турбулентний повітряний потік у дозувальній чаші. Саме цей потік забезпечує дезагрегацію частинок лікарського засобу та викид достатньої дози навіть за низького інспіраторного потоку.

Згідно з даними A. Palander і співавт., Ізіхейлер ® доставляє точнішу дозу препарату, ніж Турбухалер ® і Дискхaлер, навіть за низького інспіраторного потоку, що зрештою може сприяти покращенню контролю БА (рис. 8). Також варто відзначити простоту та легкість застосування інгалятора Ізіхейлер ® . Для виконання інгаляції пацієнту необхідно виконати 3 прості кроки (рис. 9). Більшість пацієнтів навчаються використовувати Ізіхейлер ® менш ніж за 5 хв.

Рис. 8. Доставка дози будесоніду та формотеролу з двох багатодозових інгаляторів сухого порошку, котрі містять будесонід/формотерол, – Ізіхейлер ® і Сімбікорт Турбухалер ® – за різного інспіраторного потоку.

Примітки: доза, що доставляється, виражена у вигляді відсотка від номінальної дози, заявленої на етикетці. У кожному випадку представлена одноразова інгаляція. Ізіхейлер® продемонстрував статистично значиму стабільність дози для всіх трьох інспіраторних потоків порівняно з пристроєм Турбухалер ® (р

Рис. 9. Ізіхейлер ® – легко вчити, вчитися і застосовувати

Важливою особливістю даного пристрою є лічильник доз, завдяки якому пацієнт може бачити кількість доз, що залишається в інгаляторі.

Небуфлюзон

Альтернативою інгаляційному будесоніду у пацієнтів з COVID‑19 є флютиказону пропіонат, який має високу спорідненість (приблизно вдвічі вищу, ніж у будесоніду) та тривалий зв’язок з КС-рецепторами, що забезпечує його потужну місцеву протизапальну дію. Водночас цей препарат характеризується низькою системною активністю, що забезпечує належний профіль безпеки. В Україні флютиказону пропіонат для небулайзерної терапії у дітей віком ≥4 років випускається під назвою Небуфлюзон ® (ТОВ «Юрія-Фарм»).

Використання парентерального ацетилцистеїну при COVID‑19

Знаючи про деякі механізми розвитку COVID‑19, можна припустити, що зниження проявів оксидантного стресу та кількості протизапальних цитокінів IL‑6, IL‑8, TNF у легеневій тканині призведе до зменшення апоптозу клітин респіраторного тракту.

Ацетилцистеїн – потужний антиоксидант

Застосування препаратів з антиоксидантними властивостями у хворих на COVID‑19 є цілком обґрунтованим, оскільки попереджає і зменшує наслідки цитокінового шторму. Один з таких засобів (з добре вивченим антиоксидантним ефектом) – ацетилцистеїн; його потужний антиоксидантний ефект зумовлений непрямою (внаслідок того, що він є попередником найважливішого компонента антиоксидантної системи – глутатіону) і прямою дією (за рахунок наявності вільної сульфгідрильної групи) (рис. 10). Глутатіон вважається основним внутрішньоклітинним антиоксидантом.

Рис. 10. Антиоксидантні властивості ацетилцистеїну
(Yan X. et al., 2017)

Відомо, що глутатіон знижує пошкодження респіраторного епітелію оксидантним стресом при інфекційних захворюваннях, пригнічує вірусні агенти, забезпечує регуляцію клітинного імунітету, регулює синтез та відновлення вітамінів А, С і D, а також бере участь у контролі процесів клітинної проліферації й апоптозу.

У результаті реакції деацетилізації ацетилцистеїн перетворюється в цистеїн, сульфгідрильні (–SH) групи якого зв’язуються з вільними радикалами, зменшуючи тим самим прояви оксидантного стресу та запалення.

Вплив ацетилцистеїну на синтез протизапальних цитокінів в епітеліоцитах легень

Особливо важливим є те, що ацетилцистеїн здатний пригнічувати синтез прозапальних цитокінів (IL‑6 и IL‑8, TNF) в епітеліоцитах легень при вірусних захворюваннях (P. Ghezzi et al., 2016).

Враховуючи вплив на синтез глутатіону та дані про можливість ацетилцистеїну впливати на прозапальні медіатори, у своєму огляді Poe F. L. із співавторами вказують на потенціальну ефективність ацетилцистеїну в лікуванні пацієнтів з COVID‑19 (Poe F. L. et al., 2020).

Позитивний вплив ацетилцистеїну на стан пневмоцитів

Достеменно відомо, що ацетилцистеїн впливає на продукцію сурфактанта. Зокрема, у дослідженні G. C. Mereto та співавт. було продемонстровано, що ацетилцистеїн, який вводився дом’язово в дозі 300 мг 2 р/день, посилював секреторну активність пневмоцитів 2 типу, котрі беруть участь у синтезі сурфактанта.

Ефективність дії ацетилцистеїну на основні ланки патогенезу пневмонії, включаючи вплив на оксидантний стрес та запалення, було підтверджено Q. Zhang і співавт. (2018). У пацієнтів з негоспітальною пневмонією, які додатково до стандартної терапії застосовували ацетилцистеїн у дозі 1200 мг/добу протягом 10 днів, спостерігали достовірне зниження рівнів малонового діальдегіду та фактора некрозу пухлини, а також підвищення загальної антиоксидантної активності.

Ацетилцистеїн для парентерального введення при COVID‑19 також доцільно використовувати для відновлення мукоциліарного кліренсу. Мукостаз зумовлює потенціювання бронхообструктивного синдрому, подовження терміну запального процесу в нижніх дихальних шляхах, колонізацію патогенною флорою з розвитком ускладнень. Ефективність ацетилцистеїну як муколітика, застосовуваного в інгаляціях або ін’єкціях, вивчали у низці досліджень, результати яких продемонстрували, що препарат ефективно розріджує мокротиння, полегшує відкашлювання та сприяє зменшенню виразності кашлю й усуненню симптомів бронхолегеневого процесу (Mokhtari V. et al., 2017).

! Пневмопротекторний ефект ацетилцистеїну також пов’язують з його здатністю запобігати апоптозу. Існуючі докази свідчать про те, що застосування парентерального ацетилцистеїну може бути ефективною стратегією в лікуванні пацієнтів з COVID‑19 внаслідок його пневмопротекторної та антиоксидантної дії.

Досвід застосування ацетилцистеїну для парентерального введення при COVID‑19

Переваги призначення ацетилцистеїну хворим на COVID‑19 вивчали В. В. Гайнітдинова зі співавт. (2021). До дослідження включили дорослих пацієнтів (середній вік – 57 (51; 71) років) з COVID‑19-асоційованою середньотяжкою пневмонією.

Було сформовано 2 групи дослідження: пацієнти 1-ї групи (n=22; контроль) отримували стандартне лікування – гідроксихлорохін 200 мг (800 мг на добу на 1 день); 400 мг на добу – 2-7-й день; азитроміцин 500 мг на добу 5 днів; еноксапарин 0,4 мг на добу підшкірно; дексаметазон 8-12 мг на добу; при рівні С-реактивного білка (СРБ) ≥60 мг/л – тоцилізумаб 400 мг на добу; хворі 2-ї групи (n=24) додатково отримували ацетилцистеїн 1200-1500 мг на добу внутрішньовенно крапельно. Досліджувані групи були зіставні за всіма показниками.

• рівень SpO₂ у кожного пацієнта групи стандартного лікування зріс у середньому на 3,0±1,5% – з 93 до 96%, водночас приріст цього показника в групі ацетилцистеїну становив у середньому 4,6±1,1% – з 92,5 до 97%;
• був отриманий статистично значущий приріст рівня сатурації в групі ацетилцистеїну для парентерального введення, ніж у групі стандартної терапії (рис. 11); об’єм ураження легень за даними КТ до лікування становив 45,5% у пацієнтів групи ацетилцистеїну та 39% у групі стандартного лікування. У результаті лікування даний показник досягнув значень 35% – в 1-й групі (покращення статистично значимо p <0,001) і 35% – у 2-й. Середня інтенсивність зменяшення об’єму ураження легень за даними КТ у хворих досліджуваних груп становила 31,0±8,3 та 17,0±6,2% відповідно (p<0,001) (рис. 12); на 3-й день лікування тільки в групі ацетицистеїну продемонстровано статистично значуще (p=0,002) зниження початкового рівня СРБ в групах дослідження– з 81 до 44 мг/л;
• додавання ацетилцистеїну до стандартної терапії достовірно знижує тривалість госпіталізації (р < 0,001). Так. у групі пацієнтів, які отримали лише стандартну терапію, тривалість госпіталізації в стаціонарі склала 13 (від 11 до 16) ліжко-днів, тоді як у групі пацієнтів, що отримували ацетилцистеїн – 11 (10; 12) ліжко-днів (рис. 13).

Рис. 11. Індекс оксигенації SpO₂/FiO₂ до та після лікування в групах дослідження (інтерквартильний інтервал)
Примітки: SpO₂ – насичення крові киснем; FiO₂ – фракція кисню, що надходить у кров під час вдиху. * Статистично значима різниця із групою стандартного лікування (p≤0,05).

Рис. 12. Відсоток ураження легень
(за даними комп’ютерної томографії) до та після лікування в групах дослідження (інтерквартильний інтервал)

Рис. 13. Криві Каплана-Меєра для тривалості госпиталізації в групах дослідження

Рис. 14. Максимальна концентрація N-ацетилцистеїну через 1 год після його прийому per os та в/в введення в дозах 600 і 1200 мг в мг на 1 мл крові

Результати дослідження свідчать про ефективність включення парентерального ацетилцистеїну до комплексного лікування середньотяжкої COVID‑19-асоційованої пневмонії. Статистично значущо підвищилися: рівень SpO₂, індекс оксигенації, інтенсивність зменшення обсягу ураження легень, інтенсивність зниження рівня СРБ; відзначили скорочення тривалості госпіталізації.

Не дивлячись на те, що дослідження продемонструвало ефективність у пацієнтів із середньотяжким перебігом COVID‑19, на думку авторів, доцільно використовувати ацетилцистеїн для парентерального введення при лікуванні СOVID‑19.

Важливість парентеральної форми ацителцистеїну

Пероральний ацетилцистеїн має низьку біодоступність – 4-10%, що пов’язано з високим ефектом першого проходження препарату через печінку.

Парентеральні форми ацетилцистеїну за рахунок створення вищої концентрації активної речовини в крові краще нівелюють прояви оксидантного стресу. Так, у дослідженні О. О. Дутова зі співавт. (2020), у якому вивчали фармакокінетичні параметри N-ацетилцистеину за одноразового перорального та внутрішньовенного введення, виявилося, що максимальна концентрація в крові (Cmax) через 1 год після введення була більш ніж у 10 разів вищою при внутрішньовенному введенні порівняно з пероральним (застосовували однакові дози препаратів – 600 або 1200 мг) (рис. 14).

Рис. 14. Максимальна концентрація N-ацетилцистеїну через 1 год після його прийому per os та в/в введення в дозах 600 і 1200 мг в мг на 1 мл крові

Саме підтримання високих концентрацій ацетилцистеїну зможе забезпечити потужний антиоксидантний та протизапальний вплив, який обґрунтовує пневмопротекторний ефект ацетилцистеїну.

Інгаляційний ацетилцистеїн при COVID‑19

В огляді 2021 року група вчених із США та Бразилії розглянула використання інгаляційного ацетилцистеїну у пацієнтів з COVID‑19 як можливість суттєвого збільшення рівня глутатіону. Оксидативний стрес та відсутність глутатіону перешкоджає здатності організму детоксикувати клітинне мікросередовище, підтримувати здорову імунну відповідь і корегувати апоптотичні процеси. Оскільки ацетилцистеїн є прямим субстратом для утворення глутатіону, інгаляції ацитилцистеїну можуть протидіяти оксидантному стресу, запаленню й апоптозу респіраторного епітелію при COVID‑19. В оглядовій роботі професорської спілки зазначено: «Інгаляції ацетилцистеїну, як допоміжна терапія, можуть бути корисними для лікування ранніх стадій COVID‑19, необхідні додаткові дослідження (Lana J. F. еt al., 2021).

Враховуючи позитивні результати використання парентерального ацетилцистеїну при СOVID‑19, створення високих доз ацетилцистеїну за рахунок інгаляцій буде сприяти потужному антиоксидантному ефекту та запобігати передчасному апоптозу респіраторного епітелію.

Важливо, що інгаляційний ацетилцистеїн не має прямого впливу на шлунково-кишковий тракт, що значно знижує ризик діареї, нудоти та болю в епігастрії, який зустрічається при прийомі перорального ацетилцистеїну.

Інгаміст

В Україні на сьогодні зареєстровано єдиний препарат ацетилцистеїну у формі для ін’єкційного, інгаляційного та внутрішньом’язового введення застосування – Інгаміст. Інгаляційно препарат використовується без розведення, з 6-ти років, по 1 ампулі (300 мг) 2 р/добу. Дом’язеве введення проводиться без розведень. При внутрішньовенному застосуванні засіб необхідно вводити повільно (краплинно) в 0,9% розчині натрiю хлориду чи 5% розчині глюкози. Дом’язево та внутрішньовенно дорослим пацієнтам застосовують по 1 ампулі (300 мг) 2 р/добу, хоча в міжнародних дослідженнях використовували препарат і у вищих дозах. Ще одним показанням для призначення ацетилцистеїну є відновлення мукоциліарного кліренсу.

На користь ефективності парентерального застосування ацетилцистеїну при COVID‑19 свідчать і вітчизняні рекомендації. Так, згідно з Постановою Кабінету Міністрів України від 28.10.2020 р. № 1033, парентеральний ацетилцистеїн увійшов до переліку лікарських засобів, необхідних для виконання заходів, спрямованих на запобігання виникненню і поширенню, локалізацію та ліквідацію спалахів, епідемій та пандемій гострої респіраторної хвороби COVID‑19 (Кабінет Міністрів України, 2020б).

Препарати L-аргініну

Одним з головних донаторів азоту, необхідних для синтезу NO, є L-аргінін, молекула якого містить 4 атоми азоту. Додаткові антиоксидантні, протибактеріальні й антивірусні здатності NO поряд з його дезінтоксикаційними властивостями (Wu G. et al., 2021) зробили L-аргінін одним з потенційних засобів для корекції змін з боку серцево-судинної системи у осіб з COVID‑19. Ключовою ланкою патофізіології дефіциту NO та розвитку ендотеліальної дисфункції є зниження рівня амінокислоти Lаргініну, концентрація якої в нормі становить 45-150 мкмоль/л (залежно від віку та дієти) (Boger R. H., 2001).

Аргінін є субстратом для еNOS – ферменту, що каталізує синтез NO в ендотеліоцитах.

! L-аргінін активує гуанілатциклазу та підвищує рівень цГМФ в ендотелії судин, що супроводжується зниженням активації та адгезії лейкоцитів і тромбоцитів до ендотелію судин та зменшенням ризику тромбоутворення.

Фізіологічна дія NO варіює від модуляції судинної системи до регуляції імунних процесів (клітинно-опосередкований імунітет, вплив нейтрофілів на патогенні мікроорганізми, неспецифічний імунний захист) і контролю нейрональних функцій. L-аргінін відновлює вміст NO в легеневій тканині, що зменшує спазм непосмугованої мускулатури бронхів і поліпшує вазомоторну функцію ендотелію легеневих артерій (Gokce N., 2004). L-аргінін ефективно сприяє зниженню артеріального тиску в пацієнтів з артеріальною гіпертензією (Gui S., Jia J., Niu X., 2014).

Усі вищезазначені дані щодо властивостей L-аргініну стали підставою для проведення подвійного сліпого рандомізованого плацебо-контрольованого дослідження, в якому госпіталізованим хворим з тяжким перебігом COVID‑19 (n=90) додатково призначали пероральний L-аргінін (1,66 г 2 р/добу) чи плацебо (Fiorentino G. et al., 2021). Як первинну кінцеву точку обрали зниження необхідності в респіраторній підтримці через 10 та 20 діб після лікування; вторинну кінцеву точку склали тривалість перебування в стаціонарі, час до нормалізації кількості лімфоцитів і час отримання негативного результату полімеразної ланцюгової реакції щодо наявності SARS-CoV‑2 у мазках з носоглотки.

Рис. 15. Вплив L-аргініну на тривалість стаціонарного лікування хворих на COVID‑19 (Fiorentino G. et al., 2021)

На вітчизняному фармацевтичному ринку добре відомий препарат L-аргініну – Тівортін Аспартат, який є пероральним розчином, що містить L-аргініну аспартат у концентрації 200 мг/мл. Препарат рекомендовано застосовувати внутрішньо під час їжі по 5 мл 3-8 р/добу. Пацієнтам, котрі перенесли гострі прояви COVID‑19, доцільно призначати курсовий прийом Тівортіну Аспартату – до 2 міс (2-3 р/рік). Слід зазначити, що Тівортіну Аспартат не лише покращує стан ендотелію, а й зменшує прояви системного запалення та оксидантного стресу, що відіграють важливу роль у формуванні постковідного синдрому.

Ефективна патогенетична схема «Глісада»

Отже, лікування хворих на COVID‑19 на амбулаторному етапі є досить складним завданням, що потребує всебічного впливу на основні патогенетичні ланки розвитку та прогресування цього захворювання.

Сьогодні ми маємо докази доцільності застосування:

1. Будесонід Ізіхейлер ® здатний через вплив на рецептори AПФ‑2 інгібувати розмноження вірусу SARS-CoV‑2, зменшувати вірусне навантаження, призводити до зниження рівнів IL‑6 та TNF безпосередньо у легеневій тканині. Згідно з дослідженнями STOIC і PRINCIPLE оптимальною дозою сухопорошкового будесоніду є 800 мкг 2 р/день протягом у середньому 7 днів, хоча згідно практики, так і в самих дослідженнях, період використання може бути збільшений до 14-ти днів;
2. Інгаміст – ацетилцистеїн, який при інгаляційному або ін’єкційному застосуванні створює високі концентрації активної речовини в легенях, що забезпечує потужний антиоксидантний захист. Інгаміст рекомендовано застосовувати інгаляційно в дозі 1 ампула 2 р/день без розведень курсом 10 днів;
3. Тівортін аспартат у вигляді перорального розчину використовують з метою корекції дисфункції ендотелію, пригнічення надмірної адгезії тромбоцитів та імунотромбозу при COVID‑19. Тівортін аспартат рекомендується застосовувати по 1 мірній ложці 2 р/день курсом до 2 місяців.

Список літератури знаходиться в редакції.

Медична газета «Здоров’я України 21 сторіччя» № 21 (514), 2021 р.

СТАТТІ ЗА ТЕМОЮ Терапія та сімейна медицина

Попри значний прогрес протягом останніх десятиліть у вивченні та лікуванні дисліпідемії, атеросклеротичні серцево-судинні захворювання (ССЗ) лишаються однією з основних причин смерті в усьому світі (Tsao et al., 2022). Як основному чиннику ризику метаболічних захворювань і атеросклеротичних ССЗ дисліпідемії притаманний аномальний ліпідний профіль, зокрема високий рівень холестерину ліпопротеїдів низької щільності (ХС ЛПНЩ) (≥160 мг/дл, або ≥4,1 ммоль/л), низький рівень холестерину ліпопротеїдів високої щільності (ХС ЛПВЩ) (

Протягом останніх років практикуючі лікарі спостерігають зростання кількості пацієнтів, які приходять на прийом із провідною скаргою на м’язовий спазм різної локалізації – ​найчастіше мимовільні скорочення виникають у м’язах спини та шиї, шлунково-кишковому (ШКТ) чи сечостатевому тракті, значно утруднюючи не лише вживання їжі, сечовипускання, пересування в просторі, соціальні взаємодії, а й здатність до самообслуговування.

На цукровий діабет (ЦД) 2021 р. страждало близько 537 млн осіб у всьому світі (поширеність – 10,5%), до 2045 р. їхня кількість може зрости до 783 млн (поширеність – 12,2%) (Sun et al., 2021). ЦД можна підозрювати за наявності специфічних симптомів, як-от поліурія, полідипсія, втомлюваність, розмитість зору, втрата ваги, погане загоєння ран і рецидивні інфекції. Проте цей стан може бути безсимптомним, через що ЦД не діагностують у >40% випадків (від 24 до 75%) (Beagley et al., 2014).У серпні поточного року Європейське товариство кардіологів (ESC, 2023) оновило рекомендації з лікування серцево-судинних захворювань (ССЗ) в осіб із ЦД, ґрунтуючись на оцінюванні та узагальненні наявних доказів, щоб запропонувати медичним працівникам найкращий діагностичний або терапевтичний підхід у цій популяції пацієнтів. Пропонуємо до вашої уваги основні положення цього документа, які було опубліковано у виданні European Heart Journal (2023; 44: 4043‑4140). .

У Сполучених Штатах Америки близько 20% дорослого населення страждають від хронічного болю, що створює значний особистий і суспільний тягар, від якого щороку економіка втрачає до 635 млрд доларів (Dahlhamer et al., 2018; Gaskin et al., 2012). Однією з головних причин хронічного болю є остеоартрит (ОА). Як найпоширеніша форма артриту, ОА нині вражає понад 32,5 млн дорослих американців. У всьому світі близько 240 млн осіб живуть із симптоматичним OA, і його поширеність зростає зі старінням населення світу (Deshpande et al., 2016; Vos et al.,2020; Allen et al., 2021; Safiri et al., 2020). .

Ушкодження клітини.

2.1.1. У хворого внаслідок ішемічного ураження клітин міокарда, з активацією процесів ліпопероксидації, мало місце підвищення проникливості клітинних мембран для катіону, який спричинив контрактуру міокарда. Як він називається? с. 143-145

2.1.2. У хворого має місце пошкодження клітин нирок внаслідок активації реакцій пероксидного окислення ліпідів. Який вітамін буде проявляти захисну дію при цьому? с. 143

2.1.3. У хворого з виразкою дванадцятипалої кишки фактори агресії переважають над захистом. Який з перелічених метаболітів відноситься до факторів агресії? с. 142-143

2.1.4. В патогенезі ушкодження клітини важливе значення мають ліпідні механізми, особливо пероксидне окислення ліпідів. Назвіть патогенні фактори, які сприяють активації цього процесу.

2.1.5. Групу експериментальних щурів опромінювали гама-променями, що призводило до ушкодження клітини. Який патогенетичний механізм буде ведучим? с. 142-143

2.1.6. У 10-річного хлопчика внаслідок безсистемного і надмірного прийому ергокальциферолу виник гіпервітаміноз Д. Ушкодження клітин у даному випадку буде спричинене: с. 143

2.1.7. Який гіповітаміноз у найбільшій мірі спричиняє зростання процесів пероксидного окиснення ліпідів в клітинах людей старшого віку: с. 142-143

2.1.8. Відомо, що гіповітаміноз С проявляється важкими метаболічними і органічними розладами на різних рівнях інтеграції організму. На клітинному рівні ці ушкодження будуть пов’язані з:

2.1.9. Внесення культури клітин у гіперкальцієве середовище призводить до їх ушкодження і загибелі. Яка зміна в клітинах буде при цьому патогенетичною? с. 143, 145

2.1.10. Відомо, що активація мембранної фосфоліпази А₂ є причиною ушкодження клітинної мембрани і джерелом утворення біологічно активних речовин (БАР). Це можуть бути: с. 143

2.1.11. Внесення культури гладком’язевих клітин у гіперкальцієве середовище викличе їх загибель. Це пов’язано з: с. 143

2.1.12. При надлишку в клітині вільних жирових кислот відбувається детергентне ураження біомембран клітини. Які функції клітини будуть страждати найбільше? с. 147-148

2.1.13. Яка функція клітини залишиться неушкодженою при гіперкальціємії? с. 145-146

2.1.14. Внутрішньоклітинний набряк буде в найбільшій мірі спричинений включенням: с. 146

2.1.15. Гіперкальціємія всередині клітини викличе активацію катепсинів. Це в свою чергу спричинить пошкодження: с. 147

2.1.16. Групу щурів самок піддали хронічному опроміненню гама-променями. Згодом серед нечисленного потомства цих тварин були зафіксовані множинні вади розвитку. Який механізм ушкодження клітин у самок був у даному випадку ведучим? с. 147

2.1.17. Причиною виникнення СНІДу є вірус імунодефіциту людини. Який механізм ушкодження клітини при цьому буде ведучим? с. 147

2.1.18. Який механізм ушкодження клітини є ведучим при дії іонізуючого випромінювання?

2.1.19. У людей, що проживають у зоні хімічного забруднення різко збільшується частота захворюваності на ракові пухлини. Назвіть ведучий механізм ушкодження клітини при цих хворобах. с. 147, 241-242

2.1.20. До розвитку внутрішньоклітинного набряку при запаленні найчастіше веде включення якого механізму? с. 146

2.1.21. Однією з причин активації ПОЛ є авітаміноз. Який? с. 142-143

2.1.22. Якщо культуру клітин помістити у гіперкальцієве середовище це спричинить внутрішньо-клітинну гіперкальціємію. Який найбільш ймовірний наслідок цього? с. 145

2.1.23. Зменшення надходження крові до органів та тканин (ішемія) спричиняє їх кисневе голоду-вання та загибель. Який механізм ушкодження клітин буде ведучим? с. 147

2.1.24. У 5-річної дитини виник гіпервітаміноз Д внаслідок надмірного прийому ергокальцифе-ролу. Який механізм ушкодження клітин буде в цьому разі ведучим? с. 143-144

2.1.25. Цинга виникає внаслідок авітамінозу С і супроводжується важкими метаболічними та органічними розладами. На клітинному рівні ці ушкодження зумовлені: с. 143

2.1.26. Одним із можливих шляхів підвищення вмісту вільних жирних кислот в клітині є збільшення їх концентрації в крові. Це може спостерігатись при: с. 143

2.1.27. В крові хворої дитини виявлено низький вміст альбумінів і фібриногену. Відомо, що ці речовини синтезуються гепатоцитами. Зниження активності яких клітинних органел найбільш вірогідно обумовлює це явище? с. 148

2.1.28.Яким чином моделюють насильницький варіант ушкодження клітини? с. 141 – 142

2.1.29. Яким чином моделюють насильницький варіант ушкодження клітини? с. 141 – 142

2.1.30. Яким чином моделюють цитопатичне ушкодження клітини? с. 141 – 142

2.1.31. Яким чином моделюють цитопатичне ушкодження клітини? с. 141 – 142

2.1.32. При розвитку тканинної гіпоксії зменшується активність ферментів бета-окислення, що в свою чергу, зменшує використання вільних жирних кислот для енергетичних потреб клітини. Це може викликати: с. 144

2.1.33. В культуральне середовище в експерименті in vitro ввели строфантин, який є інгібітором Na-K-АТФ-ази. Результатом такого втручання може бути: с. 146

2.1.34. Внутрішньоклітинна гіперкальціємія лежить в основі цілого ряду механізмів ушкодження клітини. Виберіть наслідок, що не є характерним для гіперкальціємії. с. 145 – 146

2.1.35. Розвиток запалення супроводжується ушкодженням, а згодом, і загибеллю клітин внаслідок вторинної альтерації. Ведучим механізмом руйнації клітин може бути: с. 146 – 147

2.1.36. Основним ферментом антиоксидантного захисту клітин, що безпосередньо інактивує токсичні супероксидні радикали є: с.143

2.1.37. В культуральне середовище для фібробластів ввели колхіцин, який руйнує мікротрубочки та мікрофіламенти. Який результат цього експерименту можна очікувати? с. 148

2.1.38. В експерименті на щурах введення 50% розчину тетрахлориду вуглецю викликає інтоксикацію та загибель гепатоцитів. Ведучим механізмом ушкодження клітин в даному випадку буде: с. 142 – 143

2.1.39. В експерименті in vitro клітини обробили речовиною, що порушила конформацію білків, інтегрованих в цитоплазматичну мембрану. Яка функція клітини при цьому постраждає найбільше? с.147 -148

2.1.40. Під електронним мікроскопом у клітинах виявлено деструкцію мітохондрій: зникнення крист, просвітлення матриксу, набухання. Які процеси в клітинах будуть порушені в першу чергу? с.148

2.1.41. У хворого на гепатоцеребральну дегенерацію (хвороба Вільсона-Коновалова) під час обстеження виявлено дефект синтезу білка – церулоплазміну. З порушеним функціонуванням яких органел пов’язаний цей дефект? с.148

2.1.42. Під час постсинтетичного періоду мітотичного циклу було порушено синтез білків -тубулінів, які беруть участь в утворенні мікротрубочок, з яких будується веретено поділу. Це може викликати: с.148

2.1.43. Під час електронно-мікроскопічного дослідження слинної залози, виявлені фрагменти клітини, які оточені мембраною, містять конденсовані часточки ядерної речовини та окремі органели. Запальна реакція, безпосередньо навколо цих клітин, відсутня. Про який процес іде мова? с.

2.1.44. У 50-річної жінки на місці видаленого зуба регенерувала нова тканина. Які з наведених кліткових органел найбільш активні при відновлені тканини? с.148

2.1.45. В результаті інтоксикації в епітеліальній клітині слизової оболонки порожнини рота не синтезуються ферменти, що забезпечують процеси реплікації ДНК. Який механізм буде провідним у цьому випадку припинення біосинтезу білку? с.147

2.1.46. Тривалий вплив на організм токсичних речовин призвів до значного зниження синтезу білків у гепатоцитах. Які органели постраждали від інтоксикації найбільше? с. 147-148

2.1.47. Пародонтит супроводжується активацією протеолізу в тканинах пародонту. Який механізм ушкодження клітин буде провідним у цьому випадку? с. 147

2.1.48. Хвора на рак нижньої щелепи пройшла курс променевої терапії. Розмір пухлини зменшився. Який з наведених механізмів ушкодження клітин найбільш обумовлює ефективність променевої терапії? с. 142-143

2.1.49. Мукополісахаридоз належить до хвороб накопичення. Через відсутність ферментів порушується розщеплення полісахаридів. У хворих спостерігається підвищення виділення їх з сечею і накопичення в одному з органоїдів клітин. В яких органоїдах накопичуються муко- полісахариди? с.148, 283.

2.1.50. При мікроскопічному дослідженні тканини печінки було виявлено, що деякі клітини розпалися на невеликі фрагменти з окремими органелами та залишками ядра, оточені мембраною. Запальна реакція відсутня. Для якого процесу характерні ці зміни?

2.1.51. Лабораторних тварин надмірно опромінили рентгенівськими променями. В результаті, в клітинах тварин, в цитоплазмі утворились білкові фрагменти. Які органоїди клітини повинні взяти участь в їх утилізації? с. 147.

2.1.52. Культуру клітин обробили речовиною, яка блокує процес фосфорилювання нуклеотидів у мітохондріях. Який процес життєдіяльності клітини буде порушений у першу чергу?

2.1.53. При ревматизмі у хворої людини спостерігається руйнування та порушення функцій клітин хрящів. Яка з клітинних органел бере найбільш активну участь у цьому патологічному процесі?

2.1.54. При патологічних процесах, які супроводжуються гіпоксією, відбувається неповне відновлення молекули кисню в дихальному ланцюзі і нагромадження пероксиду водню. Вкажіть фермент, які володіє антиоксидантними властивостями. с. 142 – 143

2.1.55. Яким чином моделюють насильницький варіант ушкодження клітини? с. 141 – 142