АкушерствоАнатомияАнестезиологияВакцинопрофилактикаВалеологияВетеринарияГигиенаЗаболеванияИммунологияКардиологияНеврологияНефрологияОнкологияОториноларингологияОфтальмологияПаразитологияПедиатрияПервая помощьПсихиатрияПульмонологияРеанимацияРевматологияСтоматологияТерапияТоксикологияТравматологияУрологияФармакологияФармацевтикаФизиотерапияФтизиатрияХирургияЭндокринологияЭпидемиология
|
Глава 3 МЕСТНЫЕ И ОБЩИЕ РЕАКЦИИ ОРГАНИЗМА НА ПОВРЕЖДЕНИЕ
3.1. ОБЩАЯ ПАТОЛОГИЯ КЛЕТКИ
Всякая болезнь связана с нарушением нормальной работы тех или иных клеток организма. Даже если это нарушение имеет временный и обратимый характер, оно ухудшает состояние организма в целом. Под действием неблагоприятных факторов окружающей среды нарушение функционирования клеток может приобретать стойкий характер, т.е. связано с их повреждением.
3.1.1. Нарушение функционирования и повреждение клеток при патологии
Нарушение функционирования клетки, вызванное действием неблагоприятных факторов, например недостатком кислорода или действием токсических соединений, может поначалу и не привести к повреждению клетки: как только восстановятся нормальные окружающие условия, клетка вновь вернется в состояние, близкое к исходному. Повреждением называется нарушение функционирования клетки, которое сохраняется после удаления повреждающего агента. Серьезное повреждение клетки может привести к развитию процессов, вызывающих ее гибель. Часто это связано со специальным механизмом апоптоза (запрограммированной смерти клетки), о котором будет сказано позже. Незап-рограммированную смерть клетки называют некрозом.
Непосредственной причиной нарушения функционирования клетки служат изменения в ее окружении, а повреждение клетки вызвано действием на нее повреждающих агентов - химических или физических факторов. Резкие изменения ионного состава окружающей среды (изменение рН, увеличение концентрации ионов калия, изменение общей концентрации электролитов и, следовательно, осмотического давления), появление токсических веществ (бактериальные токсины, другие токсические химические соединения), действие ионизирующей, уль-
трафиолетовой радиации или очень сильного видимого света, действие высоких доз электромагнитных волн других диапазонов - все это примеры повреждающих агентов (табл. 7).
Первое событие, которое в конце концов приводит к повреждению клетки, - это взаимодействие повреждающего агента с мишенями-молекулами или клеточными структурами. Так, мишенями для ультрафиолетовых лучей могут быть ароматические группы белков, ферментов и рецепторов или нуклеотиды в молекулах ДНК и РНК. Мишенью для окиси углерода служат различные гемсодержащие ферменты. Мишенью при действии гипоксии оказываются митохондрии, которые перестают запасать энергию в форме аденозинтрифосфата (АТФ), и т.д.
Взаимодействие повреждающего фактора с мишенью может приводить к повреждению самой мишени, что наблюдается, например, при действии ультрафиолетовых лучей на клетки. В других случаях мишень не повреждается действующим агентом, но временно перестает функционировать. Именно это и приводит в конечном счете к повреждению клетки в целом. Например, при действии цианистого калия выключается функция цитохромоксидазы, которая в данном случае служит мишенью для яда. Но фермент не повреждается: если удалить цианид из окружающей среды, функция цитохромоксидазы восстановится. Причиной гибели клетки является последующее повреждение клеточных структур, вызванное длительным прекращением энергообеспечения.
Таким образом, между моментом взаимодействия повреждающего агента с мишенью и процессом повреждения определенных клеточных структур может произойти целая цепь последовательных событий.
В ходе эволюции организмы высших животных и человека выработали систему защиты от действия различных повреждающих факторов, а также систему восстановления функций поврежденных клеток. По существу, серьезное повреждение клеток свидетельствует о том, что данные системы защиты и восстановления (ре-
Часть I, ОБЩАЯ НОЗОЛОГИЯ
Примеры повреждающих агентов, действующих на клетку
Таблица 7
Действующие агенты
| Основные мишени
| Первичные процессы
| Токсины
| Активные центры ферментов и рецепторов Ионные каналы
| Инактивация ферментов, блокада рецепторов и ионных каналов
| Ультрафиолетовое излучение
| Нуклеиновые кислоты и белки
| Фотохимические реакции нуклеотидов и определенных аминокислот
| СВЧ миллиметрового диапазона
| Молекулы воды
| Ускорение процессов, лимитируемых диффузией
а водной среде
| Гипоксия
| Митохондрии
| Снижение синтеза АТФ
| Гиперкалиемия
| Клеточные мембраны
| Снижение мембранного потенциала, возбуждение
| парации) не смогли справиться с действием повреждающего агента. Одной из причин этого может служить ослабление или прекращение снабжения клетки энергией, т.е. АТФ. В свою очередь, это может быть вызвано недостатком кислорода (гипоксией) или нарушением синтеза АТФ вследствие интоксикации.
Место патофизиологии в изучении процесса повреждения клетки. Многие авторы, говоря о патологии клетки, ограничиваются детальным описанием морфологических или биохимических изменений, которые наблюдаются в клетках больного человека, больных животных или пораженных болезнью органов. Подобные исследования, основанные преимущественно на пато-логоанатомическом материале или анализе биоп-сийных проб, полезны, но совершенно недостаточны для выявления механизма повреждения клеток. Предметом патофизиологии клетки является изучение всей цепи событий, начиная от первичного процесса взаимодействия повреждающего агента с мишенью и заканчивая необратимым повреждением и (или) гибелью клетки.
Молекулярная биология и патология клетки. Уже на ранних этапах действия неблагоприятных факторов на клетку включаются механизмы матричного синтеза белков, а именно активируются те или иные факторы транскрипции, вызывающие синтез матричных РНК (мРНК). Это приводит, в свою очередь, к синтезу активных белковых факторов - ферментов, вызывающих совершенно определенные изменения в функционировании клеток, а иногда - их само-
ликвидацию (апоптоз). Процессы изменения в системе биосинтеза белков и внутриклеточной сигнализации отличаются большой сложностью и служат предметом рассмотрения в каждом случае того или иного патологического процесса (например, воспаления). Вызванные этими процессами изменения в клетке развиваются во времени в течение нескольких часов. В данной главе рассматриваются повреждения клеточных структур действующими неблагоприятными факторами, которые непосредственно не связаны с изменениями в системе биосинтеза белков и развиваются в течение максимум 1-2 ч.
Универсальный ответ клетки на повреждение. Замечательной особенностью развития патологических изменений в клетках в ответ на самые различные неблагоприятные воздействия является сходство этих изменений, которое позволило Д. Н. Насонову и В. Я. Александрову выдвинуть в 1940 г. теорию о неспецифической реакции клеток на повреждение, суть которой сводится к следующему - каким бы ни был повреждающий агент и на какие бы клетки он ни действовал, ответ клеток по ряду показателей является одинаковым. К числу таких показателей относятся: 1) уменьшение дисперсности коллоидов цитоплазмы и ядра; 2) увеличение вязкости цитоплазмы, которому иногда предшествует ее некоторое уменьшение; 3) увеличение сродства цитоплазмы и ядра к ряду красителей. Во многих случаях наблюдаются также выход ионов и метаболитов из клетки, изменение флуоресценции, повышение кислотности цитоплазмы и т.д. Существование такого стереоти-
Глава 3 / МЕСТНЫЕ И ОБЩИЕ РЕАКЦИИ ОРГАНИЗМА НА ПОВРЕЖДЕНИЕ 67
па изменений физико-химических свойств клеток при их повреждении связано с тем, что мо-лекулярно-клеточные механизмы повреждения сходны, хотя причины, вызвавшие повреждение, могут быть самыми разными. Практически у всех клеток при действии повреждающих агентов наблюдается резкое увеличение проницаемости клеточных мембран для ионов, в частности для ионов кальция. Это сопровождается активацией различных внутриклеточных ферментов и процессов: протеинкиназ, фосфолипаз, фосфодиэс-теразы циклических нуклеотидов, системы биосинтеза белков, сократительного аппарата клетки и т.д. Эти изменения могут быть обратимыми, но в конце концов при сильном и длительном воздействии повреждающего фактора происходит стойкое нарушение функций клеток, а следовательно, ткани и органа в целом.
Морфологи различают три стадии повреждения клеток:
1. Паранекроз - заметные, но обратимые изменения в клетке: помутнение цитоплазмы, вакуолизация, появление грубодисперсных осадков, увеличение проникновения в клетку различных красителей.
2. Некробиоз - состояние «между жизнью и смертью» (по-гречески necros - мертвый и bios -живой); изменения в клетке, предшествующие ее смерти. При некробиозе, в отличие от некроза, возможно после устранения причины, вызвавшей некробиоз, возвращение клетки в исходное состояние.
3. Некроз - необратимое повреждение и гибель клеток.
Некроз сопровождается автолизом, т.е. самоперевариванием содержимого клетки. Впрочем, гидролитические ферменты (фосфолипазы, про-теазы и др.) активируются не только после, но чаще всего еще до гибели клетки и могут быть одной из главных причин ее повреждения.
В последние годы стало известно, что уже на самых ранних стадиях повреждения клеток может быть запущен специальный механизм «запрограммированной смерти», который также включает в себя активацию гидролитических ферментов, в том числе эндонуклеаз, расщепляющих ДНК и фрагментирующих ядро; этот процесс получил название апоптоза. Апоптоз развивается во времени дольше, чем некроз, и включает в себя активацию факторов транскрипции.
3.1.2. Нарушение функций мембранных структур клетки при действии повреждающих агентов
Наиболее ранние изменения свойств и поведения клеток при действии повреждающих агентов связаны с изменениями функционирования мембранных структур клетки: цитоплазматичес-кой мембраны, внутренней мембраны митохондрий, мембран эндоплазматического ретикулу-ма и других внутриклеточных структур (табл. 8).
Критерии оценки увеличения проницаемости цитоплазматической мембраны
Уменьшение электрического сопротивления ткани. Мет одом оценки проницаемости мембран для ионов может служить изменение электрического сопротивления (импеданса) ткани. Последний включает в себя омическую и емкостную составляющие, поскольку каждая клетка представляет собой как бы систему конденсаторов (биологические мембраны) и резисторов (биологические мембраны, межклеточная жидкость и цитоплазма). При повреждении клеток наблюдается уменьшение омического сопротивления тканей, связанное в основном с возрастанием ионной проницаемости клеточных мембран.
Окраска цитоплазмы различными красителями. Вод ораствори-мые красители плохо проникают через мембраны неповрежденных клеток и потому слабо прокрашивают внутриклеточные структуры. Увеличение проницаемости цитоплазматических и внутриклеточных мембран при повреждении клетки приводит к возрастанию количества красителя, вошедшего в клетку и внутриклеточные структуры. На этом основаны многие гисто (цито)-химические методы определения жизнеспособности клеток.
Снижение мембранного потенциала покоя. Разность электрических потенциалов между содержимым клетки и окружающей средой (мембранный потенциал покоя) создается, как известно, в основном диффузией ионов калия из клетки в окружающую среду. Неравномерное распределение ионов между клеткой и окружающей средой, лежащее в основе генерации электрических потенциалов на мембране, обеспечивается постоянной работой молекулярных ионных насосов (Na+-K+- АТФа-
Часть I. ОБЩАЯ НОЗОЛОГИЯ
Ранние изменения в функционировании внутриклеточных структур при повреждении
Таблица
Изменение
| Проявление
| Увеличение проницаемости цитоплазматической мембраны
| Увеличение электропроводности ткани
Увеличение связывания красителей
Изменение мембранного потенциала
Выход ионов калия из клетки
Выход метаболитов
Увеличение обьема (набухание) клеток
Увеличение внутриклеточной концентрации ионов кальция
| Нарушение структуры и функций митохондрий
| Снижение потребления кислорода
Увеличение проницаемости внутренней митохондриальнои
мембраны
Набухание митохондрий
Снижение кальцийаккумулирующей способности
| Ацидоз
| Активация Ма*/Н+-обмена.
Повышение внутриклеточной концентрации ионов натрия
Набухание клеток
| Повреждение эндоплазма-тического ретикулума
| Выход Са2+ в цитоплазму, нарушение системы синтеза белка
| Изменение активности ферментов и рецепторов
| Активация ферментов лизосом Активация эндонуклеаз - апоптоз
| Повреждение генетического аппарата клетки
| Повреждение рибосом
| зы и Ca2f - Mg2* -АТФазы), встроенных в мембраны клеток. Так, внутри клеток содержание Са2т примерно в 10000 раз ниже, чем в окружающей среде; в клетках гораздо больше К4 и меньше Na*, чем в плазме крови или межклеточной жидкости (табл. 9). Благодаря различию в концентрации ионов в клетке и окружающей среде на цитоплазматической мембране имеется разность потенциалов со знаком «минус» внутри клетки (около 70 мВ для нервных и мышечных клеток). Уменьшение мембранного потенциала покоя при действии повреждающих факторов происходит как в результате неспецифического увеличения ионной проницаемости, так и при уменьшении градиентов концентрации ионов ■следствие выключения работы ионных насосов; последнее происходит как при прямом повреждении Na+-K*-AT<Pa3bi, так и при снижении уровня АТФ вследствие нарушения биоэнергетических процессов в митохондриях. Например, установлено снижение мембранного потенциала покоя клеток печени у лабораторных животных при асфиксии. Снижение мембранного потенциал наблюдается также при ХОЛОДОВОМ, радиационном, аллергическом и других повреждениях клеток, лизосом и прочих субклеточных структур.
Выход ионов калия из клеток. При активно работающей Ка+-К+-АТФазе на цитоплазматической мембране поддерживается разность потенциалов со знаком «минус» внутри клетки, под действием которой ионы калия входят в клетку. Этот постоянный поток К* внутрь клетки компенсирует спонтанный выход калия наружу, который происходит в силу диффузии этих катионов из области с более высокой концентрацией калия в область с более низкой его концентрацией. Повреждение клетки сопровождается снижением содержания в ней АТФ, падением электрического потенциала на цитоплазматической мембране, повышением содержания внутриклеточного Са2' и выходом калия из клеток. Освобождение калия из клеток описано при механической травме, различных интоксикациях, аллергических состояниях, гипоксии и многих других повреждениях органов и тканей. Понижение содержания ионов калия в клетке может происходить также под влиянием больших доз минералокортикоидных гормонов, при действии некоторых лекарственных веществ, например сердечных гликозидов. В свою очередь, увеличение концентрации калия во внеклеточной среде приводит к снижению мембранного потенциала соседних клеток, что в слу-
Глава 3 / МЕСТНЫЕ И ОБЩИЕ РЕАКЦИИ ОРГАНИЗМА НА ПОВРЕЖДЕНИЕ
Распределение ионов калия и натрия и снаружи некоторых клеток
Таблица 9
Клетки
|
| Концентрация, М
| Отношение внутриклеточной
|
| Внутри Снаружи
| концентрации к наружной
|
калий
|
| натрий
| калий
| натрий
| калий
| натрий
| Эритроциты человека
|
|
|
|
|
| 22:1
| 1:3,88
| Одиночное волокно портняжной мышцы лягушки
|
|
|
| 2,6
|
| 48:1
| 1:7
| Гигантский аксон кальмара
|
|
|
|
|
| 19:1
| 1:10
| чае электровозбудимых тканей может вызвать генерацию потенциалов действия. Так, увеличение концентрации калия в очаге инфаркта миокарда может стать одной из причин возникновения фибрилляции сердца.
Накопление ионов кальция в цитоплазме. В нормальных клетках концентрация ионов кальция в цитоплазме характеризуется исключительно низкими значениями: 10 7 или даже 108 М, тогда как в окружающей клетку среде содержится 103 М ионов кальция. При этом следует иметь в виду, что ионы кальция проходят в клетку не только самопроизвольно (процесс «утечки» через мембрану), но и (в некоторых клетках) через кальциевые каналы в мембране. Эти каналы могут открываться в ответ на изменение мембранного потенциала, присоединение гормонов и медиаторов к мембранным рецепторам. Компенсирует вход ионов Са2+ в клетку работа трех типов кальцийтранс-портирующих систем: кальциевый насос (Са2*-Mg3'-AT<Pa3a) в мембранах саркоплазматического ретикулума и клеточной мембране, система аккумуляции Ca2f в митохондриях, и в некоторых клетках, Ма+/Са2+-обменник, встроенный в ци-топлазматическую мембрану.
При повреждении клетки нарушается работа митохондрий: снижается мембранный потенциал и прекращается окислительное фосфорили-рование. При снижении мембранного потенциала в митохондриях уменьшается поглощение этими структурами Са2+. Снижение уровня АТФ в клетке приводит к выключению работы Са21-!У^2'-АТФазы цитоплазматической и мембран саркоплазматического ретикулума. Все это способствует накоплению кальция в цитоплазме. Увеличение концентрации Na' в клетке вследствие угнетения натриевого насоса при недостатке АТФ приводит к выключению и NaVCa2*-o6-мена через клеточную мембрану. В результате
всего этого происходит увеличение концентрации кальция от 10 8-10 7М (в норме) до 10 б-10 5 М. Это приводит к активации большого числа кальцийзависимых ферментов (протеин-киназ, фосфолипаз, фосфодиэстеразы циклических нуклеатидов и др.), нарушениям в цитоске-лете, активации сократительных структур, образованию нерастворимых включений кальция в матриксе митохондрий, повреждению внутриклеточных мембран и общей дезорганизации метаболизма. Морфологически это проявляется в замедлении броуновского движения различных включений внутри клетки (увеличение «вязкости протоплазмы») и возрастании светорассеяния; красители начинают легче проникать в клетку и связываются в большом количестве с внутриклеточными структурами - все эти признаки типичны для «неспецифической реакции клетки на повреждение» по Насонову и Александрову (см. выше).
Выход метаболитов. Увеличение проницаемости мембраны клеток и ухудшение работы ионных насосов приводит к тому, что компоненты цитоплазмы выходят в окружающую среду. Вышедшие из клеток вещества отнюдь не безразличны для других клеток, тканей и органов. Так, среди веществ, выходящих из клеток, поврежденных в результате ишемии (нарушения кровотока) или ожога, имеются полипептиды, обладающие способностью вызвать остановку сердца (ишемический, ожоговый токсины). Обнаружение этих веществ осуществляется различными методами, включая измерение хемилюми-несценции плазмы крови, интенсивность которой снижается в присутствии полипептидных токсинов.
Увеличение объема (набухание) клеток. Увеличение объема клеток -один из наиболее ранних признаков ее повреждения, который проявляется, например, при не-
Часть I. ОБЩАЯ НОЗОЛОГИЯ
достатке кислорода в ткани - тканевой гипоксии. Сохранение нормальной формы и объема клеток связано с состоянием цитоскелета и поддержанием определенного соотношения между осмотическим давлением белков и электролитов внутри и вне клетки. При этом форма клетки эпределяется в значительной мере цитоскелетом, тогда как объем - поддержанием осмотического баланса. Поскольку все биологические мембраны хорошо проницаемы для воды, но плохо проницаемы для большинства растворенных в воде веществ, включая соли, клетки, так же как и внутриклеточные структуры, например митохон- срии, обладают свойством осмометра: их объем ■вменяется при изменении концентрации ионов в молекул внутри и вне клетки или органеллы. При этом строго поддерживается соотношение нонцентраций всех ионов и молекул внутри и вне клетки. Как только в клетке начинают накапливаться новые ионы и молекулы, ее объем ■•врастает, поскольку вода входит внутрь. Выкачивание ионов мембранными насосами и об-■енниками сопровождается уменьшением ее •ъема за счет самопроизвольного выхода избытка воды.
В нормальной клетке имеется, как правило, авбыточное по сравнению с окружающей средой количество белков, что приводило бы к появлению избыточного осмотического (онкотическо-)) давления и увеличению объема клетки, если бы одновременно не происходило удаление (вы-■ичивание) ионов натрия из клетки за счет ра- iaibi Ка+-К+-АТФазы. Вместе с натрием, кото-1 выкачивается ионными насосами за счет ергии гидролиза АТФ, происходит выход ионов за счет электрического поля, создаваемо-(иффузией ионов калия и переносом Na*, так ак мембрана клеток хорошо проницаема для вов хлора. Иначе говоря, натриевый насос ■*-К*-АТФаза) удаляет из клетки NaCl и сникает концентрацию ионов в ней, что приводит уменьшению клеточного объема. Этому провесу противостоит процесс самопроизвольного вступления натрия внутрь клетки: через дефек-ввлипидном бислое, через натриевые каналы, арез переносчики, сопрягающие вход натрия с рнвепортом Сахаров и аминокислот в клетку, ' Н~- и Ма+/Са2*-обменники. Таким образом, ззая клетка находится в состоянии динами-асого равновесия, при котором «протечка» елочной мембраны компенсируется постоян-
ной работой ионной помпы (это так называемая leak and pump - гипотеза).
При патологии может происходить либо увеличение ионной проницаемости клеточной мембраны (возрастание «протечки»), либо нарушение работы ионных насосов (например, при недостатке энергообеспечения). В опытах с изолированными клетками печени, почек, мозга было показано, что отравление солями ртути или других тяжелых металлов приводит к увеличению ионной проницаемости мембраны клеток (увеличению «протечки») и возрастанию объема клеток (т. е. набуханию ткани). Увеличение объема клеток можно вызвать и другим способом: нарушив систему их энергообеспечения. Действительно, было показано, что объем клеток возрастает при гипоксии (например, при действии цианида или окиси углерода) и под влиянием разобщителей окислительного фосфорилирования, таких как динитрофенол.
Набухание клеток - процесс, далеко не безразличный для функционирования клеток и ткани в целом. Первым результатом этого оказывается сдавливание кровеносных сосудов и затруднение кровообращения. Так, при ишемии происходит набухание клеток и последующее общее возобновление кровообращения не сразу и не всегда приводит к восстановлению жизнедеятельности ткани, потому что кровь не проникает в мелкие кровеносные сосуды, сдавленные набухшими клетками. То же происходит при трансплантации органов. Иногда применяется предварительное промывание пересаженного органа гипертоническим раствором, который восстанавливает прежний объем клеток и нормализует микроциркуляцию.
Нарушение структуры и функций митохондрий
Нарушение биоэнергетических функций митохондрий - одно из наиболее ранних проявлений повреждения клеток. Например, после прекращения кровообращения происходит нарушение окислительного фосфорилирования в митохондриях через 20-30 мин в печени и через 30-60 мин - в почках. Приблизительно в эти же сроки появляются и другие признаки повреждения клеток.
Изучение нарушения функций митохондрий производится после выделения этих органелл из ткани; при этом важно не повредить митохонд-
Глава 3 / МЕСТНЫЕ И ОБЩИЕ РЕАКЦИИ ОРГАНИЗМА НА ПОВРЕЖДЕНИЕ 71
рии в ходе их выделения. Один из способов изучения функции митохондрий - измерение скорости потребления кислорода суспензией орга-нелл в различных функциональных состояниях методом полярографии. На рис. 1 приведено изменение концентрации кислорода в среде инкубации изолированных митохондрий. Наклон кривой в каждый момент времени характеризует скорость потребления кислорода (дыхания) в данном состоянии. Эти величины принято обозначать как Vv V2, V3, V4 и т.д., где цифрами обозначены состояния по классификации Б. Чан-са. Наиболее информативны V3 - скорость дыхания митохондрий при окислительном фосфо-рилировании, т. е. в присутствии субстратов окисления, АДФ и ортофосфата, и К, - скорость дыхания митохондрий в присутствии субстратов окисления и ортофосфата, но в отсутствие АДФ (состояние дыхательного контроля).
Снижение потребления кислорода. Уменьшение скорости потребления кислорода митохондриями, связанное с нарушением работы переносчиков электронов, наблюдается при действии многих токсических соединений, например ионов тяжелых металлов, таких как ртуть или серебро, ряда гидрофобных соединений, различных производных углеводорода, при перекисном окислении липидов. Оно может быть также следствием набухания митохондрий и разрыва их наружных мембран, в результате чего из митохондрий выходит цито-хром с, который является одним из переносчиков электрона по дыхательной цепи.
Увеличение проницаемости
Время инкубации суспензии без доступа кислорода
Рис. 1. Типичная кривая потребления кислорода митохондриями в различных состояниях
| внутренней митохондриальной мембраны.
Низкая скорость дыхания митохондрий в состоянии 4 (см. рис. 1) связана с тем, что высокий мембранный потенциал (создаваемый в отсутствие АДФ и при наличии кислорода и субстратов) препятствует переносу протонов через внутренние мембраны, связанному с работой дыхательной цепи, и тем самым останавливает поток электронов по этой цепи. Утечка ионов снижает мембранный потенциал и приводит к увеличению скорости дыхания (V4). Поэтому рост Vt - свидетельство увеличения проницаемости внутренних мембран митохондрий. В митохондриях К, растет при повреждении орга-нелл в результате гипоксии или пероксидации липидов.
Анализ полярографических кривых позволяет определить два взаимосвязанных показателя работоспособности митохондрий. Первый - это коэффициент Р/0, который рассчитывается как отношение
Р моли синтезированного АТФ
О моли поглощенного кислорода
Второй показатель - коэффициент дыхательного контроля (ДК), который находят как отношение
RK=VJV4.
Снижение ДК до единицы сопровождается снижением коэффициента Р/0 до нуля и является свидетельством разобщения процессов окисления и фосфорилирования в митохондриях при их повреждении.
Снижение способности накапливать кальций. Параллельно разобщению окислительного фосфорилирования наблюдается потеря способности митохондрий к накоплению ионов кальция. В присутствии избытка субстратов дыхания и при наличии кислорода и ортофосфата митохондрии печени способны накопить в матриксе количество фосфорнокислого кальция, по массе превышающее массу митохондрий в сотни и даже в тысячу раз! Повреждение митохондрий приводит к падению разности потенциалов на митохондриальной мембране. Положительно заряженные ионы кальция, удерживаемые в матриксе электрическим полем, начинают выходить наружу из поврежденных митохондрий.
Часть I. ОБЩАЯ НОЗОЛОГИЯ
Разобщение окислительного фосфорилирова-ния и выход кальция из митохондрий имеют самые драматические последствия для клетки. Снижение уровня АТФ в клетке приводит к выключению ионных насосов, выходу калия и вхождению ионов натрия и кальция в клетку из окружающей среды. Это, в свою очередь, приводит к активации целого комплекса ферментных систем, активируемых ионами кальция, включая фосфолипазы, многие системы биосинтеза и протеинкиназы; метаболизм клетки вначале активируется, а затем дезорганизуется. Именно повреждение митохондрий является, согласно современным представлениям, тем переломным моментом, после которого изменения в клетке, вызванные повреждающим агентом, становятся необратимыми и клетка погибает.
Набухание митохондрий. Весьма важным морфологическим признаком повреждения митохондрий является их набухание. Набухание митохондрий наблюдается, например, в клетках миокарда при недостаточности сердца, а также при многих инфекционных, гипок-сических, токсических и других патологических процессах. Набухание митохондрий происходит при помещении клеток в гипотоническую среду, под влиянием ионизирующей радиации, бактериальных токсинов, при действии химических ядов и других патогенных агентов на клетку. Набухание приводит сначала к разрывам наружных мембран митохондрий, а затем - к их полному разрушению.
В опытах с изолированными митохондриями показано, что существует два типа набухания: пассивное и активное. В противоположность цитоплазматической мембране, сравнительно хорошо проницаемой для ионов калия и хлора, внутренние мембраны митохондрий непроницаемы для ионов, за исключением Са2' и, возможно, ионов железа. В изотоническом растворе КС1 неповрежденные митохондрии сохраняют свой объем, несмотря на то, что концентрация ионов калия и хлора внутри существенно меньше, чем снаружи: осмотическое давление внутри создается и другими ионами, а также белками мат-рикса. При одновременном увеличении проницаемости для ионов калия и хлора они начинают диффундировать в митохондрии, что приводит к повышению осмотического давления, входу воды и набуханию органелл, которое называется пассивным, так как не зависит от дыхания
и энергизации. К агентам, вызывающим пассивное набухание, относятся ионы тяжелых металлов, включая ртуть, серебро, свинец. Таким же действием обладает и избыточная активация перекисного окисления липидов в мембранах митохондрий.
В условиях живой клетки чаще имеет место иной тип набухания - активное набухание, связанное с работой цепи переноса электронов. Повреждение митохондрий происходит под действием малых доз тяжелых металлов, активации собственной фосфолипазы в условиях гипоксии, при перекисном окислении липидов и сопровождается прежде всего повышением проницаемости внутренней мембраны для катионов. В присутствии источников энергии (субстраты дыхания и кислород, АТФ) на мембранах митохондрий генерируется разность потенциалов величиной около 170-180 мВ со знаком «минус» в матрик-се, под действием которой ионы К* поступают внутрь поврежденных митохондрий. Вместе с калием в матрикс поступает ортофосфат, который переносится в электронейтральной форме через внутреннюю мембрану с помощью специального белкового переносчика. Активное (т. е. связанное с затратой энергии) накопление фосфата калия в матриксе сопровождается набуханием митохондрий.
Ацидоз
Любое повреждение клетки сопровождается ацидозом ее цитоплазмы (рН падает до 6 и ниже). Первичный ацидоз повреждения клеток следует отличать от вторичного ацидоза в воспаленной ткани, который возникает значительно позднее (спустя несколько часов) после нанесения повреждения. Первичный ацидоз повреждения - следствие накопления в клетке определенных продуктов метаболизма (например, молочной кислоты). Первичный ацидоз в поврежденной ткани возникает при действии различных повреждающих агентов: механического воздействия, действия химических агентов (например, горчичного масла), бактериальных токсинов (дизентерийная палочка, гемолитический стафилококк). Ацидоз повреждения возникает в тканях также при гипоксии.
Изменение активности ферментов и рецепторов. Активация ферментов лизосом
В поврежденных клетках происходит выход
Глава 3 / МЕСТНЫЕ И ОБЩИЕ РЕАКЦИИ ОРГАНИЗМА НА ПОВРЕЖДЕНИЕ
в цитоплазму и активация ряда гидролитических ферментов, в нормальных клетках заключенных в специальные фосфолипидные везикулы - лизосомы. Последние представляют собой образования диаметром порядка 0,4 мкм и содержат такие ферменты, как протеаза, рибонук-леаза, дезоксирибонуклеаза, кислая фосфатаза, гиалуронидаза и др. Различные повреждающие агенты, например эндотоксины бактерий брюшнотифозной группы, а также мелкие неорганические частицы (двуокись кремния, двуокись титана, алмазная пыль), попадая в лизосомы, разрушают их. Активация лизосомальных ферментов может происходить не только под действием тех или иных специфических факторов, но и в результате ацидоза, характерного для неспецифической реакции клетки на повреждающее воздействие. Одним из процессов, вызывающих выход лизосомальных ферментов, является также активация пероксидации липидов в лизосомальных мембранах. До сих пор нет окончательной ясности в вопросе о том, является ли активация лизосом механизмом удаления содержимого пораженной клетки или причиной ее повреждения при действии неблагоприятных факторов.
Дата добавления: 2015-08-06 | Просмотры: 1065 | Нарушение авторских прав
1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
|