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

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 Ca^2f - Mg²* -АТФазы), встроенных в мемб­раны клеток. Так, внутри клеток содержание Са^2т 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

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 Ca^2f 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 V_v 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

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 V_t - 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.

Поиск по сайту: