WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


Pages:     || 2 | 3 |

Лекция 3

МОРФОЛОГИЯ ПОВРЕЖДЕНИЯ

Повреждение органов начинается на молекулярном или кле­точном уровне, поэтому изучение патологии начинается с позна­ния причин и молекулярных механизмов структурных изменений, возникающих в клетках при их повреждении.

Структура нормальной клетки генетически направлена на осуществление определенного метаболизма, дифференцировку и 18 специализацию. В ответ на воздействие различных факторов в клетках развивается процесс адаптации. В результате этого про­цесса клетки могут достигать нового устойчивого состояния, по­зволяющего им приспособиться к подобным воздействиям. Если лимиты адаптивного ответа клетки исчерпаны, а адаптация не­возможна, то возникает повреждение клетки, до определенного предела обратимое. Однако, если неблагоприятный фактор дей­ствует постоянно или его интенсивность очень велика, развивает­ся необратимое повреждение, или смерть, клетки.

Смерть клетки — конечный результат ее повреждения, глав­ное следствие ишемии, инфекции, интоксикации, иммунных ре­акций. Кроме того, это естественное событие в процессе нор­мального эмбриогенеза, развития лимфоидной ткани, инволюции органа под действием гормонов, а также желаемый результат ра­дио и химиотерапии при раке.

Существует два типа клеточной смерти — некроз и апоптоз.

Некроз — наиболее распространенный тип смерти клетки. Он проявляется ее резким набуханием и разрывом клеточной мембраны, денатурацией и коагуляцией цитоплазматических белков, разрушением клеточных органелл. Апоптоз необходим для нормальной элиминации ненужных клеточных популяций в процессе эмбриогенеза и при различных физиологических про­цессах. Апоптоз встречается и при патологических процессах; в этом случае он сопровождается некрозом.

ПРИЧИНЫ ПОВРЕЖДЕНИЯ КЛЕТОК Различают следующие причины повреждения клеток.

Гипоксия. Она является исключительно важной и распро­страненной причиной повреждения и смерти клеток. Уменьше­ние кровотока (ишемия), возникающее при появлении препятст­вий в артериях, обычно при атеросклерозе или тромбозе, являет­ся основной причиной гипоксии. Другой причиной может быть неадекватная оксигенация крови при сердечнососудистой недос­таточности. Снижение способности крови к транспортировке ки­слорода, например при анемии и отравлении СО2 — третья и наи­более редкая причина гипоксии. В зависимости от тяжести гипо­ксии клетки могут адаптироваться к ней, повреждаться или поги­бать.

Физические агенты. К ним относят механическую травму, чрезмерное снижение или повышение температуры окружаю­щей среды, внезапные колебания атмосферного давления, радиа­цию и электрический шок.

Химические агенты и лекарства. Даже простые химические соединения, такие как глюкоза и поваренная соль, в повышенных концентрациях могут вызвать повреждение клеток непосредст­венно или путем нарушения их электролитного гомеостаза. Кис­лород в высоких концентрациях очень токсичен.

Следовые количества веществ, известных как яды (мышьяк, цианиды, соли ртути), могут разрушить достаточно большое ко­личество клеток в течение минут и часов.

Разрушительным действием обладают также многие факто­ры окружающей среды: пыль, инсектициды и гербициды; про­мышленные и природные факторы, например уголь и асбест; со­циальные факторы: алкоголь, курение и наркотики; высокие до­зы лекарств.

Инфекционные агенты. Они включают как субмикроско­пические вирусы, так и ленточных червей. К инфекционным агентам относятся риккетсии, бактерии, грибы, а также более высоко организованные формы паразитов.

Иммунные реакции. Могут защищать организм, но могут вызвать и его смерть. Хотя иммунная система защищает орга­низм от воздействия биологических агентов, тем не менее иммун­ные реакции могут привести к повреждению клеток. Развитие некоторых иммунных реакций лежит в основе аутоиммунных бо­лезней.

Генетические нарушения. Многие врожденные нарушения метаболизма связаны с энзимопатиями, чаще отсутствием фер­мента.

Дисбаланс питания. Нередко является основной причиной повреждения клеток. Дефицит белковой пищи и витаминов оста­ется распространенным явлением.

МЕХАНИЗМЫ ПОВРЕЖДЕНИЯ КЛЕТОК Молекулярные механизмы повреждения клеток, приводящие к их смерти, очень сложны. Существуют четыре наиболее чувст­вительные внутриклеточные системы:



поддержание целости клеточных мембр'ан, от которой зави­ сит ионный и осмотический гомеостаз клетки и ее органелл;

аэробное дыхание, связанное с окислительным фосфорилированием и образованием аденозинтрифосфата (АТФ);

синтез ферментов и структурных белков;

сохранение единства генетического аппарата клетки. Структурные и биохимические элементы клетки тесно взаи­мосвязаны. Например, нарушение аэробного дыхания поврежда­ет натриевый насос мембраны, который поддерживает ионножидкостный баланс клетки, что приводит к нарушению внутри­клеточного содержания ионов и воды.

Морфологические изменения становятся очевидными только после того, как нарушения биологической системы клетки про­ходят некий критический уровень, причем развитие морфологи­ческих признаков смертельного повреждения клетки занимает больше времени, чем появление обратимых изменений. Напри­мер, набухание клетки обратимо и может развиться в течение не­скольких минут, а достоверные светооптические признаки смер­ти клетки в миокарде выявляются лишь спустя 10—12 ч после то­тальной ишемии, хотя известно, что необратимые повреждения наступают уже через 20—60 мин. Естественно, ультраструктур­ные повреждения будут видны раньше, чем светооптические.

Реакция клеток на повреждающие воздействия зависит от ти­па, продолжительности действия и тяжести повреждающего фа­ктора. Например, малые дозы токсинов или непродолжительная ишемия могут вызвать обратимые изменения, тогда как большие дозы того же токсина и продолжительная ишемия способны при­вести к немедленной гибели клетки или медленному необратимо­му повреждению, вызывающему клеточную смерть. Тип, состоя­ние и приспособляемость клетки также определяют последствия ее повреждения. Для ответа клетки на повреждение важны ее гормональный статус, характер питания и метаболические по­требности.

Механизмы действия многих повреждающих агентов хорошо известны. Так, многие токсины вызывают повреждение клеток, воздействуя на эндогенные субстраты или ферменты. Особенно чувствительны к действию токсинов гликолиз, цикл лимонной кислоты и окислительное фосфорилирование на внутренних мембранах митохондрий. Например, цианид инактивирует цитохромоксидазу, а флуороацетат препятствует реализации цикла лимонной кислоты, что в результате приводит к недостаточности АТФ. Некоторые анаэробные бактерии, например Clostridium perfringens, высвобождают фосфолипиды, которые атакуют фосфолипиды клеточных мембран, повреждая их.

Наиболее важными для развития повреждения и смерти клет­ки считают следующие четыре механизма.

При недостаточном поступлении кислорода в ткани образу­ются его свободные радикалы, вызывающие свободнорадикальное пероксидное окисление липидов (СПОЛ), что оказывает разрушительное действие на клетки.

Особую роль в повреждении клетки играет нарушение гомеостаза кальция. Свободный кальций в цитозоле присутствует в исключительно низких концентрациях по сравне­нию с таковым вне клетки. Это состояние поддерживается свя­занными с клеточной мембраной энергозависимыми Са2+, Mg2+АТФазами. Ишемия и некоторые токсины вызывают увеличение концентрации кальция в цитозоле путем его избыточного посту­пления через плазматическую мембрану и высвобождения из ми­тохондрий и эндоплазматической сети. Повышенное содержание кальция в клетке ведет к активации ряда ферментов, повреждаю­щих клетку: фосфолипаз (повреждение клеточной мембраны), протеаз (разрушение мембраны и белков цитоскелета), АТФаз (истощение запасов АТФ) и эндонуклеаз (фрагментация хрома­тина).

Потеря митохондриями пиридиннуклеотидов и последующая недостаточность АТФ, а также снижение синтеза АТФ являются характер­ными как для ишемического, так и для токсического поврежде­ния клеток. Высокоэнергетические фосфаты в форме АТФ тре­буются для многих процессов синтеза и расщепления, происходя­щих в клетках. К этим процессам относятся мембранный транс­порт, синтез белка, липогенез и реакции деацилирования — реацилирования, необходимые для фосфолипидного обмена. Имеет­ся много данных о том, что недостаточность АТФ играет роль в потере целости плазматической мембраны, что характерно для смерти клетки.

Ранняя потеря плазматической мембра­ной избирательной проницаемости — постоян­ный признак всех видов повреждения клеток. Такие дефекты мо­гут возникать вследствие ряда событий, связанных с потерей АТФ и активацией фосфолипаз. Кроме того, плазматическая мембрана может быть повреждена в результате прямого воз­действия некоторых бактериальных токсинов, вирусных бел­ков, компонентов комплемента, веществ из лизированных лимфоцитов (перфоринов), а также ряда физических и хими­ческих агентов.





ОСНОВНЫЕ ФОРМЫ ПОВРЕЖДЕНИЯ КЛЕТОК Различают три формы повреждения клеток: 1) ишемическое и гипоксическое повреждение; 2) повреждение, вызванное сво­бодными радикалами, включая активированный кислород; 3) то­ксическое повреждение.

1. Ишемическое и гипоксическое повреждение. Чаще всего оно обусловлено окклюзией артерий. При этом изначально гипо­ксия воздействует на аэробное дыхание клетки — окислительное фосфорилирование в митохондриях. В связи с тем что напряже­ние кислорода в клетке снижается, прекращается окислительное фосфорилирование, а образование АТФ уменьшается или оста­навливается.

Исчезновение АТФ ведет к быстрому набуханию (отеку) клетки — одному из ранних проявлений ишемического повреж­дения. Отек клетки обусловлен нарушением регуляции объема клетки плазматической мембраной. Баланс между содержимым клетки и окружающей ее средой обеспечивается энергетически зависимым натриевым насосом, который поддерживает концент рацию калия внутри клетки значительно более высокой, чем вне­клеточная. Наблюдается отделение рибосом от мембран грану­лярной эндоплазматической сети и диссоциация полисом в моно­сомы. На поверхности клеток могут образовываться "волдыри", а клетки, имеющие на поверхности микроворсинки, их утрачива­ют (эпителий проксимальных канальцев почек). В цитоплазме и вне клеток появляются "миелиновые фигуры", образующиеся из цитоплазмы и мембран органелл. Митохондрии набухают, а эндоплазматическая сеть остается расширенной.

Необратимые изменения морфологически ассоциируются с выраженной вакуолизацией митохондрий, повреждением плаз­матических мембран и набуханием лизосом. Вслед за гибелью клетки ее компоненты прогрессивно разрушаются, и происходит выброс ферментов клетки во внеклеточное пространство. Умер­шие клетки образуют массы, состоящие из фосфолипидов в виде "миелиновых фигур", которые подвергаются фагоцитозу и раз­рушаются до жирных кислот.

Проникновение ферментов сквозь поврежденную клеточную мембрану, а затем в сыворотку крови позволяет клинически оп­ределять параметры смерти клетки. Например, сердечная мыш­ца содержит трансаминазы, лактатдегидрогеназу и креатинкиназу. Повышение содержания этих ферментов в сыворотке крови является клиническим критерием инфаркта миокарда (смерти кардиомиоцитов).

¦ Таким образом, основными признаками необратимости по­вреждения клетки служат невосстановимые повреждения мито­хондрий, приводящие к потере АТФ, а также развитие глубоких повреждений плазматических мембран, в основе которых лежит ряд биохимических механизмов.

Вопервых, в некоторых ишемизированных тканях, например печени, необратимое ишемическое повреждение сопровождается заметным уменьшением содержания фосфолипидов в клеточной мембране, которое происходит под действием кальцийзависимых фосфолипаз.

Вовторых, активация протеаз, обусловленная повышением концентрации кальция в цитозоле, ведет к повреждению цитоскелета, выполняющего роль якоря между плазматической мем­браной и внутренним содержимым клетки. В результате во вре­мя набухания клетки происходит отслойка клеточной мембраны от цитоскелета, что делает мембрану более податливой к растя­жению и разрыву.

Втретьих, при ишемии появляется небольшое количество высокотоксичных свободных радикалов кислорода.

Итак, основными механизмами гибели клетки при гипоксии являются нарушение окислительного фосфорилирования, приво­дящее к недостаточности АТФ, повреждение мембран клетки, а важнейшим медиатором необратимых биохимических и морфо­логических изменений является кальций (схема 1).

Схема 1. Механизм ишемического гипоксического повреждения клеток 2. Повреждение клетки, вызванное свободными радикалами кислорода. Чаще всего такое повреждение возникает под воздей­ствием химических веществ, лучистой энергии, кислорода и дру­гих газов, а также при старении клеток, разрушении опухолей макрофагами и в некоторых иных случаях.

Pages:     || 2 | 3 |










© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.