Общие механизмы повреждения клеток

Механизмы клеточных повреждений при действии различных этиологических факторов тесно взамосвязаны. Сразу подчеркнем, что любой этиологический фактор обусловливает, как правило, несколько механизмов повреждения. Вот почему изолированное выделение отдельных механизмов повреждения клетки оправдано лишь с точки зрения удобства их рассмотрения и понимания. На уровне клетки повреждающие факторы «включают» несколько патогенетических звеньев.

К числу основных относят:

Нарушение энергетического обеспечения процессов, происходящих в клетке:


Этот механизм часто является инициальным и ведущим в альтерации клетки. Энергоснабжение может рассматриваться на этапах ресинтеза АТФ, транспорта, а также утилизации энергии АТФ.

Ресинтез АТФ нарушается в результате дефицита кислорода и (или) субстратов метаболизма, снижения активности ферментов тканевого дыхания и гликолиза, повреждения и разрушения митохондрий, в которых осуществляются реакции цикла Кребса и перенос электронов к молекулярному кислороду, сопряженный с фосфорилированием АДФ.

Заключенная в макроэргических связях АТФ энергия в норме доставляется от мест ее синтеза (из митохондрий и гиалоплазмы) к эффекторным структурам (миофибриллам, мембранным ионным «насосам» и др.) с участием ферментных систем АДФ-АТФ-транслоказы (адениннуклеотидтрансферазы) и креатинин-фосфокиназы (КФК).




Адениннуклеотидтрансфераза обеспечивает транспорт энергии макроэргической фосфатной связи АТФ из матрикса митохондрий через их внутреннюю мембрану, а КФК - далее на креатин с образованием креатинфосфата, который поступает в цитозоль. КФК эффекторных клеточных структур транспортирует фосфатную группу креатинфосфата на АДФ с образованием АТФ, который и используется в процессах жизнедеятельности клетки. Ферментные системы транспорта энергии также могут быть повреждены различными патогенными агентами, в связи с чем даже на фоне высокого общего содержания АТФ в клетке может развиваться его дефицит (гипоэргоз клетки) в энергорасходующих структурах.

Нарушение энергообеспечения клеток и расстройство их жизнедеятельности может развиваться в условиях достаточной продукции и нормального транспорта энергии АТФ. Это может быть результатом повреждения механизмов утилизации энергии главным образом за счет снижения активности АТФаз (АТФазы ак-томиозина, К+, Na+ - зависимой АТФазы плазмолеммы, Mg2+ - зависимой АТФазы «кальциевой помпы» саркоплазматической сети и др.).


Следовательно, расстройство жизнедеятельности клеток может развиться даже в условиях нормального или повышенного содержания в клетке АТФ.

Нарушение энергообеспечения в свою очередь может стать одним из факторов расстройств функции мембранного аппарата клеток, их ферментных систем, баланса ионов и жидкости, а также механизмов регуляции клетки.

Так, патогенетическая роль ионов кальция в организме впервые показана в 1883 году английским биохимиком Рингером, который установил, что изолированное сердце лягушки, перфузируемое раствором, не содержащим ионов кальция, прекращает свою работу. Это был первый факт, демонстрирующий значение ионов кальция в сократительной функции мышечной клетки сердца. Вскоре выявили, что при недостатке Са2+ во внеклеточной жидкости происходит:

♦ нарушение свертывания крови;
♦ изменение структуры твердых тканей организма;
♦ нарушение межклеточного взаимодействия.

Позднее стали известны механизмы нарушения клеточных функций, связанные с избытком Са2+ во внутриклеточном пространстве.


Механизмы повышения концентрации Са2+ внутри клетки. В норме внутри клетки концентрация Са2+ (ионизированного) составляет 2 х10-7 моль/л, а вне ее — приблизительно в 5000 раз больше — 1 х10-3 моль/л. Причем концентрация Са2+ в митохондриальном пуле в 500 раз выше, чем в цитоплазме, что свидетельствует о существовании механизмов внутриклеточной регуляции его содержания.

Высокая разность концентрации Са2+ по обе стороны цитоплазматической мембраны предполагает различие механизмов его поступления и выведения из клетки: поступление его в клетку — это в значительной степени пассивный процесс, но его выведение осуществляется активно с помощью Са2+ - зависимой АТФ-азы. Поэтому избыточная концентрация Са2+ в клетке может быть обусловлена двумя факторами: увеличением поступления и/или нарушения работы Са2+ - насосов, выталкивающих его наружу.

Механизмы увеличенного поступления Са2+ внутрь клеток:


Увеличенный приток Са2+ в клетку может происходить как через поврежденную, так и через неповрежденную мембрану. Причем в первом случае его концентрация в клетке значительно нарастает, что является характерным признаком погибающей клетки.


При относительно небольших мембранных повреждениях возможно формирование особых каналов, ионофоров, через которые ионы Са2+ могут поступать внутрь клетки, способствуя ее гибели.

Если целостность мембран не нарушена, то Са2+ попадает в клетку через 3 вида каналов:
♦ хемочувствительные Са2+ - каналы, которые могут быть открыты специальными фармакологическими препаратами;
♦ быстрые потенциал-зависимые Са2+-каналы, которые открываются лишь на короткий срок перезарядки мембраны;
♦ медленные потенциал-зависимые Са2+-каналы, которые открыты постоянно за счет подпороговой деполяризации клеточной мембраны. В условиях гиперкальциемии, а также при нарушении внутриклеточных процессов при воспалении, гипоксии поступление избыточного количества Са2+ в клетку связано именно с медленными каналами.

Причины нарушения удаления кальция из клетки:


В основе этих нарушений лежит повреждение энергозависимых мембранных насосов.
1. Повреждение Са2+-насосов, связанное с отсутствием фермента Са2+-зависимой АТФ-азы и/или недостатком АТФ. В первом случае это наблюдается при наследственной патологии, во втором случае при:
• гипоксии;
• голодании;
• нарушении активности ферментов цикла Кребса и дыхательной цепи;
• разобщении процессов окислительного фосфорилирования;
• нарушении транспорта АТФ из митохондрий креатинфосфатной транспортной системой.

2. Нарушения в работе Na+- Ca2+ обменного механизма. Дело в том, что для нормальной функции Са2+-насосов клетке необходим определенный градиент концентрации ионов натрия по обе стороны мембраны. Работа же Na+ - K+-Hacoca, обеспечивающего этот градиент, требует большого количества энергии (молекул АТФ). Уменьшение количества АТФ в клетке, помимо изложенных выше причин, может быть связано с действием целого ряда веществ, например, таких, как тетродотоксин, сердечные гликозиды и др.

3. Нарушение Са2+ - аккумулирующей функции митохондрий. Это сопровождается ограничением транспорта Са2+цитоплазмы в митохондриальный пул, что приводит к нарастанию количества Са2+ в клетке. Чаще всего к этому приводят следующие причинные факторы:
• гиперфункция клетки, сопровождающаяся повышенным расходом АТФ;
• тканевая гипоксия;
• уменьшение внутриклеточного осмотического давления, действие солей тяжелых металлов.
Все это дает картину неспецифического набухания митохондрий.

Механизмы повреждения клетки кальцием:


Избыток Са2+ в клетке вызывает следующие нарушения ее структуры и функции.
1. Нарушаются специализированные функции клетки, так как осуществление рабочих циклов (например, генерация потенциалов действия, сокращение) требует своевременного выведения Са2+ из клетки. В противном случае клетка не способна ответить на очередной стимул, она будет находиться в рефрактерном состоянии.

2. Происходит активирование мембранных фосфолипаз, в частности фосфолипазы-А2. Она отщепляет от фосфолипидов мембран повышенное количество ненасыщенных жирных кислот. Оставшиеся фосфолипиды, обладающие детергентными свойствами, формируют отрицательно заряженную мицеллу, нарушающую целостность мембран.

3. Может наблюдаться разобщение процессов окислителного фосфорилирования.

4. Могут изменяться свойства важнейших белковых комплексов клетки, в состав которых входят ионы Са2+ (кальмодуллин, тропонин-С, кальций-связывающий белок энтероцитов, парвальбумин и др.).

5. Накопление во внутриклеточном пространстве ионов Са2+ приводит к запиранию хлорных каналов, что существенно нарушает мембранный электрогенез.


Оцените статью: (11 голосов)
4.36 5 11
2007-2017 © Copyright ООО «МЕДКАРТА». Все права на материалы, находящиеся на сайте medkarta.com,
охраняются в соответствии с законодательством РФ, в том числе, об авторском праве и смежных правах.