Патофизиология. Литвицкий. 2013

и их последующей активации). В результате гидролизу подвергаются фосфолипиды и белки мембран, а также ферменты. Это сопровождается значительным повышением проницаемости мембран и снижением кинетических свойств ферментов.

ДЕТЕРГЕНТНЫЕ ЭФФЕКТЫ АМФИФИЛОВ

В результате активации липопероксидных реакций и гидролаз

(главным образом липаз и фосфолипаз) в клетке накапливаются гидроперекиси липидов, свободные жирные кислоты, фосфолипиды

(например, глицерофосфолипиды, фосфатидилхолины,

фосфатидилэтаноламины, фосфатидилсерины. Эти соединения получили название амфифильных в связи с их способностью проникать и фиксироваться как в гидрофобной, так и в гидрофильной зоне мембран.Накопление в клетке амфифилов в большом количестве сопровождается массированным внедрением их в мембраны, что ведёт к формированию обширных кластеров и микроразрывов в них.

РАССТРОЙСТВА ПРОЦЕССА РЕПАРАЦИИ МЕМБРАН

При воздействии повреждающих факторов репаративный ресинтез альтерированных или утраченных липидных, белковых,

липопротеидных, гликопротеидных и других молекул мембран, а также их синтез de novo существенно подавляются. Эффективность восстановления мембран становится недостаточной. Это потенцирует степень и масштаб повреждения мембранного аппарата клеток.

НАРУШЕНИЯ КОНФОРМАЦИИ МАКРОМОЛЕКУЛ

Изменения нормальной конформации (пространственной структуры,

формы) макромолекул белка, ЛП, гликопротеинов и других соединений

161

приводят к значительным изменениям физико-химического состояния клеточных мембран и их рецепторов. Причинами этого являются расстройства энергообеспечения клеток; отклонения физико-химических параметров клетки от нормы (например, развитие ацидоза, гиперили гипоосмии). В результате изменяется третичная и четвертичная структуры макромолекул, что нарушает их конформацию и функцию, в том числе – снижает активность БАВ (ферментов,

гормонов, цитокинов и др.).

ПЕРЕРАСТЯЖЕНИЕ И РАЗРЫВ МЕМБРАН

Перерастяжение и разрыв мембран набухших клеток в связи с их гипергидратацией – важный механизм повреждения и гибели как органоидов, так и клетки в целом. Гипергидратация является следствием значительного увеличения осмотического и онкотического давления в клетках. Это, в свою очередь, обусловлено избытком в них гидрофильных молекул органических соединений (молочной и пировиноградной кислот, альбуминов, глюкозы и др.), а также ионов,

накопившихся в связи с расстройствами метаболизма.

ДИСБАЛАНС ИОНОВ И ВОДЫ

Дисбаланс ионов и воды в клетке, как правило, развивается вслед за или одновременно с расстройствами энергетического обеспечения и повреждением мембран и ферментов. В результате существенно изменяется трансмембранный перенос многих ионов. В наибольшей мере это относится к K+, Na+, Ca2+, Mg2+, Cl–, т.е. ионам, которые принимают участие в таких жизненно важных процессах, как возбуждение, проведение потенциалов действия (ПД),

электромеханическое сопряжение и др.

162

Ионный дисбаланс характеризуется изменением соотношения отдельных ионов в цитозоле и нарушением трансмембранного соотношения ионов как по обе стороны плазмолеммы, так и внутриклеточных мембран.

Проявления ионного дисбаланса многообразны. Наиболее существенны для функционирования и самого существования клеток изменения ионного состава, определяемые разными мембранными АТФазами и дефектами мембран.

Катионы. Вследствие нарушения работы Na+,K+-АТФазы плазмолеммы в цитозоле клетки накопливается избыток уменьшается содержание K+. При расстройстве Na+-Ca2+–

ионообменного механизма плазмолеммы (обмен двух Na+, входящих в клетку, на один Ca2+, выходящий из неё), а также Ca2+-АТФаз, в

цитозоле существенно увеличивается содержание Ca2+ (рис. 5–8).

163

Рис. 5–8. Направление градиентов и содержание отдельных ионов (на примере кардиомиоцитов).

Анионы. Нарушения трансмембранного распределения катионов сопровождаются изменением содержания в клетке и анионов Cl–, OH–, HCO3– и др. (рис. 5–9).

164

Рис. 5–9. Дисбаланс ионов и воды в клетке при её

повреждении.

Важными последствиями ионного дисбаланса являются

изменения объёма клеток и клеточных органоидов (гипо– и

гипергидратация), а также нарушения электрогенеза в возбудимых клеточных элементах (например, в кардиомиоцитах, нейронах,

скелетных мышечных волокнах, гладкомышечных клетках — ГМК).

Гипергидратация клеток. Основная причина гипергидратации — повышение содержания Na+ и Ca2+, а также отганических веществ в повреждённых клетках. Это сопровождается увеличением в них осмотического давления и накоплением воды.

Клетки при этом набухают, объём их увеличивается, что сочетается с растяжением и нередко микроразрывами цитолеммы и мембран органелл.

Гипогидратация клеток. Гипогидратация клеток наблюдается,

например, при лихорадке, гипертермии, полиурии, инфБ (холере,

брюшном тифе, дизентерии). Указанные состояния ведут к потере организмом воды, сопровождающейся выходом из клеток жидкости и растворённых в ней белков (в том числе ферментов), а также других органических и неорганических водорастворимых соединений.

Нарушения электрогенеза в виде изменений характеристик МП и ПД имеют существенное значение, поскольку они нередко являются одним из важных признаков наличия и характера повреждения клеток.

Примером могут служить изменения ЭКГ при повреждении клеток миокарда, электроэнцефалограммы при нарушении структуры и функций нейронов головного мозга, электромиограммы при изменениях

165

в мышечных клетках. Патогенез такого рода повреждений возбудимых

клеток приведён на рис. 5–10.

Расстройства жизнедеятельности клетки

Рис. 5–10. Изменения электрофизиологических свойств возбудимой клетки при её повреждении.

ГЕНЕТИЧЕСКИЕ НАРУШЕНИЯ

Повреждения генома и/или механизмов экспрессии генов,

репликации и репарации ДНК, клеточного цикла – существенные механизмы альтерации, имеющие фатальные последствия. Эти повреждения играют существенную роль при малигнизации клеток и процессах онкогенеза. На рис. 5–11 приведены основные изменения генетической программы клеток, происходящие под влиянием повреждающих факторов.

166

Действие патогенных факторов

Расстройство жизнедеятельности клетки

Рис. 5–11. Нарушения генетической программы и/или механизмов её реализации при повреждении клетки.

Причинами повреждения генома клетки и её гибели могут стать прямое или опосредованное действие на генетический аппарат патогенных агентов различного характера. Нарушения структуры ДНК и/или её деградация часто являются пусковым звеном гибели клетки. Наиболее значимыми причинами повреждений ДНК являются: – разрушение фрагментов ДНК при воздействии на неё сверхсильных патогенных агентов, чаще всего химического или физического характера (например, высоких доз ионизирующего излучения, алкилирующих агентов, свободных радикалов,

гидроперекисей липидов); – расщепление ДНК при значительной активации нуклеаз (предсуществующих или синтезирующихся de novo); – деградация ДНК активированными трансферазами, что сопровождается разрывами межнуклеотидных связей. Указанные и другие факторы включают различные механизмы нарушения

167

генетической информации, механизмов её реализации или активации программы смерти клетки.

Механизмы нарушений в геноме. К числу наиболее существенных механизмов нарушения генетической информации клетки относятся: – мутации, – неконтролируемая дерепрессия генов

(например, онкогенов или генов апоптоза), – подавление активности жизненно важных генов (например, программирующих синтез ферментов), – трансфекция (внедрение в геном чужеродной ДНК,

например ДНК вируса герпеса или опухоли); – нарушения репарации ДНК.

Ниже приведены отдельные последствия повреждения генома,

имеющие наибольшее значение в патологии человека.

Энзимопатии (нарушения структуры и функции энзимов и ферментативного катализа. Это фатальным образом сказывается на всех сторонах жизнедеятельности клеток (например, многие из тысяч моногенных заболеваний являются следствием дефекта генов,

кодирующих структуру ферментов).

Нарушения клеточного цикла (дефекты даже одного из сотен факторов, регулирующих клеточный цикл, неизбежно приводят к расстройству пролиферации клеток, в том числе - к бесконтрольному размножению повреждённой клетки и формированию малигнизированных клонов).

Активация онкогенов (этот процесс является ключевым

звеном канцерогенеза).

168

Неконтролируемая активация апоптоза (приводящая,

например, к иммунодефицитным состояниям или гипотрофии тканей и

органов).

РАССТРОЙСТВА РЕГУЛЯЦИИ ВНУТРИКЛЕТОЧНЫХ

ПРОЦЕССОВ

Нарушения жизнедеятельности клетки могут быть результатом расстройств одного или нескольких уровней реализации регуляторных механизмов. Основные из них приведены на рис. 5–12.

Действие патогенных факторов

Расстройство жизнедеятельности клетки

Рис. 5–12. Механизмы нарушения регуляции клетки при её

повреждении.

Межклеточные сигналы, реализуемые с участием БАВ информационного характера (гормоны, нейромедиаторы, цитокины,

хемокины и др.) реализуют регуляторные эффекты после взаимодействия БАВ с клеточными рецепторами.

Причины искажения регуляторного сигнала многообразны.

Наибольшее значение имеют изменения: – чувствительности рецепторов; – количества рецепторов; – конформации рецепторных

169

макромолекул; – липидного окружения мембранных рецепторов.

Указанные отклонения могут существенно модифицировать характер клеточного ответа на регулирующий стимул. Так, накопление токсичных продуктов СПОЛ при ишемии миокарда изменяет физико-химические свойства мембран. Это сопровождается нарушением реакций сердца на норадреналин и ацетилхолин,

воспринимающихся соответствующими рецепторами плазматической мембраны кардиомиоцитов.

РАССТРОЙСТВА НА УРОВНЕ ВТОРЫХ ПОСРЕДНИКОВ

На уровне внутриклеточных вторых посредников

(мессенджеров) – циклических нуклеотидов: аденозинмонофосфата

(цАМФ) и гуанозинмонофосфата (цГМФ) и других, образующихся в ответ на действие первых посредников — гормонов и нейромедиаторов,

возможны многочисленные расстройства. Примером может служить нарушение формирования МП в кардиомиоцитах при накоплении в них избытка цАМФ. Это является одной из возможных причин развития сердечных аритмий.

НАРУШЕНИЯ ОТВЕТА НА СИГНАЛ

На уровне метаболических процессов, регулируемых вторыми посредниками или другими внутриклеточными факторами, также возможны многочисленные расстройства. Так, нарушение активации клеточных ферментов, например в связи с дефицитом цАМФ или цГМФ, может существенно изменить интенсивность метаболических реакций и как следствие — привести к расстройству жизнедеятельности клетки.

170