Что такое специфическое повреждение клетки

Что такое специфическое повреждение клетки

Часть первая. ОБЩАЯ НОЗОЛОГИЯ

Раздел II. ОБЩАЯ ПАТОФИЗИОЛОГИЯ КЛЕТКИ

В поврежденных клетках активируются протеазы лизосом, которые переваривают поврежденные клетки и этим способствуют их удалению из организма.

Повреждение кожи ультрафиолетовыми лучами освобождает фермент тирозиназу, под влиянием которой образуются пигменты, защищающие кожу от воздействия этих лучей.

Давно известны изменения структуры клеток при различных заболеваниях, которые в настоящее время именуются клеточными дистрофиями.

В протоплазме клеток при дистрофиях наблюдаются вакуолизация, помутнение (мутное набухание), появление различных грубодисперсных осадков (гиалиноз), мукоидоз, восковидные дистрофии и др.

Наблюдается диффузное окрашивание протоплазмы (например, нейтральным красным). Эти изменения свойств протоплазмы указывают на ее денатурацию.

Патофизиологические изменения в поврежденной клетке изучаются сейчас электронно-микроскопическими и гистохимическими методами, методами микрокиносъемки, а также всеми современными физико-химическими методами исследования живых клеток.

Глава 1. Патофизиологические выражения повреждения клеток

§ 19. Специфические выражения повреждения клеток

Каждое повреждение выражается специфическим нарушением структуры и функции клетки. Для механического повреждения таким специфическим нарушением будет нарушение целости структуры ткани, клеток, субклеточных и межклеточных структур. Для термического повреждения специфическим его выражением будет коагуляция и денатурация белково-липоидных структур клеток. При радиационной травме специфическим повреждением будет образование свободных радикалов в поврежденных клетках с последующим нарушением окислительных и других процессов в поврежденной клетке. Специфическим выражением повреждения тканей кожи является резкое снижение содержания гидроксипролина и кислых полисахаридов и накопление мукогликопротеида, а также гексозамина. Исчезает также нерастворимый коллаген.

При специфическом химическом (токсическом) повреждении специфическим является торможение (ингибиция) отдельных клеточных ферментов или их групп, например подавление активности цитохромоксидазы цианидами, торможение сукцинатдегидрогеназы солями малоновой кислоты, торможение холинэстеразы диизопропилфторфосфатом (нервным ядом) и другими фосфорорганическими ингибиторами. В соответствующих концентрациях эти вещества вызывают необратимые повреждения клеток и их гибель.

Известны также многочисленные виды специфического повреждения клеток, вызванного ингибицией отдельных ферментов или их групп, которые не сопровождаются гибелью клетки, но существенно изменяют характер ее обмена веществ. К таковым относится, например, торможение гликолиза монойодацетатом, торможение процессов фосфорилирования глюкозы в эпителии канальцев почек флоридзином. Специфическое подавление пируватоксидазной системы лежит в основе повреждающего действия боевых отравляющих веществ, содержащих мышьяк, например люизита.

Некоторые токсины животного и бактериального происхождения, проникая в клетку, вызывают избирательное угнетение активности ряда ферментов. Причина повреждающего действия многих ядов заключается в их способности растворяться в липидах (змеиные яды, токсины микробов группы газовой гангрены). Липидные оболочки окружают некоторые субклеточные образования внутри протоплазмы клеток, в которых содержатся ферменты, часто противоположного действия. Ингибиция ферментов одного вида действия, например синтетаз, вызывает активацию гидролитических ферментов в лизосомах. Это приводит к протеолизу и расплавлению клетки (цитолиз, кариолиз и т. д.).

§ 20. Неспецифические выражения повреждения клеток

К неспецифическим (или общим) проявлениям повреждения клетки относятся: денатурация белков, внутриклеточный ацидоз, отек, освобождение из клеток ионов калия и другие изменения.

В табл. 1 приведены данные о содержании ионов натрия и калия в некоторых клетках.

Любое повреждение сопровождается изменением проницаемости клеточных мембран и состояния протоплазмы поврежденной клетки. При повреждении чаще всего наблюдается увеличение проницаемости поврежденной клетки как к макромолекулам (белки, коллоидные краски), так и к веществам с низкой молекулярной массой (аминокислоты, глюкоза), а также к ионам. Наблюдается усиление окрашиваемости поврежденных клеток различными красками (нейтральный красный и др.). Последний процесс связан также с усилением сорбционных свойств поврежденной клетки.

Повреждение липидных компонентов клеточных и субклеточных мембран возникает несколькими путями. Важнейшие из них:

Сущность перекисного окисления заключается в том, что под влиянием повреждающих агентов (ионизирующая радиация, УФ-лучи, фосфор, этиловый спирт и др.) в результате прямого взаимодействия кислорода с ненасыщенными жирными кислотами (НЖК) образуются так называемые свободные радикалы (ROO, НО и др.), обладающие сильной окислительной способностью. Они окисляют НЖК фосфолипидов клеточных, в том числе митохондриальных и микросомальных мембран, что приводит к образованию гидроперекисей (ROOH), повреждающих ферментативные белки клеточных мембран. Цепная реакция перекисного окисления липидов может быть прервана взаимодействием радикалов с витамином Е, входящим в состав клеточных мембран. Процесс активации молекулярного кислорода при перекисном окислении можно представить так. Фосфолипазы (например, митохондрий печени) являются ферментами мембран и отщепляют жирные кислоты от 2-го атома углерода ненасыщенных жирных кислот. Под влиянием повреждения, например гипоксии, фосфолипаза активируется и гидролизует фосфолипиды мембран. Возникает увеличение проницаемости мембран для воды, ионов и белков (рис. 2).

Грубые нарушения мембран возникают под влиянием разрыва их структур, так происходит, например, при осмотическом гемолизе (Ю. А. Владимиров). Повреждающее действие белковых макромолекул выражается прежде всего воздействием на белковый (ферментный) компонент клеточных мембран. Вследствие этого нарушаются функции клеточных насосов и процессы регуляции обмена веществ между клеткой и окружающей ее средой.

При повреждении клеточных мембран нередко наблюдается также освобождение из клеток в окружающую среду (кровь) различных ферментов. Например, при повреждении печени наблюдается освобождение в кровь фермента аспартатаминотрансферазы (АсТ), который вызывает перенос аминогрупп от аспарагиновой кислоты на аланин. Определение АсТ используется в диагностике гепатита. Наблюдается выхождение β-глюкуронидазы и других ферментов.

Обмен воды в тканях при повреждениях. Одним из важнейших неспецифических выражений повреждения тканей и клеток является нарушение обмена воды в поврежденных клетках. Оно заключается в том, что в поврежденной клетке вода освобождается из ее протоплазмы и выходит в среду, окружающую клетку. Соответственно увеличивается содержание внеклеточной (экстрацеллюлярной) воды в поврежденной ткани. Этот процесс создает так называемый травматический отек. Характерными примерами травматического отека могут служить отек мозга при травмах мягких тканей головы и черепа, при сотрясении мозга, отек мышечной и соединительной тканей при травмах конечностей, переломах костей. Чем сильнее повреждение, тем больше поврежденная ткань отдает воды в межклеточную жидкость, кровь и лимфу.

Освобождение калия из тканей в кровь происходит при механической травме, различных интоксикациях, аллергических состояниях и многих других повреждениях органов и тканей. Увеличение содержания калия в окружающей клетку среде наблюдается и при гипоксии тканей (например, инфаркт миокарда); понижение содержания его в клетке происходит также под влиянием больших доз минералокортикоидного гормона (см. главу «Патофизиология эндокринной системы»).

Изменения активности внутриклеточных ферментов. Эти изменения возникают вследствие повреждения митохондрий, разрушения лизосом и эндоплазматического ретикулума, рибосом и других внутриклеточных органелл.

Для повреждения клетки характерна активация внутриклеточных протеаз (катепсинов, триптаз). Это возникает отчасти вследствие понижения активности ингибиторов клеточных протеаз поврежденной клетки. Активация клеточных протеаз вызывает усиление распада белково-липоидных компонентов протоплазмы. Продукты протеолиза как более низкомолекулярные вещества вызывают изменения протоплазмы поврежденной клетки.

Нарушается коллоидное состояние белково-липоидных комплексов протоплазмы в форме различной степени ее разжижения или коагуляции. Возникает также накопление кислых продуктов протеолиза (полипептидов, некоторых аминокислот) и снижение pH поврежденной клетки. Эти процессы лежат в основе аутолиза поврежденных клеток.

В митохондриях поврежденной клетки возникают различные нарушения активности внутриклеточных окислительных ферментов (сукцинатдегидрогеназа и др.). Вследствие этого дыхание (поглощение кислорода) поврежденных клеток понижается. Одновременно увеличивается аэробный гликолиз, так как деятельность ферментов, тормозящих этот процесс в присутствии кислорода (эффект Пастера), угнетается. В некоторых случаях повреждения угнетению дыхания и пастеровского эффекта предшествует период (фаза) активации этих процессов. На рис. 3 показаны изменения дыхания и гликолиз клетки печени крысы под влиянием хинина при изучении в аппарате Варбурга.

Уменьшение окислительного фосфорилирования является важным показателем повреждения тканей. О нем судят по уменьшению коэффициента:

Процесс этот обеспечивается энергией фосфорилирования макроэргов (АТФ и др.). Повреждение тканей сопровождается резким уменьшением коэффициента окислительного фосфорилирования. Так, например, P/O для тканей изолированной почки через 3 ч нахождения ее в условиях гипоксии уменьшается вдвое. Этот коэффициент является важным критерием не только для оценки степени повреждения переживающего органа (например, почки), но и при решении вопроса о жизнеспособности, пригодности его для трансплантации.

При гипоксии в результате уменьшения содержания в клетке макроэргических фосфорных соединений (АТФ и др.) нарушается работа кальциевого насоса, который питается энергией АТФ. Ионы кальция устремляются внутрь клетки и активируют фосфолипазу А₂ митохондрий. Фосфолипаза А₂ разрушает липидные компоненты клеточных мембран, что в свою очередь нарушает функции Na-К-насоса и Н-ОН-насоса и увеличивает проницаемость мембран для этих ионов. Если гипоксия непродолжительна (10-20 мин для миокарда), указанные выше нарушения исчезают. Более длительная гипоксия вызывает необратимые изменения и повреждения клеточных мембран в вышеуказанном направлении.

Ацидоз повреждения. Любое повреждение клетки сопровождается ацидозом ее протоплазмы (pH падает до 6 и ниже).

Первичный ацидоз повреждения клеток следует отличать от вторичного ацидоза в воспаленной ткани, который возникает значительно позднее (через несколько часов) после нанесения повреждения.

Медиаторы повреждения. Во многих случаях болезнетворный агент вызывает повреждение клеток и тканей не непосредственно, а через промежуточные продукты первичного воздействия болезнетворного агента на клетки. Эти продукты можно обозначить как «медиаторы повреждения». Всасываясь в кровь, они разносятся по организму и могут вторично вызывать как местные (воспаление), так и общие (шок) реакции. Давно известны такие токсические продукты повреждения скелетных мышц, как гистамин, аденозин, различные полипептиды. Повреждение лизосом сопровождается освобождением многих гидролитических ферментов (катепсины и др.), которые активируются и вызывают дальнейшее разрушение, аутолиз поврежденных клеток. Многие медиаторы повреждения (гистамин, кинины, серотонин и др.), вызывающие воспалительные и аллергические реакции, описываются также под названием «медиаторы воспаления» и «медиаторы аллергии». Повреждение нервной ткани сопровождается освобождением медиаторов: ацетилхолина, норадреналина и других промежуточных продуктов обмена нервной ткани.

Медиаторы повреждения являются важным промежуточным звеном в развитии процессов повреждения клеток и тканей.

ССС можно обнаружить только с помощью специальных фотоумножителей. ССС используют для оценки состояния жизнеспособности (или степени повреждения) переживающих консервированных тканей (роговицы, кости и др.).

Сопротивление тканей электрическому току (электропроводность). Снижение сопротивления живых тканей и клеток переменному электрическому току относительно низкой частоты (1-10 килоциклов в секунду) является важным показателем повреждения тканей.

В табл. 2 приведены данные омического и емкостного сопротивления некоторых тканей.

Замечено, что различные повреждения вызывают снижение главным образом омического сопротивления. Определяют и общее сопротивление к переменному электрическому току (импеданс) тела человека в целом.

Установлено, что импеданс уменьшается при различных состояниях возбуждения центральной нервной системы, при вегетативных неврозах. Увеличение потоотделения резко снижает (в 1000 раз) сопротивление кожи человека электрическому току разных частот.

Мембранный потенциал. Уменьшение мембранного потенциала является одним из характерных неспецифических выражений повреждения клеток. Оно может быть обусловлено нарушением структур цитоплазматической мембраны или нарушением деятельности мембранных ионных насосов, поддерживающих разность концентрации ионов по обоим сторонам мембраны и связанную с этим трансмембранную разность потенциалов.

На рис. 4 представлено снижение мембранного потенциала печени крысы при асфиксии. Снижение мембранного потенциала наблюдается также при холодовом, радиационном, аллергическом и других повреждениях клеток, лизосом и прочих субклеточных структур.

Источник

Что такое специфическое повреждение клетки

Введение.

Результаты.

Классификация клеточных повреждений.

По степени нарушения внутриклеточного гомеостаза выделяют [2]:

Патогенетические виды повреждений [3]:

1.Повреждение насильственного характера — наблюдается в случае, когда клетка абсолютно здорова, ее защитно-компенсаторные механизмы находятся в норме, однако сила и интенсивность повреждающего агента настолько велика, что он, воздействуя на клетку, приводит к её повреждению. Наиболее чувствительны к этому повреждению функционально малоактивные клетки, которые обладают небольшой силой собственных механизмов для поддержания гомеостаза.

Причины клеточных повреждений по происхождению [4]:

Внешние(экзогенные) стимулы воздействуют извне. Выделают следующие виды агентов экзогенного происхождения:

1)Агенты физического характера: колебания температур, действие электрического тока, механические повреждения, ультрафиолет, электромагнитные явления.

2)Агенты химического характера: кислоты/щелочи, соли тяжелых металлов, низкомолекулярные неорганические вещества (альдегиды, фенолы), высокомолекулярные вещества (иммуноглобулины).

3) Агенты биологического характера: вирусы, бактерии.

Внутренние(эндогенные) стимулы находятся в клетке. Выделают следующие агенты эндогенного происхождения:

1) Агенты физического характера: свободные радикалы, смена осмотического давления

2) Агенты химического характера: ионы, кислород, метаболиты, физиологически активные вещества (гормоны)

3) Агенты биологического характера: продукты жизнедеятельности других поврежденных и погибших клеток

Клеточное повреждение под действием одного повреждающего агента, может быть связано с увеличением или уменьшением его количества в клетке. К примеру, рассмотрим избыток и недостаток кислорода в тканях: при его избытке активируется процесс свободнорадикального перекисного окисления липидов (СПОЛ), в результате которого повреждаются ферменты и клеточные мембраны; недостаток кислорода, наоборот, нарушает нормальное течение окислительных процессов, снижает образование АТФ и, в целом, наблюдается нарушение со стороны функций клеток.

Выводы.

В заключение хотелось бы отметить, что повреждение клеток вне зависимости от вида, всегда будет иметь как отрицательные проявления, так и положительные. Если вспомнить суть первичного и вторичного повреждения клетки, то нельзя однозначно сказать, хорошо это или плохо, так как для разных ситуаций повреждение клетки будет по-разному сказываться на общее состояние организма. К примеру, после первичного повреждения клетки, организм не смог своевременно его ликвидировать, и оно перешло во вторичное повреждение, распространившись на соседние клетки [5]. С одной стороны, это плохо, так как на заживление вторичного повреждения организму придется затратить больше сил, энергии, времени и включить все свои дополнительные защитные и компенсаторные резервы. Но, с другой стороны, если соседние клетки оказываются опухолевыми, то в результате перехода первичного повреждения во вторичное, эти клетки будут также повреждаться и удаляться, соответственно, это будет положительным эффектом.

Источник