Основные причины гибели клеток

Смерть клеток при ишемии

Ишемия — снижение или полное прекращение кровообращения в органах. В зависимости от степени выраженности и продолжительности она вызывает развитие разных вариантов смерти клеток. При незначительной степени ишемии, а также в случаях её хронического течения ишемизированные клетки подвергаются атрофии и апоптозу. При остро развивающейся выраженной ишемии в органах появляются различные варианты некроза (инфаркт, гангрена).

Ишемическая смерть клеток является наиболее часто встречающимся вариантом их гибели. Она закономерно развивается в органах и тканях при различных заболеваниях сердца и сосудов, цереброваскулярных заболеваниях, атеросклерозе, гипертонической болезни и васкулитах. Морфогенетическая особенность этого вида смерти клеток обусловлена тем, что разрушение ультраструктур начинается с повреждения митохондрий и приводит к энергетическому дефициту, активации анаэробного гликолиза, нарушению работы ионных помп и накоплению Са²⁺ в клетках, активации Са²⁺ зависимых фосфолипаз и протеаз, разрушающих мембраны.

Свободнорадикальная смерть клеток

Свободные радикалы — нестабильные, высокореактивные ионы или молекулы, имеющие неспаренный электрон во внешнем электронном слое. Образовавшись, они создают новые свободные радикалы, сами выступая в роли катализаторов этих реакций. Наиболее известные свободные радикалы представляют собой производные кислорода. К ним относятся супероксиданион-радикал (O₂^–), перекись водорода (H₂O₂) и гидроксильный радикал (OH^).

Кислородные радикалы образуются в малых количествах в норме как побочный продукт клеточного дыхания. Однако, едва образовавшись, свободные радикалы в здоровой клетке связываются естественными антиоксидантами и нейтрализуются под действием защитных ферментов. Если эти физиологические защитные механизмы не срабатывают, то свободные радикалы накапливаются в клетке, достигая токсической концентрации. Кислородные радикалы также образуются лейкоцитами, которые используют эти реактивные молекулы для уничтожения бактерий.

Супероксиданион-радикал инактивируется под действием супероксиддисмутазы, а пероксид водорода — под действием каталазы и глутатионпероксидазы.

Свободные радикалы повреждают клетку перекисным окислением липидов (повреждение мембран), «сшиванием» белков (инактивация ферментов), разрывом молекул ДНК (нарушение транскрипции и появление мутаций).

Смерть клеток при действии ионизирующей радиации

Радиационное поражение может быть прямым и косвенным.

 Прямое. Непосредственно повреждается ДНК, мембраны, другие структуры клетки.

 Косвенное. Вызывает продукцию активных радикалов кислорода в поражённой клетке, которые являются токсичными и повреждают радиоактивно поражённые и соседние клетки.

Радиационное поражение высокой силы обычно смертельно и приводит к гибели клеток путём некроза и апоптоза. В то время как низкоэнергетическое радиационное поражение может вызывать гибель клеток или мутации, которые могут приводить к злокачественному преобразованию.

Существует внешнее и внутреннее воздействие радиации на организм. Наибольшие трудности вызывает внутреннее облучение, когда радиоактивные вещества способны поступать в организм через лёгкие при дыхании, вместе с пищей, через повреждения и разрывы на теле и непосредственно проникая через здоровую кожу.

Попавшие в лёгкие радиоактивные частицы практически не выводятся из организма естественным путём, а оседают на внутренних поверхностях лёгочной ткани. В зависимости от размеров вдыхаемых ядерных частиц они могут поступать, а затем оседать и задерживаться в различных участках дыхательной системы. Осаждение частиц зависит от их диаметра. В полости носа задерживаются частицы диаметром более 50 мкм, трахее — 30–50 мкм, в бронхах — 10–30 мкм, в бронхиолах — 3–10 мкм, в альвеолах — 1–3 мкм, где могут захватываться и накапливаться альвеолярными макрофагами. Частицы, диаметр которых меньше 0,5 мкм, в лёгких практически не задерживаются.

Изотоп ¹³⁷Сs входит в состав частиц 5–25 мкм, ²³⁹Рu — 12 мкм. Это свидетельствует о том, что данные частицы оседают в основном в мелких бронхах и бронхиолах. Излучение приводит к разрыву ДНК. В респираторном эпителии, который характеризуется высокой активной пролиферацией, отчётливая реакция развивается в течение 2–3 нед от момента облучения. Признаки повреждения возникают лишь спустя месяцы или годы после облучения. В дополнение к молекулярным изменениям существует отдельный воспалительный синдром. Он может быть инициирован высвобождением свободных радикалов, аналогично тому, который наблюдается при респираторном дистресс-синдроме взрослых (РДВС). Другой источник повреждения ткани при радиации представляют нейтрофилы, макрофаги и лимфоциты, которые поступают в интерстиций и альвеолярные пространства. Поражения кровеносных сосудов приводят к экссудации протеинов плазмы в экстраваскулярные зоны, и этот экссудат может инициировать фиброз. В этот процесс могут быть вовлечены цитокины. При помощи фибронектина и альвеолярного макрофагального фактора роста альвеолярные макрофаги и нейтрофилы являются важными клетками в индукции радиационного фиброза. Данные особенности локализации инициального повреждения лёгочных тканей при радионуклидных поражениях и лежат в основе развивающихся в лёгких патологических процессов. В случае мелких размеров частиц и повреждения слизистой мелких бронхов, бронхиол и альвеол возникают бронхиты, бронхиолиты и фиброзирующий альвеолит. Накопление радионуклидов в интерстиции, а также хроническое воспаление приводят к возникновению очагового и диффузного интерстициального пневмосклероза. В естественных условиях радионуклидные частицы имеют сложный состав и содержат не только радиоактивные элементы, но и пылевые частицы различной природы, что может приводить к сочетанному воздействию на лёгочную ткань — радиоактивному и пылевому. Развивающийся при этом фиброз также благоприятствует накоплению в лёгочной ткани радиоактивного материала, поскольку ведёт к нарушениям лимфо- и кровообращения в ней.