- •Глава 3 местные и общие реакции организма на повреждение
- •3.1.2. Нарушение функций мембранных структур клетки при действии повреждающих агентов
- •Критерии оценки увеличения проницаемости цитоплазматической мембраны
- •Нарушение структуры и функций митохондрий
- •Изменение активности ферментов и рецепторов. Активация ферментов лизосом
- •Повреждение рибосом и полисом
- •3.1.3. Повреждение генетического аппарата клетки
- •3.1.4. Необратимое повреждение _ клеток при острой гипоксии
- •Иокы кальция и активация фосфолипазы
- •3.1.6. Основные механизмы нарушения барьерной функции биологических мембран при патологии
- •Механическое (осмотическое) растяжение
- •Свободные радикалы и их роль в патологии
- •Методы изучения свободных радикалов.
- •3.1.7. Свободнорадикальное (перекисное) окисление липидов
- •3.1.8. Стабильность липидного слоя мембран и явление электрического пробоя
- •3.2. Общие реакции организма на повреждение
- •] 3.2.1. Общий адаптационный f синдром (стресс)
- •Роль калликреин-кининовой системы
- •Роль системы комплемента
- •Ведущими патогенетическими звеньями
- •3.2.4. Кома
Иокы кальция и активация фосфолипазы
тохондриями было показано, что при инкубации этих органелл происходит их быстрое повреждение (за 15-20 мин при 37 °С), если в окружающей их среде нет кислорода и присутствуют ионы кальция в концентрациях (порядка 10 3 М), соизмеримых с концентрацией этих ионов в цитоплазме клеток в условии гипоксии. Повреждение вызвано активацией ионами кальция фермента фосфолипазы А2, расположенного на внутренней мембране митохондрий. Фосфолипаза А2 гидролизует сложноэфирные связи в молекуле фосфолипида, при этом образуются свободная жирная кислота (СЖК) и лизофосфолипид (ЛФ), например лизофосфатидилхолин при гидролизе фосфатидилхолина (лецитина):
Здесь Rj, R2 - углеводородные цепи жирных кислот.
Как известно, фосфолипазы присутствуют в пищеварительном соке поджелудочной железы, а также практически во всех мембранных структурах клетки, включая митохондрии, лизосомы, плазматические мембраны. В мембранах фосфолипазы обычно находятся в малоактивном состоянии, так как фосфолипазы активируются ионами кальция и ингибируются ионами магния, а в цитоплазме как раз мало кальция (10 7 М и менее) и относительно много ионов Mg (около 103 М). Увеличение проницаемости плазматической мембраны при повреждении клетки или при открывании кальциевых каналов (т. е. возбуждении клетки), равно как и выключение ионных насосов за счет недостатка энергии в клетке, приводит к увеличению концентрации кальция в цитоплазме. Некоторое повышение его концентрации (до 10 6 М) следует считать нормальным механизмом регуляции внутриклеточных процессов, так как кальций является вторичным посредником при действии многих гормонов, медиаторов и при генерации потенциалов действия в ряде клеток. Умеренная актива-
ция фосфолипазы А2 - также нормальное физио-
звеном в цепи образования физиологически активных производных арахидоновой кислоты.
Чрезмерное увеличение концентрации ионов кальция в цитоплазме и активация фосфолипазы приводят к потере мембранами их барьерных свойств и нарушению функционирования клеточных органелл и клетки в целом.
В аэробных условиях ионов кальция вокруг митохондрий мало (10 7 - 106М) и фосфолипаза умеренно активна. В отсутствие кислорода исчезает электрический потенциал на мембране митохондрий, который удерживал ионы кальция в матриксе, и кальций выходит в цитоплазму. Связываясь с активным центром фосфолипазы А2 (который как раз расположен с наружной стороны внутренней мембраны), ионы кальция активируют фермент. Гидролиз фосфолипидов приводит к потере мембраной ее барьерных свойств, и митохондрии теряют способность как к окислительному фосфорилированию, так и к закачиванию кальция в матрикс.
Последовательность нарушений в клетке при гипоксии. Последовательность изменений в клетке в результате прекращения доступа кислорода (аноксии) одинакова для самых различных тканей. Это показали опыты со срезами тканей, изолированными клетками и изолированными клеточными органеллами, в частности митохондриями. В клетках печени, находящихся в условиях Аноксии при комнатной температуре, последовательность событий такова:
0-5 мин аноксии: снижение уровня АТФ в клетке в 2-4 раза, несмотря на активацию гликолиза;
5-15 мин: повышение концентрации Са2+ в цитоплазме клетки. Активация гидролитических ферментов, в том числе фосфолипазы А2 митохондрий. Содержание Са2+ в митохондриях повышается, так как они еще не повреждены;
15-30 мин: гидролиз митохондриальных фосфолипидов фосфолипазой А2 и нарушение барьерных свойств митохондриальной мембраны. Реоксигенация ткани на этой стадии приводит к активному набуханию митохондрий. Дыхательный контроль в митохондриях нарушен, окислительное фосфорилирование разобщено, способность митохондрий накапливать ионы кальция снижена;
30-60 мин: частичное восстановление функ-ций митохондрий, временное повышение дыхательного контроля, способности накапливать кальций. Механизм компенсаторных процессов, приводящих к временному улучшению функций митохондрий, неизвестен, но связан с функцией клетки в целом, так как при анаэробной инкубации изолированных митохондрий это явление не наблюдается;
60-90 мин: необратимое повреждение митохондрий и полная гибель клеток. При температуре тела человека все эти процессы протекают в два-три раза быстрее; кроме того, в разных тканях они протекают с разной скоростью: быстрее всего в мозге, медленнее - в печени, еще медленнее - в мышцах.
3.1.5. «Порочный круг» клеточной патологии
Увеличение внутриклеточного содержания кальция и нарушение биоэнергетических функций митохондрий являются общими признаками для клеток, поврежденных в результате действия самых различных неблагоприятных факторов. Эти два события - не простое следствие других изменений в поврежденных клетках: они лежат в основе нарушения функций поврежденных клеток и могут рассматриваться как главные звенья в цепи событий, приводящих к развитию неспецифической реакции клеток на повреждение. Взаимоотношения между первичным повреждением клеточных структур, процессами биоэнергетики и содержанием кальция в цитоплазме представлены в виде схемы на рис.4.
Согласно этой схеме, первичными мишенями действия повреждающих агентов служат мембранные структуры клетки, в которых могут подвергаться разрушению липидный бислой, рецепторы, белковые переносчики ионов и молекул, ионные каналы, а также встроенные в мембраны ферменты, включая ионные насосы. Увеличение проницаемости мембран и подавление работы ионных насосов, непосредственно вызванные действием повреждающих факторов (токсические соединения, свободные радикалы и продукты липидной пероксидации, недостаток АТФ и т.д.), приводят к увеличению концентрации натрия и кальция в цитоплазме. Последнее сопровождается дисбалансом внутриклеточных сигнальных систем и активацией ряда ферментов, включая некоторые протеазы, эндонуклеа-
зы и фосфолипазу А2. Гидролиз фосфолипидов мембран фосфолипазой приводит к дальнейшему нарушению барьерных свойств липидного бислоя, что вызывает еще больший рост уровня кальция в цитоплазме, набухание митохондрий и еще большее их повреждение. «Порочный круг» замыкается, и клетка может погибнуть.