«ТИПОВЫЕ ПАТОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ»

Повреждение клетки, дистрофия, некроз.

Живая клетка – элементарная единица строения и жизнедеятельности всех организмов, обладающая собственным обменом веществ, способная к самостоятельному существованию, самовоспроизведению и развитию. Непременным условием жизнедеятельности клетки является её обмен с окружающей средой веществом, энергией и информацией.

Этиология повреждения клеток.

Повреждение организма на любом уровне (молекулярном, клеточном, органном) представляет собой такое изменение его структуры и функции, которое ограничивает существованию организма в окружающей среде. Причины повреждения клеток могут быть экзогенными или эндогенными, инфекционными (вирусы, эндо- и экзотоксины микроорганизмов, много- и одноклеточные паразиты) или неинфекционными (агенты физической, химической или биологической (но неинфекционной) природы).

Повреждения бывают обратимыми и необратимыми. Например, после прекращения интоксикации лизосомы в цитоплазме поврежденной клетки восстанавливаются. Необратимые повреждения клеток может вызвать вирусная инфекция. Действие повреждающих факторов на клетки осуществляется прямо (первичные факторы повреждения) или опосредованно (формирование цепи вторичных реакций, реализующих повреждающее влияние первичных патогенных факторов).

Многие из вышеперечисленных агентов или воздействий, участвующих в развитии различных форм патологии клетки, получили название посредников — медиаторов повреждения. Примерами могут служить медиаторы воспаления, аллергии, канцерогенеза, лихорадки.

Механизмы повреждения клеток

Повреждение клеток выражается нарушением структуры и функции мембран. Повреждение липидных компонентов клеточных и субклеточных мембран возникает несколькими путями. Важнейшими из них являются перекисное окисление липидов (ПОЛ), активация мембранных фосфолипаз, осмотическое растяжение пептидной основы мембран (рис.2.1).

При патологии клеточной мембраны нарушаются ее основные функции: 1) мембранного транспорта; 2) изменение проницаемости мембраны; 3) изменение коммуникации клеток и их "узнавания"; 4) изменение подвижности мембран и формы клеток; 5) изменение синтеза и обмена в мембранах.

Мембранный транспорт предполагает перенос ионов и других субстратов против градиента концентрации. При этом нарушается функция клеточных насосов и угнетаются процессы регуляции обмена веществ между клеткой и окружающей ее средой. Энергетической основой их работы являются процессы фосфорилирования и дефосфорилирования ферментов - аденозинфосфатаз за счет энергии АТФ. Эти ферменты "вмонтированы" в белковую часть клеточных мембран. Там же работают ионные каналы, через которые проходят в клетку и из клетки ионы, вода и другие вещества (например, аминокислоты).

Повреждение Na-K-насоса вызывает освобождение ионов К⁺ из клетки и накопление в ней ионов Na⁺, что характерно для гипоксических состояний, токсических повреждений клетки (яд кобры, каракурта), инфекционных поражений, аллергии, снижения температуры внешней среды. С транспортом ионов Na⁺ и К⁺ тесно связан транспорт ионов Са⁺⁺. Интегральное выражение этих нарушений иллюстрируется на примере гипоксии миокарда, которая, прежде всего, проявляется патологией митохондрий.

Повреждение мембран митохондрий является ключевым в повреждении клеток. Ишемическое повреждение митохондрий приводит к нарушению функции Na-К-АТФазного насоса, постепенному накоплению в клетке Na⁺ и потере калия, что в совокупности ведет к вытеснению Са⁺⁺ из митохондрий. В результате повышается уровень ионизированного кальция в цитоплазме, что, в свою очередь, приводит к расхождению клеточных стыков, активации фосфолипаз. Эндоплазматическая сеть накапливает воду и ионы, следствием чего является развитие гидропической дистрофии. Усиление гликолиза сопровождается истощением гликогена, накоплением лактата и снижением рН. Таким образом, накопление Са⁺⁺ в клетке можно считать универсальным механизмом клеточной деструкции.

Для клеточного "общения" и "узнавания" необходимы различия во внешних поверхностях плазматических мембран и мембран внутриклеточных органелл. В этом отношении особый интерес представляет гликокаликс мембраны с поверхностными антигенами-маркерами определенного типа клеток. При различных патологических процессах (воспаление, регенерация, опухолевый рост) поверхностные антигены могут изменяться.

Коммуникабельность клеток определяется также состоянием клеточных стыков, которые могут повреждаться при различных патологических состояниях и болезнях. Межклеточное взаимодействие и кооперация клеток тесно связаны с клеточной рецепцией и медиацией. Нарушение межклеточного взаимодействия ведет к разнообразной патологии клеток.

Одним из неспецифических проявлений повреждения клетки является потенциал повреждения (мембранный потенциал), который представляет собой разность потенциалов между неповрежденной и поврежденной поверхностями клетки. Поврежденная ткань (клетка) становится электроотрицательной по отношению к своим неповрежденным участкам. Разность потенциалов обусловлена уменьшением количества ионов К⁺ на поврежденной поверхности.

Одним из важнейших неспецифических проявлений повреждения тканей и клеток является нарушение обмена воды. В поврежденной клетке вода из цитоплазмы выходит в окружающую среду, что приводит травматическому отеку интерстиция. Повреждение тканей сопровождается увеличением концентрации протонов клеток (ацидоз). Различают ацидоз первичный, возникающий независимо от вида повреждающего агента - вследствие активации протеолиза, гликогенолиза и гликолиза в поврежденной клетке (большое значение при этом имеет повреждение лизосом); и ацидоз вторичный – развивающийся при воспалении (через несколько часов после повреждения).

Механизмы гибели клеток

Любая клетка функционирует либо в условиях нормы (гомеостаз), либо приспосабливается к экстремальным условиям (адаптация) существования, либо гибнет при превалировании повреждения над адаптивными возможностями (некроз) или при воздействии соответствующего сигнала (апоптоз).

Гомеостаз (гомеорез) — метаболическое и информационное равновесие клеток друг с другом, а также с межклеточным матриксом, жидкостями организма и гуморальными факторами. Гомеостаз – постоянство внутренней среды. Жизнь клетки — это постоянное приспособление к различным воздействиям. Сигналы, изменяющие гомеостаз клетки, действуют либо извне (гормоны, цитокины, хемокины), либо изнутри клетки (например, экспрессия генов, ведущая к синтезу ферментов, регулирующих внутриклеточные реакции).

При стимуляции различными сигналами клетка может перейти на новый уровень интенсивности своего функционирования. Такой ответ может быть назван клеточной адаптацией. Увеличение или усложнение программ жизнедеятельности приводит к возрастанию синтеза и сборки органоидов, в результате чего увеличивается размер клетки и количество функционирующих структур в ней – адаптация в форме гипертрофии.

В ряде случаев управляющий сигнал включает программу деления - происходит адаптация в форме увеличением числа клеток – гиперплазия. Несмотря на существование множества разных типов клеток адаптивные реакции в них как правило развиваются в виде стандартных изменений (набухания клеток и клеточных структур, их гиперфункции, атрофии, гипертрофии, гиперплазии, метаплазии). Если адаптационные возможности недостаточны или если применяемые для адаптации и защиты программы несовершенны и сами порождают вторичные нарушения, происходит повреждение клетки.

Процесс, предшествующий гибели клетки, представляет собой обратимую стадию её повреждения – паранекроз. Глубокая, частично необратимая стадия повреждения клетки, непосредственно предшествующая моменту ее смерти - некробиоз.

По цитологическим критериям клетка считается погибшей, если имеет место конденсация ядра (кароипикноз) с последующим его растворением (кариолизис) или распадом на конденсированные глыбки (кариорексис). Гибель клетки происходит вследствие её значительного повреждения (некроз) или активации специализированной программы смерти (апоптоз). Понятие «некроз» рассматривается как синоним термина «гибель клетки от повреждения». Одним из основных механизмов гибели клетки является лизис (рис.2.2)

Выделяют две основные разновидности некроза – коагуляционный и коликвационный. При коагуляционном или сухом некрозе в клетке происходит коагуляция белков и выраженное накопление кальция с агрегацией элементов цитоскелета. Очаги такого некроза легко кальцифицируются. Ядро удаляется, а протеолиз блокируется или носит ограниченный характер, вокруг возникает воспаление с выраженным отложением фибрина и набуханием межклеточного вещества. Данный тип некроза – самый частый. Он провоцируется тяжелой гипоксией в клетках миокарда при инфаркте, моделируется при действии концентрированной кислоты и высокой температуры на ткани.

При колликвационном некрозе доминируют гидролитические процессы лизосомального аутолиза или гетеролиза при участии фагоцитов. Ткань размягчается, процессы коагуляции менее выражены, отмечается значительное накопление активных гидроксильных радикалов и эндогенное омыление клеток, разрушающее мембраны. Колликвационный некроз развивается в ткани мозга при инсульте, и в тканях, богатых липидами (как при травме жировой клетчатки или при тяжелом панкреатите). Разновидностью бактериального некроза с преобладанием колликвационного процесса является влажная гангрена.

Некробиоз с последующим некрозом – не единственный путь, приводящий к разрушению клеток в живом организме. Существует два основных механизма некробиоза: «гипоксический» и «свободнорадикальный».