Гипоксический некробиоз

На начальном этапе гипоксии любой этиологии в митохондриях снижается скорость аэробного окисления и окислительного фосфорилирования. Это ведет к уменьшению количества АТФ и увеличению содержания аденозиндифосфата (АДФ) и аденозинмонофосфата (АМФ). Снижаются функциональные возможности клетки, например, сократимость кардиомиоцитов, но для клетки это повреждение не является летальным.

Адаптация к гипоксии происходит ценой истощения запасов гликоге­на в клетке. Острая гипоксия создает условия для увеличения содержания лактата и свободного фос­фата в клетках (и в крови) и приводит к развитию ацидоза. Прогрессирующий ацидоз внутри­клеточной среды может вызвать денатурацию некоторых белков и формирование в цитоп­лазме зерен («мутное набухание», «зернистая дистрофия»).

Усиленное освобождение лактата при гипоксии формирует метаболический ацидоз. Но наиболее фундаментальное значение для клетки имеет влияние ацидоза на фруктофосфокиназу (ФФК). В зрелых клетках ФФК - кислотоугнетаемый фермент лимитирует адаптацию: гипоксия усиливает гликолиз, гликолиз порождает ацидоз, ацидоз тормозит гликолиз. В результате в клетке формируется настоящий дефицит АТФ, поскольку аэробный механизм не работает из-за кислородного дефицита, а анаэробный - из-за ацидоза.

Наиболее страдают основные потребители энергии — градиентсоздающие и сократительные системы клетки. При дефиците энергии утрачивается нормальный калий-натриевый градиент. Возникает недостаток ионов калия в клетках и их избыток во внеклеточной среде. Уменьшается потенциал покоя. Избыток натрия в клетке приводит к гипергидратации (появление «мутного набухания» и образование вакуолей - «баллонной дистрофии») и расстройствам работы цитоскелета – происхолит денатурация, декомпозиция и коагуляция внутриклеточных элементов.

Ключевую роль в процессе гипоксического некробиоза играет избыток ионизированного внутриклеточного кальция. Кальций проникает в клетку через потенциал-зависимые входные кальциевые каналы. Возбуждение кальций мобилизующих рецепторов ведет к активации фосфолипазы С и продукции липидных внутриклеточных посредников. Липидные внутриклеточные посредники взаимодействуют с мембранами митохондрий и цистерн гладкого эндоплазматического ретикулума, вызывая выход депонированного там кальция в цитоплазму.

Активация кальцием мембранных фосфолипаз способствует дезинтеграции клеточных мембран и выработке липидных медиаторов воспаления — производных арахидоновой кислоты, что может привести к развитию перифокального воспаления в очаге некробиоза. Кроме того, избыток кальция активирует ядерные эндонуклеазы, фрагментирующие ДНК, а также нейтральные протеазы способные разрушить цитоскелет и нарушить передачу информации к клет­ке.

При необратимом повреждении клетки митохондрии захватывают значительные количество кальция, это приводит к инактивации их ферментов, денатурации белков, стойкой утрате способности к продукции АТФ даже при восстановлении притока кислорода.

Свободно-радикальный некробиоз

Активные кислородсодержащие радикалы (АКР) – это высокотоксичные химически реакционноспособные молекулы с нечетным количеством электронов. Отнимая электроны у различных органических молекул, свободные кислородные радикалы могут превратить их в перекисные соединения и запустить своего рода цепные реакции внутри клетки.

АКР - физиологические метаболиты, образующиеся в клетке при нормальном обмене веществ. Они вырабатываются в клеточных органеллах в ходе работы микросомальной окислительной системы цитохрома Р₄₅₀ . Многие процессы, например образование конечных продуктов пуринового обмена и распад дофамина, обязательно сопровождаются выработкой АКР. Некоторые паракринные регуляторы (окись азота) являются свободными радикалами и усиливают образование АКР. Адренэргическая стимуляция приводит к усилению, а холинэргическая - к ослаблению продукции эндогенных АКP.

АКР способны взаимодействовать с сульфгидрильными группами в составе белков, изменяя биологические функции фер­ментов и рецепторов. Благодаря этому АКР, изменяя активность протеинкиназ, способ­ны модулировать клеточные ответы на раз­личные сигналы.

Осуществляя защитные реакции, клетки (особенно специализированные мезенхимальные элементы — макрофаги и гранулоциты) могут многократно усиливать продукцию АКР. В фагоцитирующей клетке происходит так называемый «метаболический взрыв», то есть многократное усиление потребления энергии. Значительная часть этой энергии расхо­дуется на образование супероксидного радикала:

О₂ + ē = О₂

АКР осуществляют бактерицидный эффект в фаголизосомах. Миелопероксидаза фагоцитов превра­щает перекись водорода и ионы хлора в вы­соко бактерицидный гипохлорит-анион:

Н₂О₂ + Cl^- = ClО^-+ Н₂О

АКР также секретируются в процес­се экзоцитоза, разрушают причинные агенты первичной аль­терации и, путем перекисного окисления мем­бран соседних клеток, осуществляют вторич­ное самоповреждение.

Под влиянием активных радикалов кислорода: 1) возрастает перекисное окисление липидов клеточных мембран, приводящее к освобождению медиаторов воспаления и токсинов; 2) нарушается сшивка мембранных, внеклеточных и внутриклеточных липидов и белков через сульфгидрильные группы с инактивацией ферментов и рецепторов; 3) повреждается ДНК, происходит остановка ее репликации и мутагенез (тератогенный или канцерогенный, а также цитостатический эффект).

Разрушающее действие АКР является ранним и мощным. Оно выходит на первый план, прежде всего, в тех случаях, когда резко ускоряется собственная продукция АКР – воспаление, инфекционное повреждение клеток, иммунопатологический цитолиз, разрушение опухолевых, микробных и зараженных вирусами клеток иммунной системы, травматический шок и синдром длительного раздавливания. К таким случаям относятся и те, когда повреждающий агент сам превращает воду и органические молекулы в свободные радикалы (радиацион­ное поражение клеток, отравление кислородом и озоном, включая гипербарическую оксигенацию, отравление двухвалентным железом).

Наконец, это могут химические повреждения клеток, при котором свободные радикалы формируются из молекул токсина или лекарства при их метаболизме (например, отравление четыреххлористым углеродом).

Высоким концентрациям АКР препятствуют механизмы антиоксидантной системы. Антиоксидаты — это молекулы, с общим лабильным водородным атомом с неспаренным электроном. Имеются три класса антиоксидантов.

В первую очередь, это каталаза и глютатионпероксидаза. Данные энзимы являются ферментами предупредительного действия, поскольку они восстанавливают пepекись водорода, провоцирующую цепной свободно-радикальный процесс, до неактивного состояния. Ферментом, прерывающим цепную реакцию перексидации, является супероксиддисмутаза. Она превращает супероксидный анион в менее активную перекись водорода, разрушаемую каталазой. И наконец, развовидностью антиоксидантов, связывающих железо и другие металлы, являются хелатирующие агенты.

Главными антиоксидантными субстратами клеток являются тиоловые соединения (глютатион, цистеин, Д-пенициламин). Протективное действие от АКР оказывают также витамины (Е, РР, С, В₂), микроэлементы (селен), биофлавоноиды и др.