Повреждение митохондрий

Митохондрии ограничены двумя мембранами: наружной и внутренней. Внутренняя мембрана ограничивает внутреннее пространство митохондрий - матрикс. На выпячиваниях внутренней мембраны – кристах содержатся белки системы переноса электронов и сопряженного с ним процесса фосфорилирования. В матриксе митохондрий находятся ферменты цикла трикарбоновых кислот. Основной функцией митохондрий является синтез АТФ с участием кислорода. Кроме того, митохондрии регулируют внутриклеточное содержания кальция, калия, ионов водорода.

В матриксе митохондрий находится также автономная (не зависимая от ядра) система митохондриального белкового синтеза, представленная молекулами ДНК, РНК и рибосомами.

Причинами нарушения функций митохондрий являются гиповитаминозы, отравление мочевиной, фторотаном, сероводородом, цианистым калием, образование антимитохондриальных антител.

Структурные проявления повреждения митохондрий

• набухание и вакуолизация митохондрий, что приводит к разрыву их мембраны, фрагментации и гомогенизации крист

• утрата гранулярной структуры и гомогенизация матрикса

• уменьшение и полное исчезновение матрикса вследствие вымывания его из митохондрий

• потеря двухконтурности наружной мембраны

• отложения в матриксе органических (миелин, липиды, гликоген) и неорганических (соли кальция) соединений

• уменьшение количества митохондрий

Последствия повреждения митохондрий

• Снижение синтеза АТФ

• Разобщение окисления и фосфорилирования

• Ионный дисбаланс в клетке

Нарушение биоэнергетических функций митохондрий - одно из наиболее ранних проявлений повреждения клетки. Процесс окислительного фосфорилирования зависит главным образом от целостности мембран митохондрий. При окислительном фосфорилировании протоны транспортируются из межмембранного пространства через протонные каналы митохондриальной мембраны на внутреннюю поверхность крист. Отек и нарушение целостности мембран митохондрий сопровождаются разобщением процессов окисления и фосфорилирования, в патогенезе которого имеют значение:

• уменьшение скорости потребления кислорода митохондриями

• увеличение проницаемости внутренней митохондриальной мембраны, при этом работа водородной «помпы» становится неэффективной, что приводит к падению электрохимического градиента, энергия которого обеспечивает в норме ресинтез АТФ

• набухание и отек мембраны митохондрий вызывает перерастяжение крист, при этом увеличивается расстояние между соседними молекулярными комплексами, которые передают друг другу электроны и протоны

• отек мембраны митохондрий приводит к нарушению ее барьерных функций.

Именно повреждение митохондрий является переломным моментом, после которого изменения в клетке, обусловленные повреждающим агентом, становятся необратимыми, и клетка погибает.

Повреждение лизосом

Лизосомы - овальные или округлые образования, содержащие большое количество (до 70) разнообразных гидролитических ферментов (катепсины, рибонуклеазу, дезоксирибонуклеазу, кислую фосфатазу, гиалуронидазу и др.), которые могут расщеплять белки, нуклеотиды, углеводы и жиры. В связи с этим лизосомы обеспечивают обновление структур клетки при их старении или повреждении, а также уничтожение чужеродных агентов в процессе фагоцитоза.

Образуются лизосомы за счет активности эндоплазматического ретикулума и аппарата Гольджи.

Причинами, вызывающими повреждение лизосом, являются гипоксия, ацидоз, радиация, избыток или недостаток витаминов А, К, Е, Д, бактериальные токсины и др. Под влиянием повреждающих факторов может наблюдаться:

• механический разрыв мембран лизосом

• увеличение проницаемости мембран лизосом и повышение активности лизосомальных ферментов. Этому способствует увеличение в клетке ионов водорода (ацидоз), продуктов ПОЛ, токсинов и др.

Последствия повреждения лизосом

• активация ферментов лизосом→ распад белков, углеводов, липидов, нуклеиновых кислот клетки → нарушение метаболизма, аутолиз клетки. Поступление ферментов лизосом в окружающую среду вызывает развитие воспаления.

При патологии может наблюдаться снижение активности лизосомальных ферментов наследственного и приобретенного характера.

Наследственная или первичная недостаточность ферментов лизосом обусловлена генетическим дефектом синтеза ферментов. В связи со снижением активности ферментов в клетках происходит накопление веществ, которые в норме метаболизируются с участием энзимов лизосом. Указанные формы лизосомальных ферментопатий называются болезнями накопления или лизосомными болезнями (гликогенозы, гепатозы и др.) Лизосомы, потерявшие способность к выполнению своих специфических функций, начинают заполнять клетку и в конечном итоге вызывают превращение ее в огромную каплю того вещества, которое не смогли расщепить дефектные лизосомы. Чаще всего при лизосомных болезнях поражаются клетки печени, скелетной мускулатуры, центральной нервной системы.

Приобретенная или вторичная недостаточность ферментов лизосом связана с воздействием токсинов, солей тяжелых металлов и др. повреждающих факторов на клетку. В патогенезе имеет значение инактивация активных центров лизосомальных ферментов, недостаточность энергетического обеспечения деятельности ферментов, нарушение гормональной регуляции клеточных функций, а также нарушение системы циклических нуклеотидов.