Патофизиология повреждения клетки.

Повреждение клетки выражается как в специфических, так и в неспецифических нарушениях структуры и функции ее.

Специфические проявления.

Для механического повреждения — это нарушения целостности структуры ткани, клеток, субклеточных и межклеточных структур.

Для термического повреждения — коагуляция и денатурация белково-липидных структур клеток,

При химическом (токсическом) повреждении — ингибиция отдельных клеточных ферментов или групп. Например, подавление активности цитохромоксидазы цианидами, торможение сукцинатдегидрогеназы солями малоновой кислоты, торможение холинэстеразы диизопропилфторфосфатом (нервным ядром) и другими фосфорорганическими ингибиторами и т.д.

Неспецифические (или общие) проявления.

К ним относятся: денатурация белков, внутриклеточный ацидоз, отек, освобождение из клеток ионов калия, нарушение проницаемости мембран, изменение активности внутриклеточных ферментов, уменьшение окислительного фосфорилирования, изменение сорбционных свойств клеток, ослабление их сверх слабого свечения, изменение их электропроводимости, снижение мембранного потенциала.

С функциональной точки зрения при повреждении клеток можно выделить несколько этапов:

1) фазу начальных изменений;

2) фазу обратимых изменений;

3) фазу необратимых изменений;

4) фазу посмертных изменений (фазу появления некроза).

Среди многих причин, вызывающих функциональные расстройства клеток и даже их гибель, на первом месте стоит ишемия. В этом случае речь идет о прекращении поступления кислорода и субстратов обмена и о замедлении выведения продуктов обмена веществ.

I. Фаза начальных изменений.

1) физиологических условиях кислород свободно проникает путем диффузии внутрь митохондрии, где и становится конечным акцептором электронов в системе транспорта электронов, обычно называемой дыхательной. Транспорт электронов по дыхательной цепочке обеспечивает вектор-перенос протонов через внутреннюю митохондриальную мембрану, сохранивший концентрационный градиент протонов обеспечивает энергией образование АТФ из АДФ и неорганического фосфата, и, кроме того, прямо обеспечивает транспорт Са²⁺ из цитоплазмы в митохондрии, связанный взаимным обменом Ка⁺ (выводится из митохондрий) и Н⁺ (поступает из цитоплазмы в митохондрии). В физиологических условиях протоны никаким другим способом не могут пройти через внутреннюю митохондриальную мембрану.

2) В случае снижения или даже прекращения притока кислорода возникает следующая ситуация: прекращается транспорт электронов по дыхательной цепи (им не на что связываться), а в результате этого прекращается со-Ьшне градиента протонов. Исчезновение их градиента проявляется несколькими способами: прекращается транспорт Са²⁺ внутрь митохондрии и, более того, отмечается обратно направленное движение этих ионов, так как обычно концентрация Са²⁺ в митохондриях (порядка нескольких ммоль/л) в тысячу раз превышает таковую в цитоплазме (порядка нескольких мкМоль/л), прекращается выход Nа⁺ из митохондрии, и останавливается синтез АТФ. Следует отметить, что остановка всех указанных процессов происходит постепенно на протяжении нескольких минут.

В цитоплазме клетки повышается концентрация АМФ и РО^3-, изменяется соотношение [АТФ] / [АДФ]+[АМФ], повышается концентрация Са²⁺. Са²⁺ активирует протеинкиназу, переводящую неактивную фосфорилазу В в активную фосфорилазу А, которая, расщепляя гликоген, обусловливает появление в цитоплазме первого субстрата гликолиза. АМФ же активирует фосфофруктокиназу и тем способствует дальнейшему течению гликолиза. Пируват, возникающий как продукт гликолитического расщепления глюкозы (гликогена), однако не может подвергнуться окислительному декарбоксилированию и превратиться в ацетил-КоА. Избыток НАД-Н при участии лактатдегидрогеназы восстанавливается до лактата, концентрация которого в цитоплазме в течение первых 15 минут ишемии увеличивается более чем в 10 раз. Концентрация лактата в дальнейшем по мере протяженной ишемии увеличивается постоянно и равномерно. Концентрация же других промежуточных продуктов гликолиза практически не меняется.

Снижение рН (повышение концентрации Н⁺) в цитоплазме приводит к следующим последствиям: снижение активности фосфофруктокиназы вызывает снижение интенсивности гликолиза, и это при условии, что клетка еще обладает определенными запасами гликогена, которые так и остаются неиспользованными. В этот момент начинает проявляться значительный недостаток АТФ, который ранее частично покрывался гликолизом. Это в свою очередь приводит к следующим нарушениям: к повышению проницаемости мембран и, как следствие, к увеличению пассивного переноса ионов через мембраны; из митохондрий вместе с К⁺ начинают выходить и молекулы воды. Перемещение молекул воды влияет на структуру эндоплазматического ретикулума, который значительно расширяется. Поэтому, а также из-за отсутствия АТФ, останавливается синтез белков. Хроматин ядра все более и более концентрируется по его периферии.

Прогрессирующая недостаточность АТФ и перемещение воды и ионов в дальнейшем начинают сказываться на структуре клеточных органоидов.