Лекция 1. Патология клетки

Клетка является структурно-функциональной единицей организма. Их количество в

организме человека — около (100 триллионов, или 10^14.

Клетка это целостная система, которая осуществляет свою деятельность в среде, обеспечивающей ее существование, но в зависимости от окружающей среды она перестраивает свои элементы.

Существуют 3 категории специализированных клеток по их способности к делению.

_Клетки I категории в первый годы жизни достигают высокоспециализированного состояния за счет минимизации функций. В организме отсутствует источник возобновления, в случае их дисфункции, они способны к внутриклеточной регенерации, восстанавливается утраченные части клеток, если сохранены ядерный аппарат и трофическое обеспечение долгоживущие (нейрон).

_Клетки II категории - высокоспециализированные клетки, которые быстро "изнашиваются", или слущиваются. Они не способны размножаться, но в организме имеется механизм для их непрерывного воспроизводства (стволовые клетки). Такие клетки являются обновляющимися (кишечный эпителий 1-2 дня).

_Клетки III категории отличаются большой продолжительностью жизни, их деление после полного завершения специализации не происходит, но способность к делению сохраняется. При стимуляции, н-р, после травмы, они начинают интенсивно делиться, н-р гепатоцит или гормонально активная клетка.

Строение клетки. Она имеет наружную клеточную мембрану. Это ультрамикроскопическая пленка, состоящая из бимолекулярного слоя липидов. Между ними имеются белковые молекулы - "поры". Мембрана изолирует клетку от окружающей среды, обладает избирательной проницаемостью, регулирует процесс поступления веществ в клетку; обеспечивает обмен веществ и энергии с внешней средой, способствует соединению клеток в ткани, участвует в пиноцитозе и фагоцитозе; регулирует водный баланс клетки, поддерживает осмотическое давление и выводит из нее конечные продукты жизнедеятельности.

Гомеостаз клетки – это постоянство Н⁺, электролитов, О_2, Н₂О субстратов для энергетического и пластического обеспечения, ферментов, нуклеотидов и способность существовать клетки при изменении условий обитания с сохранением устойчивого динамического равновесия с окружающей средой.

Гомеостаз клетки сохраняется лишь при нормальном структурно-функциональном состоянии и при наличии информации поступающих к ней из внешней среды. Без внешних сигналов с окружающей средой, клетка не может изменить внутриклеточные параметры, т.е. включиться в приспособительные адаптационные процессы.

Повреждение клетки – это типовой патологический процесс, характеризующийся нарушением внутриклеточного гомеостаза, что приводит к ограничению функциональной возможности клетки и даже привести к гибели.

Причины повреждения клеток

Экзогенные факторы

 Физические факторы:  механические,  температурные (высокая - приводит к деформации белков; охлаждение - вызывает повышение вязкости мембраны), лучевые, электрические, осмотические). 

Химические факторы:  Производственные вещества (ксенобиотики активируют ПОЛ), кислоты, щелочи, лекарственные препараты.

Биологические факторы:  Микроорганизмы.

Эндогенные факторы.

Инфекционные токсины, БАВ (биологически активные вещества организма, гипоксия).

Типы повреждения клеток

1. По скорости развития: острое или хроническое

2. По степени нарушения клеточного гомеостаза: обратимое

необратимое

3. По характеру действия повреждающего фактора на клетку:

прямое (первичное) - от кислоты

опосредованное (вторичное) - от БАВ

4. По периоду воздействия, приходящего на жизненный цикл клетки:

митотический.

интерфазный.

5. Пот характеру-свойств повреждающего агента:

1. Специфическое – радиация повреждает молекулы, поглощающие эту энергию.

2. Неспецифическое это стандартное повреждение, при действии большинства факторов (↑проницаемости мембран, ацидоз, СПОЛ, денатурация, ↓ окислительного фосфорилирования). Например: в гепатоцитах ↑калия и АлАТ. ↑Глюкуронилтранфераз, сорбитдегидрогеназы, кислой фосфатазы указывает на специфическое повреждение органелл.

Независимо от природы первичного повреждающего фактора, ответная реакция поврежденной клетки стандартна и называется неспецифической реакцией клетки на повреждение.

Причина такого стандартного ответа заключается в том, что при любом повреждении обязательно:

1. нарушаются защитная функция клеточной мембраны.

2. выключаются ионные насосы.

Нарушение целостности липидного слоя приводит к нарушению барьерной функции мембран. В основе лежит явление электрического пробоя мембран. К электрическому пробою мембран приводят следующие механизмы:

1) перекисное окисление липидов;

2) действие мембранных фосфолипаз;

3) механическое (осмотическое) растяжение мембран;

4) адсорбция на бислое полиэлектролитов, белков или пептидов.

ПРОЯВЛЕНИЯ ПОВРЕЖДЕНИЯ КЛЕТОК

1. Увеличение проницаемости цитоплазматической мембраны :

1) к белкам и коллоидным краскам (макромолекулы), аминокислотам, глюкозе (вещества с низкой молекулярной массой), ионам.

2. Уменьшение электрического сопротивления ткани.

Электрическое сопротивление ткани называется импеданс. Он состоит из омической и емкостной составляющей. Емкостная составляющая обусловлена тем, что клеточные мембраны, по сути, представляют собой конденсаторы. Омическая составляющая зависит от омического сопротивления цитоплазмы и мембран.

3. Увеличение сродства к красителям цитоплазмы и ядра клетки.

Это связано с тем, на фоне повышенной проницаемости мембраны при окраске клетки, краситель в нее поступает значительно больше.

4. Изменение мембранного потенциала.

Это явление характерно для неспецифического ответа клетки на повреждение. Причины: 1) прямое повреждение мембраны; или 2) нарушение работы мембранных ионных насосов за счет снижения содержания в клетке АТФ. (снижение мембранного потенциала наблюдается при холодовом, радиационном, аллергическом повреждениях клеток и их органелл).

5. Выход ионов К⁺ из клеток.

В норме внутри клетки (125-150 ммоль/л) содержится больше К⁺, чем вне ее (3,8 – 5,2 ммоль/л). Такое соотношение обеспечивается: 1) работой Nа⁺ -К⁺ -АТФ-азы, которая постоянно накачивает К⁺ внутрь клетки; или 2) спонтанным выходом К⁺ из клетки за счет диффузии в область с более низкой концентрацией. Причина потери ионов К⁺- нарушение работы Nа⁺ -К⁺ -АТФ-азы в результате угнетения в митохондриях окислительного фосфорилирования.

6. Накопление ионов Са²⁺ в гиалоплазме. В норме поступающий в клетку Са²⁺ аккумулируется в митохондриях, поэтому в гиалоплазме концентрация Са²⁺ примерно в 10 000 раз ниже, чем вне клетки. При повреждении митохондрий накопление Са²⁺угнетается и содержание ионов Са²⁺ в гиалоплазме нарастает.

Причина: нарушение окислительного фосфорилирования в митохондриях и уменьшение мембранного потенциала митохондрий.

7. Дисбаланс ионов и воды. Набухание клеток. Дисбаланс Na⁺, K⁺, Ca⁺, Mg⁺, Cl^- и H₂О возникает сразу вслед за расстройством энергетического обеспечения. В первую очередь нарушается содержание катионов (+). Нарушение трансмембранного соотношения ионов приводит к гипергидратации (отеку) клеток или гипогидратации (сморщиванию).

Форма и объем клеток зависят от:

1) состояния цитоскелета клетки;

2) разницы между онкотическим и осмотическим давлением внутри и вне клетки (онкотическое и осмотическое давление определяется количеством белков и ионов в единице объема, т.е. от коллоидно-осмотического давления).

Увеличение объема клеток происходит при: 1) накоплении белков и ионов и воды внутри клетки; 2) или снижении концентрации белка вне клетки. В результате коллоидно-осмотическое давление в клетке становится больше, чем вне ее и молекулы воды переходят в клетку с целью выравнивания концентраций.

8. Нарушение структуры и функции митохондрий - энергетического обеспечения клетки. Энергетические макромолекулы формируются в митохондриях. Возможны следующие структурные изменения: 

1. Изменение структуры, набухание или деструкция крипт, что указывает о напряжении клетки (формируется при гипоксии).

2. Митохондриальные включения указывает реакции митохондрий на повреждение клетки.

3. Увеличение числа митохондрий в результате пролиферации (гиперплазии), чаще всего при хроническом поражении или при усиленной функции.

4)Уменьшение митохондрий при атрофии или старении.

5) Обеднение митохондриями при остром повреждении клетки, или при атрофии;

6) Образование гигантских митохондрий при нарушении питания (в частности при гиповитаминозах и интоксикациях в печени).

Функциональные нарушения проявляются в виде: 1)снижение потребления кислорода — связано с уменьшением скорости переноса электронов по дыхательной цепи.

2) увеличение проницаемости внутренней митохондриальной мембраны может привести к разобщению окислительного фосфорилирования в митохондриях и изменению показателей работы митохондрий. Существует 2 показателя работы митохондрий: коэффициент Р/О₂ и коэффициент дыхательного контроля (ДК). Коэффициент Р/О₂ - это отношение количества синтезированной АТФ к количеству поглощенного кислорода. Коэффициент ДК — это отношение скорости дыхания митохондрий в присутствии субстратов окисления, АДФ и ортофосфата к скорости дыхания митохондрий в отсутствии АДФ. Снижение ДК до единицы и Р/О₂ до 0 говорит о разобщении окислительного фосфорилирования в митохондриях;

3) снижение способности накапливать кальций — приводит к увеличению его концентрации в гиалоплазме. Развивается в результате снижения мембранного потенциала и разобщения окислительного фосфорилирования в митохондриях;

4) поступление воды внутрь митохондрий, что приводит к набуханию и их разрыву. Различают активное и пассивное набухание митохондрий. Пассивное набухание митохондрий - происходит за счет движения воды в митохондрии при увеличении коллоидно-осмотического давления внутри нее без затрат энергии. Активное набухание — это движение молекул воды в митохондрию исключительно вслед за фосфатом К⁺. Фосфат К⁺ поступает в митохондрии при уменьшении мембранного потенциала ниже 170-180 мВ со знаком «минус».

Патология митохондрий сопровождается:

А. ↓ аэробного окисления, снижение синтеза АТФ.

Б. Расстройство транспорта энергии.

В. Расстройство утилизации энергии, разобщение процессов фосфорилирования и

окисления.