Глава 6. Патофизиология клетки

(Дергунов А.А., Цыган В.Н., Бубнов В.А., Цыган Н.В., Зиновьев Е.В., Костяков Д.В., Громова Н.В.)

Просмотр видеоролика «Роль клетки в организме»

Учение о повреждении клетки в современной медицине имеет особое значение. Это обусловлено, по меньшей мере, тремя обстоятельствами. 

Во-первых, оно тесно связано с разработкой вопросов возникновения, развития и исходов болезней - то есть патогенеза, поскольку любой патологический процесс сопровождается повреждением клетки. 

Во-вторых, современная терапия основана на внедрении в клиническую практику тонких, таргетных методов целенаправленного регулирования патологических процессов на клеточном уровне, характеризующихся снижением побочных эффектов. При этом повышаются требования к методам активации защитных, компенсаторных и приспособительных реакций в клетках с целью оптимизации процесса выздоровления. 

В-третьих, внедрение достижений в области молекулярной патологии требует внедрения современных методов диагностики патологии клетки и межклеточных взаимодействий.

Все эти моменты касаются и военной медицины. Так как любое боевое ранение и повреждение сопровождается гибелью и патологическими изменениями в клетках.

Клетка является элементарной саморегулирующейся структурно-функциональной единицей тканей и органов. В ней протекают процессы, лежащие в основе энергетического и пластического обеспечения меняющихся структур и уровня функционирования тканей и органов.

Просмотр видеоролика «Внутренняя жизнь клетки»

6.1. Роль клеточных повреждений в развитии патологии и их причины

Под повреждением клетки понимают такие изменения ее структуры, метаболизма, физико-химических свойств и функций, которые ведут к нарушению жизнедеятельности.

В учении о повреждении клетки условно выделяют три раздела:

1. Патология клетки в целом.

2. Патология отдельных субклеточных структур и компонентов.

3. Патология межклеточного взаимодействия и кооперации.

При возникновении повреждений в организме формируются общие и местные реакции. К числу общих реакций организма относятся: стресс, шок, кома, боль, лихорадка, активация протеолитических систем. Местные повреждения связаны с повреждением клетки и ее структуры.

Первая научная теория о роли клеточных нарушений в патологии организма была сформулирована немецким патологом Рудольфом Вирховым, который главным в любой болезни человека считал повреждение клеток соответствующих органов.

Действительно, клетка является элементарной частицей живых систем любого уровня, но и сама представляет собой саморегулирующую систему. Вот почему повреждение клетки или группы клеток, нарушая естественно их интеграцию и кооперацию в органе и организме, является материальной основой развивающейся патологии.

Клеточные повреждения по сути являются, базой любого заболевания. Мы рассматриваем болезнь, как страдание целостного организма, поскольку с закономерной неизбежностью в патологию вовлекается весь организм, как единое целое.

6.2.Причины повреждения клетки

Повреждение клетки может быть результатом воздействия на нее множества агентов. Эти агенты подразделяют на различные группы в зависимости от их природы и происхождения.

Виды причин повреждения клетки по их природе.

Физические факторы.

К наиболее частым причинам повреждения клетки физической природы относятся следующие:

• механические воздействия: удары, растяжения (например, при растяжении мышечной ткани или органов), сдавление (в частности, опухолью, гематомой, рубцом, эксудатом), гравитационные перегрузки и др.;

• колебания температуры. Повышение температуры среды, в которой находится клетка, до 45-50^оС и более может привести к денатурации белка, нуклеиновых кислот, декомпозиции липопротеидных комплексов, повышению проницаемости клеточных мембран и другим изменениям. Значительное снижение температуры может обусловить существенное замедление или необратимое прекращение метаболических процессов в клетке, кристаллизацию внутриклеточной жидкости и разрыв мембран;

• изменения осмотического давления в клетке, например, вследствие накопления в ней продуктов неполного окисления органических субстратов или избытка ионов. Последнее, как правило, сопровождается током жидкости в клетку по градиенту осмотического давления, набухания ее и растяжением (вплоть до разрыва) плазмолеммы и мембран органелл. Напротив, снижение внутриклеточного осмотического давления или повышения его во внеклеточной среде приведет к потере клеточной жидкости, ее сморщиванию (пикнозу) и нередко к гибели;

• воздействие ионизирующей радиации, обусловливающей образование свободных радикалов и активацию перекисных липопероксидных процессов, продукты которых повреждают мембраны и денатурируют ферменты клеток.

Патогенное действие на клетку могут также оказывать электромагнитные и другие физические факторы.

Химические факторы. К числу факторов повреждения клетки химической природы относятся разнообразные вещества: органические и неорганические кислоты, щелочи, соли тяжелых металлов, продукты нарушенного метаболизма. 

Так, цианиды подавляют активность цитохромоксидазы. Этанол и его метаболиты ингибируют многие ферменты клетки. Вещества, содержащие соли мышьяка, угнетают пируватоксидазу. Неправильное применение лекарственных средств также может привести к повреждению клеток. Например, передозировка строфантина обуславливает значительное подавление активности К⁺, Na⁺-АТФазы сарколеммы клеток миокарда, что ведет к дисбалансу интрацеллюлярного содержания ионов и жидкости. Передозировка инсулина может вызвать быстрое использование глюкозы, истощение ее запаса в виде гликогена и нарушение энергетического обеспечения клетки.

Важно, что повреждение клетки может быть обусловлено как избытком, так и недостатком одного и того же агента. Например, избыточное содержание кислорода в тканях активирует процесс свободнорадикаьного перекисного окисления липидов (СПОЛ), продукты которого повреждают ферменты и мембраны клеток. С другой стороны, снижение содержания кислорода обусловливает нарушение окислительных процессов, понижение образование АТФ и, как следствие, расстройство функций клетки.

Биологические факторы.

К этой группе причин повреждения клетки относится большое число факторов. Наибольшее значение среди них имеют инфекционные агенты: бактерии, вирусы, прионы, риккетсии, хламидии, микоплазмы, грибы, простейшие, гельминты. Продукты их жизнедеятельности или деградации сопровождаются структурно-функциональными нарушениями клеток.

Повреждение клетки нередко обусловливается факторами иммунных и аллергических процессов. Они могут быть вызваны, в частности, сходством антигенов, например, микроорганизмов и клеток организма. Так, некоторые разновидности гемолитического стрептокока и белки базальной мембраны клубочков почек имеют близкий антигенны состав. Попадая в организм, они вызывают образование антител, повреждающих как стрептококки, так и нефроны. Эндо- и экзотоксины, а также структурные компоненты бактерий, вирусов и паразитов могут изменить антигенный состав клеток, что приводит к выработке антител или иммунных Т-лимфоцитов, повреждающих собственные клетки, в результате чего может развиться аутоиммунный патологический процесс. Повреждение может быть также результатом образования антител или Т-лимфоцитов, действующих против неизмененных клеток организма вследствие мутаций в геноме В- или Т-лимфоцитов иммунной системы.

Важную роль в поддержании метаболических процессов в клетке играют физиологически активные вещества, а также факторы, поступающие из окончаний нейронов, в частности ферменты, белки, липиды, адениннуклеотиды, микроэлементы и др. Их дефицит или избыток может стать причиной расстройств обмена веществ в клетках, нарушения их жизнедеятельности и развития различных патологических состояний.

Повреждение клеток нередко бывает обусловлено значительно повышенной функцией органов и тканей. Например, при длительной чрезмерной физической нагрузке возможно развитие сердечной недостаточности в результате нарушения жизнедеятельности кардиомиоцитов.

Виды причин повреждения клетки по их происхождению

По происхождению причинные факторы повреждения клетки делят на 2 подгруппы:

1. Экзогенные и эндогенные;

2. Инфекционные и неинфекционные.

Экзогенные факторы.

К ним относятся физические воздействия: механические, электрический ток, тепло, холод; химические агенты; биологические: вирусы, риккетсии, бактерии, паразиты и др.

Эндогенные факторы.

К ним относятся агенты физической природы: избыток в клетке или во внеклеточной среде свободных радикалов, значительные колебания осмотического давления; химические факторы: избыток и дефицит ионов (К⁺, Н⁺,Са²⁺ и др.), кислорода, углекислого газа, перекисных соединений органического и неорганического характера, метаболитов и др; факторы биологической природы: дефицит или избыток физиологически активных веществ (катехоламинов, гормонов, простагландинов и др.); продукты жизнедеятельности или распада вирусов, бактерий, паразитов, риккетсий; продукты, высвобождающиеся из других поврежденных или погибших клеток.

Инфекционные факторы.

Примерами их могут быть токсины микроорганизмов, паразитов и они сами.

Факторы неинфекционного генеза.

К ним относятся факторы физической, химической или биологической природы немикробного генеза.

Действие повреждающих факторов на клетки осуществляется прямо или опосредовано. В последнем случае речь идет о формировании цепи вторичных реакций, образование веществ-посредников, реализующих повреждающее действие так называемого "первичного" патогенного фактора. Его действие может опосредоваться через изменения нервных или эндокринных воздействий на клетки (например, при стрессе, шоке); нарушение системного кровообращения (при сердечной недостаточности); отклонение физико-химических параметров (при состояниях, сопровождающихся ацидозом, алкалозом, образованием свободных радикалов, продуктов СПОЛ, дисбалансом ионов и жидкости); иммуноаллергические реакции при аутоаллергических заболеваниях; образование избытка или недостаток БАВ (гистамина, кининов, простагландинов). Многие из этих и других, участвующих в развитии различных форм патологии клетки, получили название посредников, или медиаторов (например, медиаторы воспаления, аллергии, канцерогенеза и др.), повреждения.