Липидные механизмы повреждения клетки:

перекисное окисление липидов;

активация мембранных фосфолипаз.

Перекисное окисление липидов (ПОЛ) называет­ся свободнорадикальное окисление ненасыщенных жирных кислот, входящих в состав фосфолипидов клеточных мембран.

Инициаторами ПОЛ являются свободные радикалы, среди кото­рых наибольшее значение имеют: O₂¯ - супероксидный ра­дикал; ОН˙— гидроксильный радикал; Н₂О₂ – перекись водорода; ˙O₂ — синглетный (возбужденный) кислород.

Появившийся в клетке первичный свободный радикал (А˙) взаи­модействует с молекулой ненасыщенной жирной кислоты (RH), в ре­зультате чего образуется свободный радикал этой кислоты (R˙) и мо­лекулярный продукт реакции:

HO˙+RH →R˙ + НOH

Образовавшийся свободный радикал жирной кислоты взаимодей­ствует с молекулярным кислородом, всегда содержащимся в клетке, в результате чего появляется пероксидный радикал этой кислоты (RОО˙):

R˙ + O=O→ROO˙

Пероксидный радикал, в свою очередь, вступает во взаимодейст­вие с находящейся рядом новой молекулой ненасыщенной жирной ки­слоты. В ходе этой реакции образуется гидропероксид (RООН) и но­вый свободный радикал:

RОО˙ + RН → ROОН + R˙

Следует отметить две важные особенности ПОЛ. Первая состоит в том, что реакции ПОЛ имеют цепной характер. Это означает, что в ходе реакций ПОЛ не происходит уничтожение свободных радикалов и в процесс вовлекаются все новые и новые молекулы ненасыщенных жирных кислот.

Вторая особенность — это разветвленный характер ПОЛ, т.е. источником радикалов становятся промежуточные продукты ПОЛ. Примером может служить образо­вание свободных радикалов из гидропероксидов липидов при их взаимодействии с имеющимися в клетке металлами переменной ва­лентности:

RООН + Fe²⁺ →RO˙ + ОН˙ + Fe³⁺

Ввиду того, что в ходе многих нормально протекающих биохими­ческих реакций образуется небольшое количество свободных радика­лов, в клетке существует постоянная опасность активации ПОЛ. Од­нако в естественных условиях этого не происходит, поскольку клетка располагает механизмами антиоксидантной защиты, благодаря кото­рым достигается инактивация свободных радикалов, ограничение и торможение ПОЛ.

Антиоксидантные системы клетки.

I. Ферментные антиоксидантные системы:

Супероксиддисмутазная.

Компоненты: супероксиддисмутаза (СОД), каталаза.

Назначение: инактивация супероксидных радикалов (НO₂ ˙):

НО₂˙ + НО₂˙ →Н₂О₂ +O₂↑; (реакция проходит за счет СОД)

2 Н₂О₂ →2Н₂O +O₂; (реакция за счет каталазы).

Нарушения: приобретенные расстройства синтеза ферментов, де­фицит меди и железа.

Глутатионовая.

Компоненты: глутатион (Г), глутатионпероксидаза (ГП), глутатионредуктаза (ГР), НАДФ-Н₂.

Назначение: инактивация и разрушение гидропероксидов липи­дов:

2ГSН + RООН →Г- S - S - Г + RОН + НOH; (реакция за счет глутатионпероксидзы) НАДФ • Н ₂ + Г - S - S - Г →НАДФ + 2 ГSН; (реакция за счет глутатионредуктаза) НАДФ + 2Н⁺ + 2е¯→НАДФ Н₂˙

Нарушения: наследственно обусловленные и приобретенные на­рушения синтеза ферментов, дефицит селена, нарушения пентозного цикла (уменьшение образования НАДФ Н₂˙).

II. Неферментные антиоксиданты:

"Истинные" антиоксиданты.

Компоненты: токоферолы, убихиноны, нафтохиноны, флавоноиды, стероидные гормоны, биогенные амины.

Назначение: инактивация свободных радикалов жирных кислот:

RO₂˙+ In → ROOН + In˙,

где In — антиоксидант; In˙ — свободный радикал этого антиоксиданта, обладающий низкой реакционной способностью.

Нарушения: гиповитаминоз Е, нарушение регенерации "истинных" антиоксидантов.

Вспомогательные антиоксиданты.

Компоненты: аскорбиновая кислота, серосодержащие соедине­ния — глутатион, цистин, цистеин.

Назначение: регенерация "истинных" антиоксидантов:

In˙ + In˙ + 2DH →2InН + 2D,

где DH — восстановленная, D — окисленная форма вспомогательного антиоксиданта.

Нарушения: гиповитаминоз С, нарушения пентозного цикла, де­фицит серосодержащих соединений.

Избыточная активация ПОЛ происходит:

при избыточном образовании первичных свободных радикалов (ультрафиолетовое и ионизирующее излучение, гипероксия, отравле­ние четыреххлористым углеродом, гипервитаминоз D и др.);

при нарушении функционирования антиоксидантных систем (недостаточность ферментов — супероксиддисмутазы, каталазы, глутатионпероксидазы, глутатионредуктазы; дефицит меди, железа, селе­на; гиповитаминозы Е, С; нарушения пентозного цикла).

Последствия активации ПОЛ:

Продукты СПОЛ в составе фосфолипидов мембран резко повышают гидрофильность и проницаемость мембраны, что приводит к усугублению электролитно-осмотического механизма.

Механизм электрического пробоя связан с нарушениями электроизолирующих свойств гидрофобного слоя клеточных мембран, что приводит к электрическому пробою мембраны, т.е. к электромеханическому ее разрыву с образованием но­вых трансмембранных каналов ионной проводимости.

Нарушение матричной функции мембран в про­цессе активации ПОЛ. Нарушается активность мембранных ферментов, поскольку изменяется их липидное микроокружение. Кроме того, в ходе реак­ций ПОЛ происходит образование "сшивок" между молекулами бел­ков и фосфолипидов, а также окисление сульфгидрильных групп ак­тивных центров, что приводит к необратимой инактивации ферментов, например ионных АТФаз, что усиливает расстройства ионного обмена и отек клетки.

Повреждение клеточных мембран повышенной активностью фосфолипаз.

Фосфолипаза А2 активируется в результате повышения концентрации ионов кальция, активации СПОЛ и внутриклеточного ацидоза. В результате резко повышается проницаемость мембран, дополнительно из фосфолипидов этим ферментов высвобождается арахидоновая кислота, производные которой создают в клетке функциональный покой через блокаду бета адренорецепторов, с другой стороны оказывают вторичное повреждение окружающих клеток (см. медиаторы воспаления), формирование новых брешей в мембране.

Белковые (протеиновые) механизмы повреждения клетки

Включа­ют в себя:

ингибирование ферментов (обратимое и необратимое) – за счет активации перекисного окисления, нарушения матричной структуры липидного бислоя, дефицита АТФ;

денатурацию;

протеолиз, осуществляю­щийся под действием лизосомальных протеолитических ферментов (катепсинов) и Са-активируемых протеаз. В результате протеолиза мо­гут появляться пептиды, обладающие свойствами физиологически ак­тивных веществ. С выходом последних из поврежденных клеток мо­жет быть связано развитие как местных, так и общих реакций орга­низма (воспаление, лихорадка).

Нуклеиновые механизмы повреждения клетки.

Основу повреждения клетки могут составлять так называемые нуклеиновые механизмы, обусловленные нарушениями процессов:

репликации ДНК;

транскрипции;

трансляции.

Нарушения в клетке в результате по­вреждения отдельных ее органоидов (плазматической мембра­ны, митохондрий, эндоплазматического ретикулума, лизосом).

Нарушение барьерной функции плазматической мембраны приво­дит к выравниванию существующих в норме концентрационных гра­диентов веществ: в клетку поступают ионы Na⁺, Са²⁺, Сl¯, а выходят ионы К⁺, Mg²⁺, неорганического фосфата, низко- и высокомолекулярные органические соединения (АМФ, АДФ, промежуточные продукты клеточного обмена, белки-ферменты). С повреждениями белков и гликопротеидных комплексов, встроенных в плазматическую мембрану, связаны нарушения систем активного транспорта веществ (Na-K-, Са-насосов; Na-Ca- и Na-H-обменных механизмов); изменения специ­фических ионных каналов (Na-, К-, Са-каналов); нарушения клеточ­ных рецепторов, воспринимающих внешние регуляторные сигналы (α-и β-адренорецепторов, холинорецепторов и др.); нарушение межклеточных взаимодействий; изменения антигенных свойств клетки.

Повреждение митохонд­рий сопровождается либо уг­нетением процессов клеточ­ного дыхания, либо эффек­том разобщения процессов окисления и фосфорилирования. И в том, и в другом случае результатом рас­стройств митохондриальных функций будет нарушение энергообеспечения клетки.

Повреждение шерохова­того эндоплазматического ретикулума приводит к дезаг­регации полисом, вследствие чего нарушаются реакции биосинтеза белка в клетке. В результате повреждения гладкого эндо­плазматического ретикулума и его ферментных систем страдают про­цессы детоксикации, микросомального окисления и др. В некоторых клетках, например мышечных, нарушается способность эндоплазмати­ческого (саркоплазматического) ретикулума депонировать ионы Са²⁺, что способствует реализации так называемых кальциевых механизмов повреждения клетки.

Повышение проницаемости лизосомальных мембран приводит к вы­ходу в цитоплазму гидролитических ферментов, активация которых в конечном итоге вызывает необратимые изменения клетки — ее аутолиз.

Признаки повреждения клетки:

Структурные. Обнаруживаются с помощью гистологических и электронномикроскопических методов исследования и являются пред­метом изучения патологической анатомии.

Функциональные. К ним относят: нарушения электрофизиоло­гических процессов (деполяризация плазматической мембраны, изме­нения свойств возбудимости и проводимости, развитие парабиоза); на­рушения сократимости, экзо- и эндоцитоза; нарушения клеточного де­ления, межклеточных контактов и взаимодействий; изменения в вос­приятии клеткой нервных и гуморальных регуляторных влияний.

Физико-химические, которые включают нарушения со стороны клеточных коллоидов (уменьшение степени дисперсности коллоидов цитоплазмы и ядра, повышение вязкости цитоплазмы, изменение сорбционных свойств по отношению к витальным красителям) и из­менения водно-электролитного обмена (увеличение концентрации в цитоплазме ионов натрия и кальция и уменьшение концентрации ио­нов калия, отек клетки и отдельных ее органелл, накопление ионов водорода — ацидоз повреждения).

Биохимические: 1) уменьшение концентрации макроэргических соединений — креатинфосфата и АТФ — и увеличение концентрации продуктов их гидролитического расщепления — креатина, АДФ, АМФ, неорганического фосфата; 2) угнетение тканевого дыхания; 3) разоб­щение окисления и фосфорилирования; 4) активация гликолиза; 5) ак­тивация процессов протеолиза; 6) увеличение интенсивности процес­сов дезаминирования.

Термодинамические. Это декомпартментализация, т.е. нарушение относительной обособленности внутриклеточных отсеков; конформационные изменения макромолекул, происходящие в направлении наи­более выгодного термодинамического состояния (денатурация); распад крупных, более сложных молекул на мелкие, менее сложные; вырав­нивание концентрационных градиентов как между клеточными отсе­ками, так и между клеткой и внеклеточной средой.