Глава 3 / местные и общие реакции организма на повреждение

75

Ионы кальция и активация фосфолипазы при аноксии. В опытах с изолированными ми­тохондриями было показано, что при инкубации этих органелл происходит их быстрое повреж­дение (за 15-20 мин при 37 °С), если в окружаю­щей их среде нет кислорода и присутствуют ионы кальция в концентрациях (порядка 10⁵ М), со­измеримых с концентрацией этих ионов в ци­топлазме клеток в условии гипоксии. Повреж­дение вызвано активацией ионами кальция фер­мента фосфолипазы А₂, расположенного на внут­ренней мембране митохондрий. Фосфолипаза А₂ гидролизует сложноэфирные связи в молекуле фосфолипида, при этом образуются свободная жирная кислота (СЖК) и лизофосфолипид (ЛФ), например лизофосфатидилхолин при гидролизе фосфатидилхолина (лецитина):

сн_г-сн-сн_г сн₂-сн-сн_г

I | | Фосфоли- | | |

О О О пазаА_г О ОН О

I I I I I

-0-Р=0С=ОС=О+Н2О ■ ► ~0-Р=0 С=0

I t I I

О ^{R| Rj} R.-COO- ° ^R'

X X

Фосфатидилхолин СЖК Лизоформа

Здесь Rj, R₂ - углеводородные цепи жирных кислот.

Как известно, фосфолипазы присутствуют в пищеварительном соке поджелудочной железы, а также практически во всех мембранных струк­турах клетки, включая митохондрии, лизосомы, плазматические мембраны. В мембранах фосфо­липазы обычно находятся в малоактивном со­стоянии, так как фосфолипазы активируются ионами кальция и ингибируются ионами маг­ния, а в цитоплазме как раз мало кальция (10 ⁷ М и менее) и относительно много ионов Mg (около 10³ М). Увеличение проницаемости плаз­матической мембраны при повреждении клетки или при открывании кальциевых каналов (т. е. возбуждении клетки), равно как и выключение ионных насосов за счет недостатка энергии в клетке, приводит к увеличению концентрации кальция в цитоплазме. Некоторое повышение его концентрации (до 10⁶ М) следует считать нор­мальным механизмом регуляции внутриклеточ­ных процессов, так как кальций является вто­ричным посредником при действии многих гор­монов, медиаторов и при генерации потенциа­лов действия в ряде клеток. Умеренная актива-

ция фосфолипазы А₂ - также нормальное физио­логическое явление, поскольку служит первым звеном в цепи образования физиологически ак­тивных производных арахидоновой кислоты. Чрезмерное увеличение концентрации ионов кальция в цитоплазме и активация фосфолипа­зы приводят к потере мембранами их барьерных свойств и нарушению функционирования кле­точных органелл и клетки в целом.

В аэробных условиях ионов кальция вокруг митохондрий мало (10 ⁷ - 10 ⁶М) и фосфолипаза умеренно активна. В отсутствие кислорода ис­чезает электрический потенциал на мембране ми­тохондрий, который удерживал ионы кальция в матриксе, и кальций выходит в цитоплазму. Связываясь с активным центром фосфолипазы А₂ (который как раз расположен с наружной сто­роны внутренней мембраны), ионы кальция ак­тивируют фермент. Гидролиз фосфолипидов при­водит к потере мембраной ее барьерных свойств, и митохондрии теряют способность как к окис­лительному фосфорилированию, так и к закачи­ванию кальция в матрикс.

Последовательность нарушений в клетке при гипоксии. Последовательность изменений в клетке в результате прекращения доступа кис­лорода (аноксии) одинакова для самых различ­ных тканей. Это показали опыты со срезами тка­ней, изолированными клетками и изолирован­ными клеточными органеллами, в частности митохондриями. В клетках печени, находящих­ся в условиях аноксии при комнатной темпера­туре, последовательность событий такова:

0-5 мин аноксии: снижение уровня АТФ в клетке в 2-4 раза, несмотря на активацию гли­колиза;

5-15 мин: повышение концентрации Са²⁴ в цитоплазме клетки. Активация гидролитических ферментов, в том числе фосфолипазы А₂ мито­хондрий. Содержание Са²+ в митохондриях по­вышается, так как они еще не повреждены;

15-30 мин: гидролиз митохондриальных фос­фолипидов фосфолипазой А₂ и нарушение барь­ерных свойств митохондриальной мембраны. Реоксигенация ткани на этой стадии приводит к активному набуханию митохондрий. Дыхатель­ный контроль в митохондриях нарушен, окис­лительное фосфорилирование разобщено, способ­ность митохондрий накапливать ионы кальция снижена;

30-60 мин: частичное восстановление функ-

76