7.4. Ознаки пошкодження клітини.

Зовнішня мембрана клітини – складається з двох рядів молекул фосфоліпідів, розташованих більш чи менш перпендикулярно до поверхні мембрани так, що їх неполярні (гідрофобні) кінці контактують між собою, а полярні (гідрофільні) повернені до водних розчинів по ту чи іншу сторону мембрани. У цитомембрані розташовані рецептори гормонів, таких як інсулін чи адреналін, та інших біологічно активних речовин, котрі впливають на функцію і реактивність клітин; локалізуються різні протеїни, молекули мукополісахаридів і специфічні білки (наприклад, антигенні детермінанти гістосумісності), які визначають її спроможність до проникності та антигенні властивості. Цитомембрана відіграє основну роль в міжклітинних комунікаціях як шляхом утворення спеціалізованих міжклітинних контактів, так і шляхом передавання сигналів.

Ознаки ушкодження структури:

• деформація чи атрофія спеціалізованих структур (наприклад, атрофія мікроворсинок ентероцитів при хворобах тонкої кишки);

• збільшення кількості (потовщення клітинної мембрани), довжини і площі мембранних структур (піноцитозні та фагоцитозні пухирці);

• атрофія клітинної мембрани з появою щілин або розривів;

• формування спеціальних патологічних структур (формування мієліноподібних або псевдомієлінових структур).

Ознаки порушення функції:

• порушення проникності призводить до набухання клітини. Важлива роль у здійсненні проникності мембран належить глікокаліксу і взаємодії мембранних білків з цитоскелетом, а також гормонам, які взаємодіють з мембранними рецепторами. Зміни проникності можуть бути важкими (необоротними) або поверхневими;

• порушення «бар’єрної» функції супроводжується зайвим надходження води до клітини і розвитком вакуольної або гідропічної дистрофії;

• порушення транспортних та інформаційних процесів;

• зміна здатності клітин до фіксації антигенів, антитіл, токсинів, вірусів та інших лігандів;

• альтерація міжклітинних контактів – призводить до втрати зв’язків між клітинами. Спостерігається у процесі канцерогенезу, лежить в основі порушення контактного гальмування проліферації пухлинних клітин, сприяє пухлинній інфільтрації та метастазуванню.

Ознаки фізико-хімічних змін: збільшується проникність мембрани для натрію, калію, хлору, кальцію і магнію, що призводить до швидкого набухання клітин та розпаду її цитоскелета. Збільшення об’єму клітини за рахунок надходження великої кількості води, у зв’язку з аномалією осмотичного тиску, супроводжується появою щілин і, навіть, розривів у мембрані.

Ознаки біохімічних змін: недостатність натрій-калієвого насосу і функцій іонних каналів; втрата фізіологічних трансмембранних іонних градієнтів; надлишковий вхід натрію і води у клітину; надлишковий вхід кальцію у клітину; активація мембранних фосфоліпаз; вивільнення і перетворення арахідонової кислоти.

Цитоплазма, цитозоль – за фізико-хімічними властивостями цитоплазма наближається до гелю і містить органели (необхідні для метаболізму клітини) та включення (жир, глікоген, пігменти, тощо – не приймають участі у метаболічних процесах клітини). Цитозоль – компонент цитоплазми, який структурно не стосується до органел, але містить білки, з яких складаються органели і розчинні ферменти, котрі беруть участь у проміжному обміні клітини.

Ознаки ушкодження структури:

• збільшення щільності цитозолю – неспецифічна відповідь на різноманітні типи чинників (аноксія або гіпоксія, інтоксикація, дія вірусу, ракова інтоксикація, іонізуюча радіація, вплив високої температури, електричний струм, тощо), які пошкоджують клітину;

• зменшення щільності цитозолю – може бути пов’язане зі зменшенням або припиненням білкового синтезу, а також з проникненням у цитоплазму води. При локальному зменшенні щільності говорять про хромоліз.

Мітохондрії – це структури, які обмежені двома мембранами – зовнішньою і внутрішньою, і є, зі всіх клітинних елементів, найчутливішими до агресії. Мітохондрії – це «енергетичні станції», які безпосередньо приймають участь в обміні через цикл Кребса і системи транспорту електронів дихального ланцюга. Створювана ними енергія накопичується всередині молекул АТФ у вигляді багатих енергією фосфатних сполучень (макроергічних зв’язків). АТФ виробляється фосфорилюванням АДФ за участю кисню.

Ознаки ушкодження структури:

• збільшення числа і розмірів мітохондрій – характеризується появою у цитоплазмі клітин оксифільних гранул;

• утворення мегамітохондрій – гігантські розміри, інколи вони більші від ядра (зустрічаються, наприклад, у гепатоцитах при алкоголізмі та цирозах печінки);

• зміна форми – найчастіше зумовлена набуханням мітохондрій, внаслідок проникнення у них води. Є два типи набухання: 1-й тип – супроводжується пасажем води через розширений зовнішній простір, що сформувався зовнішньою мембраною у внутрішній; при цьому матрикс мітохондрій стискається і стає дуже щільним; зміни є зворотними. 2-й тип – виникає у результаті збільшення проникності внутрішньої мембрани. Наслідком цього є розгладжування та фрагментація крист; після пошкодження зовнішньої мембрани зміни швидко стають незворотними, тобто смертельними, і супроводжуються загибеллю гранул мітохондріального матриксу, а внутрішня і зовнішня мембрани мітохондрій розриваються.

• зміни структури крист мітохондрій можуть стосуватися їх розмірів, форми і числа. Деформація крист і зменшення їхнього числа зустрічається при пониженій активності мітохондрій. Збільшення числа крист мітохондрій – доказ зростаючих функціональних потреб клітини.

Ознаки порушення функції. Спадкові та набуті розлади функцій мітохондрій є в основі розвитку багатьох патологічних процесів, а саме:

1. мутації ДНК мітохондрій та дефіцит НАД-Н-дегідрогенази зумовлюють розвиток мітохондріальних міопатій для яких характерне ушкодження міокарда, епілепсія, клонічні судоми, атаксія та деменція;

2. синтез антимітохондріальних антитіл типу IgG зумовлює розвиток первинного біліарного цирозу;

3. накопичення заліза у мітохондріях нормобластів спостерігається при мієлодиспластичному синдромі (сидеробластна анемія);

4. розлади окислювального фосфорилювання та транспорту електронів вздовж дихального ланцюжка завершуються дефіцитом АТФ, гіпоксією та ацидозом.

Ознаки фізико-хімічних змін: підвищення іонної проникності внутрішньої мітохондріальної мембрани порушує роботу водневої «помпи» та призводить до зниження електрохімічного градієнта, енергія якого, в нормі, забезпечує ресинтез АТФ у певних точках мітохондріальної мембрани завдяки вмонтованим тут складним АТФ-азним комплексам.

Ознаки біохімічних змін: роз’єднання окиснення і фосфорилювання, пригнічення клітинного дихання та перехід іонів Na⁺ і К⁺ у мітохондріальний матрикс.

Ендоплазматичний ретикулум – у цитоплазмі утворює численні сплетення зі щілин та каналів. Бере участь у формуванні ядерної мембрани і апарату Гольджі. Функція мембран, які формують ретикулум, залежить від їх зв’язку з рибосомами: шорсткий ендоплазматичний ретикулум – це місце білкового синтезу, що складає основу клітинної секреції білка, тоді як гладкий ендоплазматичний ретикулум відіграє роль у синтезі вуглеводів, метаболізмі стероїдів, глікогену та різноманітних токсичних субстанцій, які необхідно нейтралізувати. Виявляється у порушеннях властивих їй численних функцій: синтетичної, детоксикаційної, депонуючої та ін.

Ознаки ушкодження структури:

• гіперплазія ендоплазматичного ретикулуму – збільшення його кількості може супроводжуватися утворенням концентричних структур;

• атрофія ендоплазматичного ретикулуму – зменшення його розмірів, супроводжується зниженням білково-синтетичної функції клітини (при голодуванні, хворобах печінки, старінні).

Ознаки порушення функції:

• порушення детоксикаційної функції – збільшується кількість ензимів;

• зниження білково-синтетичної функції клітини.

Лізосоми – субмікроскопічні органели клітини, що мають вигляд одношарових везикул та містять понад 60 ферментів-гідролаз. Основна функція лізосом - розщеплення біополімерів (мукополісахаридів, глікогену) у процесі ремоделювання тканин та збереження внутрішньоклітинного молекулярного гомеостазу.

Ознаки ушкодження структури:

• пошкодження лізосомних мембран – дестабілізація лізосомних мембран у вигляді тріщин і розривів може спостерігатися при впливі різноманітних агресивних чинників. У цих випадках гідролази дифундують у клітину, що призводить до її некрозу або прогресуючого руйнування шляхом автолізу (самоперетравлювання);

• недостатність лізосомних ензимів – у лізосомах можуть бути відсутні деякі ензими необхідні для нормального метаболізму клітин. Ензимопатія або дисметаболічна хвороба має природжений характер і передається спадково за аутосомно-рецесивним типом. Дефіцит ензимів спостерігається, найчастіше, при глікогенозах (хвороба Помпе, хвороба Гірке), ліпідозах (недостатність ліпаз адипозоцитів), гепатозах (хвороба Дабіна-Джонсона). Ці стани інколи називають «хворобами нагромадження».

• феномен накопичування у лізосомах лежить в основах хвороби Вільсона, при якій накопичується мідь, і гемохроматозу, що супроводжується накопичуванням феритину. 

Пероксисоми – оточені мембраною субклітинні утворення, що містять пероксидази та каталазу (розщеплює пероксид водню), уратоксидазу та інші ферменти обміну ліпідів (холестерину), пуринів та піримідинів.

Ознаки ушкодження структури:

• збільшення кількості пероксисом спостерігається у гепатоцитах при застосуванні медикаментів, які знижують рівень ліпемії; вірусному гепатиті, лептоспірозі, в кардіоміоцитах при тривалому впливі етанолу;

• зменшення кількості пероксисом і зниження синтезу їхніх ферментів спостерігається у печінці при запаленні, а також при пухлинному рості. Руйнування пероксисом виявлене при гіперліпідемії і гіперхолестеринемії;

• пероксисомні хвороби: мають спадковий характер, до них відносять: акаталаземію, цереброгепаторенальний синдром Целлвегера і системну недостатність карнітину.

Акаталаземія – захворювання, в основі якого лежить різке зниження активності каталази в печінці та інших органах. Основним клінічним синдромом цього захворювання є гангренозна ротова порожнина, вкрита виразками.

Цереброгепаторенальний синдром Целлвегера характеризується: відсутністю пероксисом у гепатоцитах; зниженням каталазної активності печінки до 20% і менше; редукцією ендоплазматичного ретикулуму; атрофією і зменшенням числа мітохондрій; збільшенням в гепатоцитах кількості гранул глікогену та ліпідних вакуоль.

Системна недостатність карнітину супроводжується окисненням жирних кислот у скелетних м’язах, печінці, плазмі крові. У клініці спостерігається міопатія з періодичними порушеннями функції печінки та головного мозку.

Ознаки порушення функції: ведучим клінічним проявом недостатності пероксисом є порушення синтезу жовчних кислот.

Рибосоми – як вільні, так і зв’язані з мембранами ендоплазматичного ретикулуму, є органоїдами, які на 60% складаються з РНК та на 40% – з білків і необхідні для розпізнавання генетичного коду клітини. Рибосоми нанизані на окремі нитки мРНК, що забезпечує одночасний синтез багатьох поліпептидних ланцюжків зі швидкістю об’єднання двох амінокислот за секунду.

Ознаки ушкодження структури: за умов патології рибосоми можуть будувати добре окреслені геометричні фігури. Наприклад, при впливі афлотоксину і в пухлинних клітинах лімфоми Беркітта вони мають вигляд спіралі. Аналогічні зміни спостерігаються у клітинах при гіпотермії, при кисневому голодуванні та дефіциті білка в організмі.

Апарат Гольджі – пластинчастий комплекс утворений сплющеними мішечками (вакуолями), що містять секреторні гранули і анастомозами, які взаємозв’язані з ендоплазматичним ретикулумом. Величина апарату Гольджі залежить від синтетичної активності клітини і зумовлена або рівнем зовнішньої секреції (наприклад, у печінці чи підшлунковій залозі), або інтенсивністю синтезу, необхідною для життєдіяльності самої клітини (наприклад, в нейронах).

Ознаки ушкодження структури:

• гіперплазія апарату Гольджі – збільшення площі його мембран і кількості секреторних гранул звичайно поєднується з гіперплазією ендоплазматичного ретикулуму. Якщо синтез тих або інших речовин випереджає їх секрецію і виведення, то ці речовини накопичуються в апараті Гольджі і можуть його пошкоджувати (наприклад, накопичування жовчі в гепатоцитах при холестазі);

• атрофія апарату Гольджі – редукція (зменшення) вакуоль і втрата секреторних гранул, свідчить про зниження його функціональної активності. Однією з причин такого зниження може бути білкове голодування, а також порушення взаємодії пластинчастого комплексу з ендоплазматичною сіткою.

Ознаки порушення функції – порушення секреторної функції

Мікротрубочки і мікрофіламенти.

Мікротрубочки (макрофіламенти) займають особливе місце у міжклітинних контактах. Більшість клітин містять комплекси фібрилярних структур, які виконують опорну, транспортну, скоротливу і рухову. Для деяких органел характерне сполучення мікротрубочок у групи, в основному, по дев’ять, наприклад, триплети в центріолях, дуплети у війках. Мікротрубочки є дуже складними структурами і містять багато протеїнів, а також АТФ-азу, яка бере участь у побудові миготливого епітелію.

Ознаки ушкодження структури:

• генетичні аномалії числа або розташування дуплетів. Наприклад, природжений синдром нерухомих війок (синдром Картагенера) характеризується тим, що війки покривного епітелію дихальних шляхів і слизової оболонки середнього вуха нерухливі або малорухливі. Тому мукоциліарний транспорт різко послаблений або відсутній, що призводить до хронічного запалення дихальних шляхів і середнього вуха. У таких хворих нерухливі також сперматозоїди, тому що їхній хвіст еквівалентний війкам;

• відсутність зв’язку між периферійними і центральними дуплетами у війках супроводжується їхньою нерухливістю. Це може спостерігатися при найрізноманітнішій патології (у дихальних шляхах: при інфекційних бронхітах, у курців; у генітальному тракті жінок при хронічних запальних захворюваннях: гонорея, хламідіоз, уреаплазмоз тощо);

• руйнування мікротрубочок під впливом різноманітних речовин (наприклад, колхіцин, алкалоїди барвінку (вінбластин, вінкристин), сульфгідрильні реактивні групи (кокадилат, діамід)). Всі ці речовини впливають на мітоз, змінюють функції клітин, пов’язані з мікротрубочками.

Ознаки порушення функції: малорухливість або нерухливість війок епітеліальних клітин.

Мікрофіламенти – актинові філаменти і міозин виявлені майже у всіх клітинах, незалежно від того, м’язові вони чи ні.

Ознаки ушкодження структури:

• збільшення мікрофіламентів знаходять в епітелії жовчних проток при первинному біліарному цирозі печінки (циркуляція жовчі у печінці регулюється мікрофіламентною системою); у клітинах при загоєнні ран, а також в пухлинах, особливо в зонах інвазії.

Проміжні філаменти – спеціалізовані залежно від типу клітин. Однак, у клітинах одного і того ж походження можуть зустрічатися проміжні філаменти різного типу. До проміжних філаментів відносяться: цитокератини (епітеліальні клітини), десмін (м’язові клітини), віментин (мезенхімальні клітини), нейрофіламенти (клітини центральної і периферійної нервової систем), гліальні філаменти (клітини глії).

Ознаки ушкодження структури: накопичення проміжних філаментів у клітині:

• Гіалін Меллорі (алкогольний гіалін) – гіалінові включення неправильної форми у клітинах печінки є морфологічним маркером хронічного алкоголізму, цирозу печінки);

• Хвороба Альцгеймера («пресенильна» деменція) – супроводжується утворенням фібрилярних мас у нейронах кори головного мозку у літніх людей. У клініці в таких хворих розвивається недоумство;

• кардіоміопатії – пов’язані з порушенням метаболізму десміну. Клінічно проявляються прогресуючою недостатністю міокарда і характеризуються масивними відкладеннями в кардіоміоцитах ШИК-негативного матеріалу, який складається з проміжних філаментів.

Ядро – відіграє домінуючу роль у поділі клітини. Структура та розміри ядра, яке знаходиться в інтерфазному (інтермітозному) стані, залежать від його плоїдності (вмісту ДНК, числа хромосом) і функціонального стану. Більшість клітин містять диплоїдні ядра. Ядра найрізноманітніших спеціалізованих клітин, відрізняються розмірами, формою, подібні внутрішньою структурою і, в основному, містять гранули, або грудочки хроматину.

Ознаки ушкодження структури: зворотні (сублетальні) і незворотні (летальні, або смертельні):

Сублетальні альтерації, зворотні:

• конденсація і маргінація хроматину – накопичування хроматину під мембраною ядра у вигляді регулярної стрічки чи маленьких грудочок. Цей процес – безпосередня відповідь на різноманітну агресію і перший її прояв;

• зміна ядерної мембрани, вакуолі та псевдовакуолі. Істинні внутрішньоядерні вакуолі – ядерна мембрана переривчаста (наприклад, при дилатації перинуклеарних цистерн) або утворює локальні пухирці шляхом інвагінації внутрішнього листка ядерної мембрани. Псевдовакуолі формуються шляхом внутрішньоядерної інвагінації цитоплазми, вони оточені двома пластинками мембрани і містять різноманітні частинки, органели, зокрема рибосоми (у гепатоцитах при різних метаболічних порушеннях);

• внутрішньоядерні включення – істинні включення, представлені деякими вірусами. Псевдовключення – це частинки глікогену (в ядрах гепатоцитів при цукровому діабеті), а також сферичні, лінійні, фібрилярні структури, природа яких не завжди відома.

Летальні пошкодження, незворотні:

• пікноз – тотальна незворотна конденсація хроматину по всій площі ядра;

• каріорексис (rexis – розрив) – розколювання хроматину, в основному, на невеликі за обсягом, неправильної форми фрагменти, які можуть знаходитися всередині ядерної мембрани, якщо вона збережена, або розташовуватися у цитоплазмі при деструкції ядерної мембрани;

• каріолізис (lysis – розчинення, розплавлення) – це вид смерті ядра, при якому хроматин більш-менш тотально дезінтегрований.

Рецептори клітини – від щільності рецепторів клітини залежить інтенсивність впливу на неї ліганду. Вона регулюється концентрацією останнього через механізм від’ємного зворотнього зв’язку.

Ознаки ушкодження структури:

• зменшення кількості функціонально активних рецепторів клітин (наприклад, при генних мутаціях, фіксації антирецепторних антитіл та блокаді рецепторів іншими молекулами-лігандами) є в основі патогенезу багатьох патологічних процесів:

  • зменшення кількості інсулінових рецепторів – попереджає розвиток гіпоглікемії у випадках ожиріння з гіперінсулінізмом;

  • зменшення кількості ацетилхолінових рецепторів рухових пластинок скелетних м’язів при автоімунній травмі;

  • зменшення кількості рецепторів андрогенів на клітинах гіпоталамо-гіпофізарної системи супроводжується збільшенням секреції лютеїнізуючого гормону, естрогенів та розвитком тестикулярної фемінізації.

    • активація та інактивація рецепторів клітин:

      • активація альфа-адренергічних рецепторів спостерігається при гіпотермії;

      • пригнічення альфа-адренергічних рецепторів міометрію відбувається під впливом естрогенів;

      • надмірна активація рецепторів естрогенів – один з механізмів розвитку раку молочної залози у жінок;

      • інактивація рецепторів глюкокортикоїдів здійснюється шляхом дефосфорилювання їх молекул.