patology

31

Таблиця.

Вільні радикали та пошкодження клітини

дантні системи, що інактивують вільні радикали

Глутатіонпероксидаза

Каталаза

Пероксиддисмутаза Вітамін Е ( -токофе- рол)

Вітамін С

ЛЕКЦІЯ N3

Тема: ”Патологія вакуолярної системи клітини”

ПЛАН

1.Патологія ендоплазматичного ретикулума:

-зміни гранулярної ендоплазматичної сітки та рибосом;

32

-зміни агранулярної ендоплазматичної сітки.

2.Патологія комплексу Гольджі.

3.Патологія лізосом та пероксисом.

Патологія ендоплазматичного ретикулума

За допомогою електронного мікроскопу у 1945 р. Портер, Клод, Фаллем на

дуже тонких протоплазматичних пластинках фібробластів, що вирощені у культурі,

виявили наявність сітки. У деяких місцях до цієї сітки були прикріплені зерна Пала-

да (рибосоми). Під світловим мікроскопом скупчення порожнин з рибосомами (від-

повідає гранулярній ендоплазматичній сітці) надає цитоплазмі клітині базофілії. У

нейронах вона отримала назву тигроїд або субстанція Ніссля.

Ендоплазматичний ретикулум (ЕР) в цитоплазмі утворює численні сплетення,

що представлені цистернами та канальцями, біля яких є пухирці. Він бере участь у формуванні ядерної мембрани і апарату Гольджі. Функція ретикулума різноманітна:

зернистий ендоплазматичний ретикулум - це місце білкового синтезу, тоді як незе-

рнистий ретикулум відіграє роль у синтезі вуглеводів, в тому числі глікогену, син-

тезі та метаболізмі стероїдів і детоксикації ядів та отрут, які необхідно ней-

тралізувати, Він також має відношення до регуляції вмісту кальцію.

Розвиток ЕР - це вираження синтетичної активності, що можна спостерігати в ацинусах підшлункової залози або плазмоцитах. Плазмоцит – це клітина сполучної тканини, що походить від моноцитів крові; продукує імуноглобуліни, має у цито-

плазмі багато полірибосом, дуже розвинений ендоплазматичний ретикулум, порож-

нина якого заповнена імуноглобулінами. При умові накопичення та уповільнення екскреції продуктів синтезу в ЕР є утворення тілець Русселя - круглі включення, які виявляються у старих плазмоцитах. Русселівські тільця називають надгробними пам’ятниками плазматичним клітинам. Показано, що в гепатоцитах при інтоксикації етіоніном, чотирьоххлористим вуглецем і піроміцином відбувається “дегрануляція шорсткого ЕР” - зменшення числа рибосом, зв’язаних з ЕР, і загального числа рибо-

сом. Ці зміни зворотні і свідчать про зниження білкового синтезу. До того ж необ-

хідно пам’ятати, що ЕР також є притулком для деяких вірусів, зокрема ретровірусів.

33

При патології ЕР можна спостерігати переважно два види морфологічних

змін - гіперплазію та атрофію. Окрім того, ще виділяють: спрощення структури;

дезагрегації (дисоціації) рибосом і полісом.

Зміни гранулярної ендоплазматичної сітки та рибосом

Гіперплазія гранулярної ендоплазматичної сітки і рибосом, тобто збільшення кількості цистерн та рибосом, світлооптично проявляється підвищенням базофілії цитоплазми і свідчить про підвищення інтенсивності білкового синтезу в клітині.

При електронно-мікроскопічному дослідженні можна виявити підвищення синтезу і екскреції білка або на тлі посилення синтезу білка гальмування його виведення з клітини. У клітинах, що інтенсивно секретують та екскретують білок (наприклад, в

активних фібробластів), спостерігається гіперплазія гранулярної ендоплазматичної сітки, цистерни розширені та майже пусті; при цьому комплекс Гольджі, що бере участь в екскреції синтезованого білка, добре розвинений. У клітинах, що інтенсив-

но секретують білок з порушенням його екскреції, в розширених гіперплазованих цистернах ендоплазматичної сітки з великою кількістю рибосом і полісом накопи-

чується електроннощільний матеріал; іноді відбувається його кристалізація; ком-

плекс Гольджі в таких випадках недостатньо розвинений.

Атрофія гранулярної ендоплазматичної сітки, тобто зменшення її розмірів,

світлооптично представлена зниженням або зникненням базофілії цитоплазми, а

електронно-мікроскопічно - зменшенням розмірів канальців і загального об’єму сі-

тки, кількості та розмірів рибосом (мал. 13). Це свідчить про зниження білковосин-

тетичної функції клітини і як результат зниження його секреції (білковий дефіцит під час голодування при хворобах печінки; старіння).

Спрощення структури гранулярної ендоплазматичної сітки клітин свідчить про недостатнє їх диференціювання, часто зустрічається в клітинах злоякісних пух-

лин.

Дезагрегація (дисоціація) рибосом та полісом - проявляється у порушенні рибосомально-мембранних взаємовідносин, “неорганізованій” асоціації рибосом у полісоми. Ця патологія є виразом спрощення будови ендоплазматичної сітки; зу-

34

стрічається у недиференційованої та пухлинної клітини та спостерігаються у дифе-

ренційованих клітинах при кисневому голодуванні та дефіциті білка в організмі.

Ендоплазматична сітка і система оксигеназ зі змішаною функцією

Деякі чужерідні речовини, що підлягають метаболізму в ендоплазматичній сі-

тці, здатні взаємодіяти з макромолекулами клітини, що призводить до її пошко-

дження. Каталізаторами таких метаболічних процесів в ендоплазматичній сітці є група споріднених NADH- і 02-залежних ферментів. Це - монооксигенази (гідрокси-

лази) або оксигенази із змішаною функцією (ОСФ). Оксигенази - гемовмісні ферме-

нти класу оксиредуктаз, що каталізують процеси вільного окислення субстрату шляхом приєднання двох атомів кисню. Моноксигенази приєднують 1 атом кисню до субстрату й ще 1 атом використовується для окислення НАДФ Н2 . Кисень вклю-

чається до субстрату безпосередньо. Функція оксигеназ - пластична. Субстратами є холестерин, стероїди, ненасичені жирні кислоти.

Головною оксигеназою цієї системи є цитохром-Р-450. Вона знайдена в ендо-

плазматичній сітці клітин багатьох органів (печінка, легені, кишки, кора наднир-

кових залоз, шкіра). Ця система може, крім гідроксилування стероїдів, утилізувати деякі ліпофілні ендогенні (жирні кислоти) і екзогенні (лікарські препарати, органічні розчинники, карциногени) речовини. Метаболізм сторонніх ліпофільних речовин потребує складної взаємодії ряду ферментативних процесів, в яких система ОСФ -

цитохром Р-450 посідає центральне місце. Такий метаболізм не завжди призводить до інактивації метаболічних речовин. Можливе утворення реакційноздатних оксиге-

нованих продуктів, які взаємодіють з нуклеїновими кислотами і білками клітини, що призводить до їх пошкодження. Основний механізм такого пошкодження - це гене-

рація супероксидних радикалів 02 і перекису водню, що індукують переокислення ліпідів.

Патологія рибосом

У клітині є рибосоми: вільні і зв’язані з мембранами ендоплазматичного рети-

кулуму. Локалізація рибосом пов’язана з типом синтезуючих білків: для власних по-

35

треб та на експорт. Рибосоми, асоційовані з мембранами ЕР, виявляються в усіх сек-

ретуючих клітинах.

В умовах патології рибосоми мають вигляд добре окреслених геометричних фігур. Наприклад, в пухлинних клітинах лімфоми Беркітта у вигляді спіралі. Анало-

гічні зміни спостерігаються в клітинах при гіпотермії, при кисневому голодуванні та дефіциті білка в організмі.

Зміни агранулярної ендоплазматичної сітки

Агранулярна ендоплазматична сітка - це система розгалужених каналь

ців, вакуолей і цистерн, на мембранах яких, на відміну від гранулярної EC, відсутні рибосоми. Функції агранулярної EC: синтез ліпідів, ліпопротеїдів, стероїдних гор-

монів, вуглеводів (синтез глікогену), дезактивація різних шкідливих речовин та лі-

карські препаратів.

Агранулярна сітка може зазнавати ряд морфологічних змін, що відображають порушення її різноманітних функцій. Серед них головні: гіперплазія і атрофія.

Гіперплазія мембран ендоплазматичної сітки виявляється як розширення її канальців. При цьому спостерігають посилення інтенсивності синтезу ряду речовин

(білків, ліпідів, лікарських препаратів). До того ж часто приєднується ще порушення внутрішньоклітинного транспорту, тому що у розширених канальцях ендоплазмати-

чної сітки накопичуються продукти синтезу, комплекс Гольджі при цьому редуко-

ваний. Показано, що дефіцит ферментів при ферментопатіях уповільнюється внут-

рішньоклітинний транспорт з накопиченням білків і води в розширених цистернах ендоплазматичної сітки, викликаючи гідропічну дистрофію або ліпідів і ліпопротеї-

дів - жирову дистрофію.

Біохімічно доведено, що в канальцях агранулярної EC при отруєнні збільшу-

ється кількість ензимів, які відповідають за детоксикацію. Подібні зміни неспецифі-

чні і спостерігаються при дії афлотоксину, тетрахлористого вуглецю, ДДТ, димети-

лнітрозаміну, фосфору, прогестерону, при вірусних інфекціях або пухлинах (гепа-

тома).

36

Атрофія, а потім і редукція гладкої ендоплазматичної сітки виникає при гострому або хронічному пошкодженні клітин різними отрутами і токсичними речо-

винами, а також при білковому голодуванні.

Патологія апарату Гольджі

Апарат Гольджі - один із найбільш відомих органоїдів. Був виявлений у нер-

вових клітинах Каміло Гольджі. Тільки у 1954 р. Дальтон з’ясував, що апарат Голь-

джі (АГ) утворений сплющеними мішечками, вакуолями, дрібними пухирцями.

Весь цей комплекс мембранних утворень називають діктіосомою, вона має дві пове-

рхні (випукла проксимальна та вігнута дистальна). У секреторних клітинах АГ лока-

лізовано в апікальній частині клітини. Він дуже розвинений у клітинах, які секрету-

ють слиз або які знаходяться у стані слизового та колоїдного перероджнення. Функ-

ції комплексу Гольджі: накопичення, хімічна модифікація та дозрівання продуктів синтезу, маркування, упаковка та участь в утворенні лізосом.

Морфологічні прояви порушень секреторної функції АГ виявляються у ви-

гляді гіперплазії або атрофії .

Гіпертрофія комплексу Гольджі проявляється у збільшенні площі його мем-

бран і кількості секреторних гранул за рахунок гіперплазії мембран. В результаті цього підвищується секреція білків, глікопротеїдів і полісахаридів. При цьому зрос-

тає кількість секреторних гранул і везикул в цитоплазмі та за межами комплексу Го-

льджі. Як правило гіпертрофія комплексу Гольджі поєднується з гіперплазією ендо-

плазматичної сітки. Коли ж синтез тих або інших речовин випереджає їх секрецію і виведення, ці речовини вибірково накопичуються в гіпертрофованому комплексі Гольджі та можуть його пошкоджувати. Таким є, наприклад, накопичення жовчі в комплексі Гольджі гепатоцитів при холестазі. Холестаз – зупинка виведення жовчі з жовчних протоків.

Атрофія комплексу Гольджі супроводжується редукцією (зменшенням) ваку-

оль і навіть повною втратою секретopниx гранул і вакуолею та зниження його функ-

ціональної активності. Однією з причин такого зниження може бути недостатність білкових запасів в організмі (білкове голодування); при цьому ендоплазматична сіт-

37

ка те ж атрофічна, в цитоплазмі мало секреторних гранул. Іншою причиною зни-

ження функції АГ є “пошкодження” клітинного конвеєру, тобто порушення взаємо-

дії з ендоплазматичною сіткою. У таких випадках виявляється гіперплазія ендопла-

зматичної сітки та підвищення її функціональної активності, у цитоплазмі багато секреторних гранул і вакуолей.

Патологія лізосом

Значення лізосом у патології клітин різноманітне, і важко уявити патологіч-

ний процес, в якому вони б не брали участі.

Відкриті лізосоми у 1955 р. Де Дювом при диференційному центрифу гуванні, коли він виділив нову фракцію, проміжну між мітохондріями ( за ная-

вністю цитофхромоксидази) та мікросомною фракцією (мембрани ендо плазматичної сітки, за наявністю глюкозо-6-фосфатази). Нова фракція вмі-

щувала ряд ферментів, активних при кислих рН.

На сьогодні відомо, що лізосоми - це азурофільні гранули нейтрофілів, гранули

печінкових та ниркових клітин, тощо.

Отже, лізосоми (лат. lysosomae) — мембранні органели загального призна-

чення. Вони мають вигляд електроннощільних утворень круглої форми діаметром

0,2-0,4 мкм, які містять біля 60 гідролітичних ферментів, основною функцією яких є розщеплення в клітині цілого ряду речовин (внутрішньоклітинне травлення). На зо-

внішній поверхні їхніх мембран є рецептори. Установлено, що лізосоми здатні акти-

вно переміщуватись у клітині. Ферментами лізосом є білки, які синтезуються в гра-

нулярній ендоплазматичній сітці, і за допомогою транспортних везикул переносять-

ся до комплексу Гольджі, де до них приєднується вуглеводний компонент. Фермен-

ти лізосом численніце гідролази. Серед них одна - естераза - кисла фосфатаза, що добре виявляється гістохімічним методом Гоморі та є маркером лізосом. Від транс-

полюсу АГ відокремлюються пухирці - первинні лізосоми. Окрім первинних лізо-

сом, у клітині можуть бути і вторинні та третинні лізосоми. При взаємодії первинної лізосоми з піноцитозними пухирцями (фагосома з рідким вмістом) утворюється ін-

38

ший тип вторинної лізосоми. Вторинна лізосома з залишками неперетравлених ре-

човин отримала назву залишкове тільце або телолізосома. Після розчинення лізосо-

мальної мембрани вони довгий час знаходяться в цитоплазмі, лише іноді покидають клітину.Одні з них покидають клітину шляхом екзоцитозу, інші - клазматозу. Клаз-

матоз - (гр. клазма - фрагмент) - описав Ранв’є (1890 р.), явище при якому вирости клітинної поверхні відриваються від поверхні і попадають у міжклітинний простір.

Лізосоми можуть зливатися з пошкодженими фрагментами клітини (мітохондріями,

ендоплазматичною сіткою та ін.), утворюючи аутофагосоми. Аутофагічна діяльність лізосом відіграє важливу роль при фізіологічній регенерації окремих внутрішньоклі-

тинних структур, в процесах ембріогенезу, морфогенезу, та диференціювання кліти-

ні. З аутофагосомами у клітинах пов’язано накопичення пігменту — ліпофусцину,

який називають “пігментом старіння” і виявляють у нервових клітинах мозку, печін-

ки та м’язових волокнах. Гранули ліпофусцину розглядаються деякими авторами як продукти розпаду ліпопротеїдів мембран і носять назву “пігмент зношування кліти-

ни”. Ліпопігментами позначають групу цитоплазматичних гранул і включень від жовтого до темно-коричневого кольору, які вміщують білки та важкорозчинні ліпі-

ди. Їх колір обумовлений продуктами окислення і полімеризації ненасичених жир-

них кислот. Лізосомне походження ліпопігментів підтверджене біохімічними, гісто-

хімічними та електронно-мікроскопічними методами дослідження. До ліпопігментів належить і цероїд, який утворюється в макрофагах.

Отже, лізосоми не тільки “органи” внутрішньоклітинного травлення, про що говорить їх назва, але й “убивці” клітини; вони причетні як до фагоцитозу, так і до аутофагії.

Фізіологічна і патологічна активність лізосом залежить в основному від двох факторів: 1) стану (стабілізації) мембран лізосом і 2) активності їх ферментів. Пато-

логія лізосом пов’язана з дестабілізацією лізосомних мембран та лізосомними фер-

ментопатіями, які призводить до накопичення в клітині ряду початкових або промі-

жних продуктів обміну.

На відміну від більшості органел лізосомам притаманне катаболічна, а не ана-

болічна функція. Цю функцію лізосоми здійснюють за допомогою ендоцитоза та ау-

тофагії.

39

Ендоцитоз дуже часто спостерігається в проксимальних звивистих канальцях нирок. Протеїни, особливо з низькою молекулярною масою, після проходження че-

рез гломерулярний фільтр реабсорбуються і накопичуються лізосомами клітин епі-

телію звивистих канальців нирок. Мабуть, саме це явище Вірхов описав під назвою

“мутне набухання”. Наявність в клітинах канальців нирок гранул з позитивною реа-

кцією на кислу фосфатазу при багатьох протеїнуріях свідчить про їх лізосомне по-

ходження Здатність лізосом захоплювати та руйнувати власні структури клітини (ауто-

фагія) пояснює, яким чином великі молекули, такі як глікоген і феритин, можуть проникати до цих органели. Механізм аутофагії починається з утворення навколо ділянки цитоплазми системи гладких мембран, які охоплюють циркулярно цю діля-

нку і зливаються з первинними лізосомами. Цей феномен має назву «фокальний клітинний некроз». Мабуть він відіграє роль регулятора цитоплазми. Припускають,

що таким чином клітина контролює число мітохондрій, репродукція яких здійсню-

ється більш-менш автономно.

Дестабілізація мембран лізосом

До дестабілізації (лабілізації) мембран лізосом можуть призвести впливи різ-

них речовин і агентів - лабілізаторів мембран лізосом (наприклад, так звані проза-

пальні вітаміни A, D, К та. ін.). Пошкоджувати мембрани лізосом можуть також де-

які мікотоксини, різні канцерогенні речовини, фосфоліпази, активатори і продукти перекисного окислення, двоокис кремнію. Дестабілізуючий вплив на мембрани лізо-

сом мають гіпоксія, порушення кислотно-лужної рівноваги, голодування і білкова недостатність, зміни гормонального статусу, шок, травми, великі оперативні втру-

чання.

Дестабілізація (лабілізація) лізосомних мембран проявляється у вигляді трі-

щин і розривів. У цих випадках гідролази дифундують у клітину, що призводить до її некрозу або прогресуючого руйнування шляхом самоперетравлення.

Антагоністами лабілізаторів мембран лізосом є стабілізатори їх мембрани, які захищають її від зовнішнього впливу. До них відносяться холестерол, кортикоїди,

вітамін Е в малих дозах, антигістамін. Вони підвищують резистентність клітин. Лі-

40

зосоми продукують також велике число інактиваторів агресивних агентів, напри-

клад, при запаленні, імунних реакціях, інтоксикації. Коли ця функція надмірна і пе-

ревищує силу агресії або блокує її природу, лізосоми не беруть більше участі в го-

меостазі. Вони стають анормальними і розтягненими.

Серед патологічних станів, які пов’язані з пошкодженням лізосомальних мем-

бран, найбільш вивчені хвороби суглобів. У патогенезі цих хвороб важлива роль належить комплексу ферментів, які звільнюються з лізосом. В основному, це кислі гідролази і, перш за все, протеази типу катепсину Д, які здатні руйнувати глікопро-

теїдні структури хряща, а також глюкуронідази, колагенази і катіонні білки. Речови-

ни, що стабілізують лізосомальні мембрани (до них належать і саліцилати – солі са-

ліцилової кислоти, наприклад: аспірін), значно зменшують ступінь запалення.

Одним з перспективних напрямків лікування пухлин особливу увагу заслуго-

вують лікарські препарати, що діють на лізосомальні ферменти. Так, при дії цитото-

ксину або його комбінацій з вітаміном А виявлено збільшення кількості лізосом у клітинах, активація кислої фосфатази та вихід її в цито-

плазму, що приводить до виникнення дистрофічних змін у клітинах пухлин, затри-

мує їхній ріст.

Хвороби накопичення

Серед спадкових хвороб, пов’язаних з порушенням функції лізосом, які нази-

ваються лізосомними хворобами, перш за все слід назвати спадкові лізосомні ен-

зимопатії. Вони є наслідком первинної генної мутації і проявляються недостатністю чи повною відсутністю певного ферменту, або синтезом білкових молекул із зниже-

ною біокаталітичною активністю. Дефект (відсутність) одного або декількох лізосо-

мних ферментів призводить до накопичення в клітині речовин. Тому спадкові лізо-

сомні ензимопатії віднесені до групи хвороб накопичення або тезаурисмозів.

На практиці мова йде не про зайве утворення різноманітних субстанцій, а про уповільнення або зупинку руйнування їх метаболітів при нормальному синтезі.

Група спадкових лізосомних ензимопатій досить велика. Вона яскраво пред-

ставлена серед глікогенозів (хвороба Помпе), гангліозидозів (хвороби Тея-Сакса,