Глава 3. Общая патология клетки Структурно-функциональные феномены патологии клеток и тканей

Любая болезнь, независимо от причины, всегда начинается с повреждения какой-либо ткани организма, а через неё и организма и целом. «В наиболее общем смысле повреждение живого тела на любом уровне (молекулярном, субклеточном, органном, организменном) представляет собой изменение его строения и функции, которое не способствует, а мешает жизни и существованию организма в окружающей среде» (А.Д. Адо). Повреждение морфологически проявляется в виде различных тканевых дистрофий и некроза.

Дистрофии представляют собой нарушения обменных процессов в тканях и характеризуются накоплением в клетках и межклеточном веществе продуктов метаболизма, измененных как количественно, так и качественно. Их появление обусловлено следующими механизмами:

• инфильтрацией - отложением продуктов обмена из жидкостей организма в ткани (например, липопротеидных комплексов в стенку сосудов при атеросклерозе);

• декомпозицией - расщеплением жиро-белково-углеводных комплексов клеток и межуточного вещества при их повреждении (альтерации);

• трансформацией - компенсаторным переключением клетки на какой-нибудь вид обмена (например, синтез липидов и их накопление в клетках печени при алкоголизме);

• извращением синтеза и появлением веществ, не встречающихся в норме (например, гемомеланина при малярии).

Различают белковые, жировые, углеводные и минеральные дистрофии.

При глубоких нарушениях метаболизма, когда повреждение тканевых структур преобладает над их репарацией (восстановлением) - развивается некроз.

Некрозом (местной смертью) называется полная и необратимая гибель клетки, ткани, органа при относительном сохранении жизнедеятельности всего организма. На границе очага некроза и живой ткани развивается демаркационное (пограничное) воспаление, которое локализует очаг. Участки некроза могут рассасываться и рубцеваться. Они могут кальцинироваться (например, обызвествление туберкулезного очага в лёгких), а также отторгаться с образованием язв. В лёгких, почках и железистых органах, имеющих выводные протоки, отторжение некротических масс ведет к образованию каверн (полостей). При обширных некрозах всасывание токсических продуктов из очага распада является причиной тяжёлых интоксикаций и усугубляет тяжесть заболевания.

Отличительным свойством живой системы является соблюдение ею принципа неравновесности с внешней средой. Это значит, что живой организм постоянно поддерживает состояние, препятствующее уравниванию с окружающей средой градиентов - диффузионного, осмотического, теплового и электрохимического. Это достигается работой многочисленных клеточных насосов (белков-переносчиков, вмонтированных в мембраны). Клеточные насосы обеспечивают поступление в клетку электролитов, глюкозы, воды и других веществ, которые необходимы ей для жизни. Наиболее существенную роль в этом процессе играет Na, К-насос (Na, К-АТФ-аза). Na, К-насос - ферментно-транспортный ансамбль мембраны, который, используя энергию АТФ, активно нагнетает ионы К⁺ внутрь клетки и откачивает ионы Na⁺ из клетки наружу. В результате этого концентрация К⁺ внутри клетки выше, чем во внеклеточной среде, а концентрация Na⁺ - ниже. Это неравновесное состояние обеспечивает образование электрохимического мембранного потенциала, необходимого для осуществления функций возбудимости и проведения возбуждения. Кроме того, клетка использует энергию электрохимического градиента для транспорта через мембрану некоторых веществ (например, глюкозы).

Повреждение клетки выражается прежде всего в нарушении строения и функций клеточных мембран, в том числе и наружной. Это влечет за собой нарушение работы Na, K-насоса. При этом наблюдается выход из клетки ионов К⁺ и проникновение в неё ионов Na. Вследствие этого нарушается возбудимость и проводимость клетки (что является, например, одной из причин возникновения сердечных аритмий). Такие изменения наблюдаются в клетках при механической травме, различных интоксикациях, аллергических состояниях, гипоксии органов и тканей и многих других видах повреждения.

Одним из важнейших проявлений повреждения цитоплазматической мембраны является нарушение функции кальциевых каналов. Ионы кальция играют главную роль в процессах сокращения и расслабления мышц. Они также участвуют в транспорте аминокислот внутрь клетки. Трансмембранный ток ионов кальция тесно связан с выделением медиаторов в синаптических образованиях (ацетилхолина, норадреналина и других). Ионы кальция участвуют в процессах регенерации (восстановления) отростков нервных клеток. Повреждение каналов, откачивающих ионы кальция, например, при инфаркте миокарда (некрозе участка сердечной мышцы), способствует накоплению кальция в цитоплазме и митохондриях миокардиоцитов. Это нарушает расслабление сердечной мышцы. Возникающая при этом неполная диастола ухудшает насосную функцию сердца. При аллергии, напротив, резко повышается проницаемость клеточных мембран для кальция. Ионы кальция поступают внутрь тучных клеток, что приводит к высвобождению из них гистамина и других медиаторов воспаления, которые провоцируют дальнейшее развитие аллергии.

Одним из главных проявлений повреждения клеток является нарушение в них обмена воды. Через повреждённую мембрану вода выходит из цитоплазмы в экстрацеллюлярное (внеклеточное) пространство. Возникает отёк. Чем сильнее повреждение мембран, тем больше воды из клеток перемещается в межклеточную жидкость, тем сильнее отёк.

Повреждение цитоплазматической мембраны сопровождается разрушением рецепторов, обеспечивающих связь клетки с внешней средой (с медиаторами и гормонами). В результате этого в клетке существенно нарушаются разные метаболические процессы. Например, повреждение адренорецепторов наружной мембраны клетки нарушает окисление глюкозы за счёт выключения начального этапа бескислородного окисления вследствие повреждения регуляторной системы адренорецептор-аденилциклаза-циклический АМФ. Повреждение тироксиновых и глюкагоновых рецепторов, тесно взаимодействующих с этой системой, также может нарушить первичное звено энергообразования, и, как следствие, нарушить жизнедеятельность клетки (рис. 3.1.).

Распространение процесса повреждения вглубь клетки вызывает травму субклеточных структур и нарушает активность связанных с ними ферментных систем.

Так, повреждение мембран гладкого эндоплазматического ретикулума нарушает происходящие на них биохимические процессы: бескилородный этап окисления глюкозы, синтез углеводов и жиров, а также метаболизм ксенобиотиков (чужеродных веществ, в том числе и лекарственных). Повреждение мембран гранулярного эндоплазматического ретикулума сопровождается распадом полисом на отдельные рибосомы и торможением синтеза белков.

При повреждении митохондрий нарушается кислородный этап окисления глюкозы. Поскольку в митохондриях окисляются также жиры, страдает и этот путь энергообразования. Повреждение мембран митохондрий приводит к разобщению окисления и фосфолирования (образования АТФ). Это означает, что уменьшается синтез АТФ из АДФ, т.е. снижается продукция основной «энергетической валюты» клетки - АТФ. Образовавшаяся при этом энергия рассеивается в виде тепла, что приводит к повышению температуры тела. Дефицит АТФ, возникающий в этом случае, частично компенсируется усилением образования АТФ в бескислородном (анаэробном) метаболическом каскаде гладкого эндоплазматического ретикулума. В результате активации анаэробного гликолиза (бескислородного окисления глюкозы) в клетке накапливаются недоокисленные продукты обмена (пировиноградная кислота, молочная кислота и др.). Указанные изменения структуры и функций клетки носят обратимый характер до тех пор, пока сохранена структура ДНК. Нарушение структуры ДНК и прекращение энергообразования приводят к развитию в клетке необратимых изменений. Завершают патологический процесс в клетке гидролазы лизосом. Лизосомы можно назвать аппаратом саморазрушения клеток. При повреждении лизосом высвобождается значительное количество гидролитических ферментов (катепсинов, рибонуклеазы, дезоксирибонуклеазы и др.), которые активны в кислой среде. При их выходе во внутриклеточную среду происходит самопереваривание (аутолиз) клетки. На рис. 3.2 показаны феномены повреждения клеток.