3. Дисбаланс ионов и жидкости в клетке

Вслед за расстройством энергетического обмена или параллельно с ним нарушается нормальное распределение различных ионов между жидкостью околоклеточных и внутриклеточных пространств, а также между различными отсеками цитоплазмы. В результате существенно изменяется проницаемость мембран для многих ионов и, в первую очередь, для калия, натрия, кальция, магния и хлора. Дисбаланс ионов проявляется главным образом накоплением в цитоплазме натрия и потерей ею калия вследствие расстройств в функционировании натрий-калиевой-АТФ-азы плазмолеммы, что в свою очередь ведет к нарушению работы натрий-кальциевого обменного механизма. Следствие дисбаланса ионов является изменение мембранного потенциала, потенциала действия, распространение возбуждения по электровозбудимым структурам, а также электромеханического и электрохимического сопряжения. Именно эти изменения являются важнейшими признаками повреждения клеток. Примером могут служить изменения ЭКГ, ЭЭГ, ЭМГ электронейрограммы, нарушения секреторной и моторной функции специализированных клеток. Дополнительно дисбаланс ионов может вести к изменению объема клеток вследствие движения жидкости в клетку или из клетки - развитие гипергидратации или дегидратации. Например, если в клетке имеется избыток натрия, то в цитоплазму поступает вода (гипергидрия), если избыток натрия имеет место в тканевой жидкости, то вода поступает из клетки в околоклеточное пространство (гипогидрия). В обоих вышеперечисленных случаях возможны микроповреждения внутриклеточных и цитоплазматических мембран, распад митохондрий и других органелл, повреждение ядра.

4. Повреждение генетической програмы и/или механизмов ее реализации

Основными процессами, ведущими к изменению генетической информации клетки, являются мутации, экспрессия патогенных генов (например, онкогенов), подавление активности жизненно важных генов – репрессия (например, регулирующих ферментов) или внедрение в геном фрагмента чужеродной ДНК (например, интеграция фрагмента ДНК онкогенного вируса с ДНК клетки при опухолевом росте). Другим важным механизмом расстройства жизнедеятельности клетки может быть нарушение реализации генетической программы главным образом в процессе клеточного деления при митозе и мейозе (для развития половых клеток). Выделяют три группы нарушений митоза:

1) изменения в хромосомном аппарате,

2) повреждение структур, обеспечивающих процесс митоза,

3) нарушение разделения цитоплазмы и цитолеммы - цитотомия. Наиболее частыми нарушениями митоза первой группы являются изменения числа и структуры хромосом. Примерами расстройств второй группы могут служит формирование многополюсных или моноцентрических митозов, рассредоточение хромосом в метафазе, что является, в частности, следствием аномалии веретена. Нарушения процесса деления цитоплазмы и плазмолеммы проявляются преждевременной или задержанной цитотомией, а также ее отсутствием.

5. Расстройство регуляции внутриклеточных процессов

Расстройство регуляции внутриклеточных процессов может быть результатом нарушений, развивающихся на одном или нескольких уровнях регуляторных механизмов:

1) на уровне взаимодействия биологически активных веществ (гормонов, медиаторов, посредников) с рецепторами клетки. Изменения чувствительности, числа, конформации молекул рецептора или химического состава микроокружения может существенно изменить характер клеточного ответа на регулирующий стимул. Например, накопление токсических продуктов ПСОЛ в ишемизированном участке миокарда ведет к физико-химическим перестройкам в мембране, что ведет к извращенным реакциям сердца на нейромедиаторы вегетативной нервной системы.

2) на уровне клеточных, так называемых вторичных посредников нервных влияний: цАМФ, цГМФ, которые образуются на действие гормонов и медиаторов. Примером может служить нарушение формирования мембранного потенциала кардиомиоцитов при накоплении в них цАМФ, что может служить причиной развития аритмий сердца.

3) на уровне метаболических реакций, регулируемых цАМФ и цГМФ или другими внутриклеточными факторами. Так, нарушение процесса активации клеточных ферментов может существенно изменить интенсивность метаболических реакций и, как следствие, привести к расстройству жизнедеятельности клетки.

ОСНОВНЫЕ ПРОЯВЛЕНИЯ ПОВРЕЖДЕНИЯ КЛЕТКИ

Повреждение клетки проявляется

1) дистрофией,

2) дисплазией,

3) изменением структуры и функции органелл,

4) некрозом и некробиозом.

1. Дистрофия (dys - нарушение, trophе - питаю). Под дистрофиями понимают нарушения метаболизма в клетках и тканях, которые сопровождаются структурными, пластическими и функциональным расстройствами вплоть до нарушений жизнедеятельности.

Основными механизмами развития дистрофий являются:

1) синтез аномальных веществ в клетке, например, амилоида (белково-полисахаридный комплекс),

2) избыточная трансформация одних соединений в другие (например, жиров и углеводов в белки, углеводов - в жиры),

3) декомпозиция (фанероз) например, белково-липидных комплексов мембран,

4) инфильтрация клеток и межклеточного вещества органическими и неорганическими соединениями, например холестерином и его эфирами стенок артерий при атеросклерозе.

К числу основных клеточных дистрофий относят:

1) белковые - диспротеинозы, 2) жировые - липидозы, 3) углеводные, 4) минеральные.

Диспротеинозы проявляются (1) зернистой, (2) гиалино-капельной и гидропической дистрофиями.

Липидозы характеризуются либо увеличением содержания внутриклеточного жира, либо появление его в тех клетках, в которых в норме он отсутствует, либо образованием липидов необычного химического состава.

Углеводные дистрофии характеризуются нарушением обмена полисахаридов (гликогена, мукополисахаридов) и гликопротеидов (муцина, мукоидов). Полисахаридные дистрофии проявляются уменьшением содержания полисахаридов в клетке (например, гликогена при сахарном диабете) их отсутствием (агликогенозы) или накопление их избытка (гликогенозы). Нарушение метаболизма гликопротеидов характеризуется накоплением муцина и мукоидов, в связи с чем их называют слизистыми дистрофиями.

Минеральные дистрофии проявляются либо увеличением, либо уменьшением содержания в клетках минеральных веществ, таких как калия, кальция, железа, меди, что отражается на состоянии мембранного потенциала, регуляции проницаемости околоклеточных мембран, активности ферментов, сопряжения возбуждения и сокращения и т.д. Чаще наблюдается накопление избыточного содержания молекулярных или ионизированных фракций катионов – кальцинозы, сидерозы и т.п., реже – уменьшение их содержания.

2. Дисплазии (dys - нарушение, plaseo - образую): нарушение процесса развития клеток, проявляющиеся стойкими изменениями их структуры и функции, что ведет к расстройствам их жизнедеятельности. Причиной дисплазий является повреждения генома клетки. Основным механизмом развития дисплазий является расстройства процесса дифференцировки, который заключается в формировании структурной и функциональной специализации клетки. Структурными признаками дисплазий являются изменения величины и формы клеток, их ядер и органелл, числа и строения хромосом (например, появление мегалобластов при пернициозной анемии, серповидных эритроцитов, нейронов-монстров в коре больших полушарий и т.п.). Клеточная дисплазия представляет собой одно из проявлений клеточного атипизма при опухолевом росте.

3. Изменения структуры и функций клеточных органелл при повреждении клеток. Любое повреждение клетки характеризуется большим или меньшим нарушением функций всех ее компонентов, но возможно преобладание признаков повреждения отдельных органелл. Например, повреждение митохондрий характеризуется изменением их общего числа или отдельных их компонентов, изменением их размеров, набухания, вакуолизации, отложением в матриксе органических и неорганических соединений. В качестве причин таких изменений митохондрий могут выступать физические, химические, биологические факторы, в том числе эндогенные.

Ядро. Повреждение ядра сопровождается изменением его формы, конденсацией хроматина по периферии ядра, нарушения целостности и разрывы ядерной оболочки, слияние ее с полоской маргинации хроматина. Причины, вызывающие повреждения ядра, те же.

Лизосомы. Повреждение лизосом приводит к самоперевариванию собственными протеолитическими ферментами клетки – аутолизу.

Рибосомы. (Они необходимы для реализации генетической программы клетки). При их повреждении наблюдается разрушения группировок субъединиц рибосом - образование мономеров полисом, уменьшение числа рибосом, отрыв органелл от внутриклеточных мембран. Повреждение рибосом сопровождается снижением интенсивности синтеза белка клеткой.

Эндоплазматическая сеть. (Выполняет функцию накопления, распределения и инактивации различных веществ внутри клетки). При их повреждении наблюдается расширение канальцев сети вплоть до образования вакуолей, деструкции и фрагментации мембран. Это ведет к развитию клеточных дистрофий, нарушениям распространения потенциала действия, расстройств функции сократительных элементов клетки, обезвреживанию цитолитических факторов.

Аппарат Гольджи. (Транспорт веществ по клетке с высокой метаболической активностью). Повреждение аппарата Гольджи сопровождается структурными изменениями, сходными с таковыми в эндоплазматической сети.

Цитоплазма. Повреждающие действия заключаются в изменении содержания в цитоплазме воды, протеолизе, коагуляции белка, образовании внутриклеточных включений, которые в норме не встречаются. Отсюда понятно, что изменения в цитоплазме существенно влияют на клеточные процессы метаболизма и функции клеток.

4. Некроз, некробиоз и аутолиз, апоптоз. Повреждение отдельных компонентов клетки влияет на состояние всех ее структур и процессов, поскольку они объединены в единую сбалансированную систему. Поэтому, если под влиянием патологического фактора нарушено взаимодействие субклеточных структур и координация внутриклеточных процессов, гомеостаз клетки нарушается, и она погибает, т.е. некротизируется или гибнет вследствие апоптоза.

Итак, некроз (necrosis - мертвый) - это гибель клеток и тканей сопровождающаяся необратимым прекращением их жизнедеятельности. Некроз нередко является завершающим этапом дистрофий, дисплазий и значительных повреждений клетки. Изменения, предшествующие некрозу, называются некробиозом или патобиозом.

Большинство погибших клеток подвергается аутолизу, т.е. саморазрушением структур под влиянием гидролаз лизосом. В процессе лизиса поврежденных клеток могут принимать участие фагоциты и микроорганизмы. Такой механизм получил наименование гетеролитичекий.