Патофизиология клетки
Лекция 2. Патофизиология клетки
Виды клеток, пути транспорта патогенного агента в клетку, законы системности клетки, стадии парабиоза клетки, защитные системы клеток (лизосомы, ксенобиотики, АО), главные причины и общие механизмы повреждения клеток, главные механизмы клеточной адаптации к повреждению, виды клеточных дистрофий, активные формы кислорода (АФК), хлора, азота – патологические и физиологические эффекты, антиоксиданты; типовые реакции при повреждении клеточных органелл, стадии повреждения клетки, некробиоз, гипоксический некробиоз, отличия некроза и апоптоза; болезни нарушения апоптоза.
ВИДЫКЛЕТОК: Удобно класифицировать по способности к делению: Стволовыеклетки: самоподдерживающаяся популяция, дифференцирующаяся в разных направлениях (полипотентные – костного мозга). Лабильные – постоянно пролиферирующиеся тканевые клетки (самоподдерживающаяся популяция, дифференцированная в одном направлении – молодые клетки эпидермиса, клетки крипт кишечника, эритроидный и миелоидные ростки костного мозга). Стабильнопролиферирующие ткане-специфические (дифференцированные) клетки - клеткимерокриновыхжелез, печени, почек, поджелудочной железы, соединительной ткани, хрящ (могут переходить в состояния покоя и регенерации путем ускорения пролиферации). Клетки, индуцируемые к пролиферации, но сами не пролиферирующие (Т- и В-лимфоциты). Статические – ядросодержащие необратимо дифференцированные, специализированные, непролиферирующие никогда (нервные, мышечные, гранулоциты, жировые, макрофаги – регенерация этих клеток происходит путем гипертрофии). Малигнизированные клетки– утратили стадию покоя.
КЛЕТКА КАК ЕДИНАЯ СИСТЕМА: Главнаяфункция клетки – адаптация (к собственным внутриклеточным потребностям и к внешним воздействиям), формируется на основе структурных элементов и запрограммированных генетически функций. Клетка – сложная система, подчиняется законам системности: взаимодействие ее элементов придает клетке новое качество (цельность клетки – все элементы ее функционируют в тесном единстве). Каждая клетка стремится к поддержанию собственного гомеостаза (постоянно адаптируется к среде – внутренней среде организма), повреждение каждого элемента ведет к изменению деятельности клетки в целом. Клетка эволюционирует (возникает – с учетом наследственности в т.ч. мутаций и с учетом типа клеточной дифференцировки, что определяется клеточным окружением; существует определенный срок, стареет и отмирает). Клетка находится под воздействиемсреды (нервы – трофическое влияние на клетки, гормоны, медиаторы, цитокины в т.ч. АФК (активные формы кислорода). Примеры - рибосомы формируют полисомы для синтеза белка только в присутствии СТГ; внешние ионы Na+ поддерживают электропотенциал мембраны, а Са2+ передают сигналы в клетку и пр.
КЛЕТКА - ЭЛЕМЕНТ ТКАНИ: клетка функционирует вместе с другими, объединяясь в ткань кейлонами и др. цитокинами (в т.ч. Н2О2). В ткани каждая клетка функционирует ритмично – часть клеток работает, др. «отдыхает», при нагрузке возрастает кооперативная деятельность клеток. Аналогично, ритмично работают рибосомы, митохондрии, лизосомы и др. части клеток. Никогда не работают на максимуме все клетки и все части ее. Диссинхронозы – нарушения ритма клеток, ведут к дезадаптации; сейчас выделяют как болезнь.
Рекомендуемые материалы
ИСТОЩЕНИЕКЛЕТКИ (парабиоз Введенского): при продолжающемся периодическом стимуле максимальный ответ со временем снижается. Стадии: провизорная (одинаковая реакция на сильный и слабый ответ), парадоксальная (реакция сильнее на слабое воздействие), тормозная (реакции нет).
ПУТИ ТРАНСПОРТА ПАТОГЕННОГО АГЕНТА В КЛЕТКУ: Патогенный агент нарушает электрогенные, барьерные и метаболические свойства клеток:
1. Простаядиффузия: А. По градиенту: липидо–растворимые вещества: жирные кислоты, эфиры;
Б) Через каналы мембран: вода и низкомолекулярные вещества, ионы – по электрохимическому градиенту.
2. Активныйтрнспорт (с участием переносчиков) в т.ч. блокада нормального транспорта (ионы Zn блокируют транспорт ионов Са):
А. Облегченнаядиффузия – моносахара и неэлектролиты;
Б. Сопряженныйтранспорт (с Na+, К+, Са2+ каналами и – насосы или АТФазная помпа).
3. Пиноцитоз (из капилляров в межклеточное пространство и далее в ткани, перенос крупных молекул с образованием фаголизосом – транспорт к лизосомам и аппарату Гольджи).
4. Адсорбционныйэндоцитоз (максимально эффективен):
А. Специфическое связывание лиганда рецепторами (медиаторы, гормоны и пр.)
Б. Неспецифическая и относительно специфическая адсорбция(токсины – дифтерийный, холерный – стимуляция цАМФ).
5. Фагоцитоз – незавершенный –микобактерии.
6. Эндоневральныйтранспорт: с тканевой жидкостью по нервным стволам - нейтротоксины, бактерии лепры.
7. Ретроградный транспорт: ретроградный ток аксоплазмы нейронов (80-120 мм в сутки).
ВНУТРИКЛЕТОЧНАЯ ЗАЩИТА:
1.ЛИЗОСОМАЛЬНАЯСИСТЕМА – имеет место неспецифический и специфический перенос веществ через мембрану в цитозоль и лизосомы (фаголиосомы), закисление внутри лизосом и разрушение (90% в норме) или депонирование белков (10%).
2. МОНООКСИГЕНАЗНАЯСИСТЕМА: в микросомах – система цитохрома Р450 с участием НАДФ*Н и ФАД вызывает немедленный катализ окисления низкомолекулярных липофильных веществ (ксенобиотиков): в печени, легких, ЖКТ, лимфоидной системе, почках, коже – образуются гидрофильные ионизированные молекулы выводящиеся обычно после конъюгации глутатион-трансферазами (глутатион-конъюгаты) и инактивации. Но: нет в сердце, головном мозгу; кроме того - некоторые вещества токсифицируются таким образом (превращая хлороформ в фосген, бензпирен в канцероген).
3. СИСТЕМААФК и АО: Свободные радикалы – соединения с неспаренным электроном, высоко реакционноспособны.
АФК – активные формы О2 (и хора, азота и перекиси липидов):
О2-*Супероксидный анион-радикал (во всех клетках, родоначальник всех АФК, не токсичен, быстро разрушается СОД (+2Н+) до перекиси водорода и О2, практически весь эффект его - местный. Н2О2 - Пероксид водорода (при стимуляции макрофагов, в МХ и микросомах, в мембранах макрофагов), в присутствии переменных металлов (Fe2+) дает высокореакционный гидроксильный радикал: НО* как основной патогенный агент; стабилен - переноситэффект АФК в тканях по всему организму.
НО*2Гидроперекисный радикал и НО* Гидроксильный радикал - главный патогенный агент, образуется в присутствии переменных металлов из перекиси водорода, повреждает ДНК, мутагенен, общетоксичен, инициирует ПОЛ - цитотоксичен. Местное действие (в месте образования): 100 мкс живет, 100 нм средний радиус действия
1О2 - Синглетный кислород. Образуется при УФ облучении.
Fe2+ - Главный инициатор образования токсичных форм АФК (НО*) и запуска цепной ПОЛ.
АФХлора: СlO- Гипохлорит (из перекиси водорода под действием миелопериксидазы (МПО) лейкоцитов, атакует аминогруппы белков – превращает их в хлорамин)
АФАзота: ONOO Пероксинитрит (Из окиси азота и супероксидного анион-радикала) и NO* радикал.
Системыперекисногоокисления липидов в норме: НАД*Н – зависимая система в микросомах и аскорбат - зависимая в микросомах, МХ и лизосомах. Источники перекисного окисления: митохондрии – перекись иО2-но только при ишемии и в старости, и Система Ксантионксадазы - О2-, при участии НАДФ-оксидаз мембран (макрофагов). Впатологии: формирование АФК при реоксигенации после ишемии (МХ), нарушениях обмена, облучении, УФ облучении.
Антиоксидантные СИСТЕМЫ (АО): 1. Глутатитон-аскорбат и токоферолы (обратимые окислительно-восстановительные состояния) с регенерацией от пула НАД*Н и НАДФ*Н клеток.
2. Ферменты: каталаза, пероксидаза, супероксиддисмутаза.
3. Липидные АО – на перекисное окисление липидов: токоферол главный.
4. Ферментативаное расщепление перекисей липидов.
5. Эндогенные АО: холестерин, стероиды, алкоголь,
6. Экзогенные АО: вит Е,А,С,Р,Q, биофлавониды
ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ ЭФФЕКТЫ АФК: неспецифический иммунитет (фагоцитоз) - анти-инфекционный эффект, регуляция воспаления; специфический иммунитет (А-клетки, Т-лимф.); антиопухолевый иммунитет (ЕК, ИЛ-1 из А-кл.); регенерация (через Т-регуляторы деления клеток); внутриклеточные регуляторы клеточного деления; внутриклеточные регуляторы апоптоза; межклеточные переносчики апоптоза; регуляторы сосудистого тонуса (через NO ? ); регуляция обновления мембран клеток (ПОЛ ?); общеадаптационные эффекты (оксидативный стресс и дистресс) и др.
ПОВРЕЖДЕНИЕ КЛЕТКИ – нарушение ее жизнедеятельности в результате влияния патогенного агента.
Главныепричиныклеточныхповреждений: гипоксия, ацидоз, активация АФК, денатурация белка, повышение проницаемости клеточных мембран, дисбаланс ионов и воды.
Общиемеханизмы клеточной альтерации: повреждение мембран с активацией свободнорадикальных процессов и активацией ферментов (гидролаз мембранных, лизосомальных, цитоплазматических), нарушение ионных каналов и насосов - ионного состава клеток и набухание клетки и митохондрий с нарушением синтеза АТФ, нарушение мембранного потенциала клетки - все они ведут к нарушению всех специфич. функций клеток, активации лизосомальных ферментов, ацидозу и лизису клеток.
Специфические механизмы повреждения клеток (примеры): изменение осмотическогодавления с гипергидратацией (осмотический гемолиз например); разобщители окисления ифосфорилирования – динитрофенол например снижает синтез АТФ одновременно увеличивая дыхание клеток.
ИНТЕГРАЛЬНЫЕ МЕХАНИЗМЫ ГИБЕЛИКЛЕТКИ
Стадии повреждения: Обратимая и необратимая.
Обратимая: стадия повреждения и стадия восстановления.
Необратимая: паранекроз – некроз – аутолиз – фагоцитоз.
Начальная стадия повреждения – паранекроз: характерны - внутриклеточный ацидоз, исчезновение гликогена, повышение сорбционных свойств цитоплазмы (красители), потеря К+ и буферных систем клетки, набухание клетки и ее органелл.
Затем развивается некробиоз – необратимая стадия (это острый процесс, для хронического – термин «патобиоз» - пример: индуративный отек) – кариопикноз с кариолизисом и кариорексисом, полное прекращение продукции энергии и гибель клетки.
Некроз – это уже посмертные изменения клетки - ферментативное разрушение и денатурация белков (сухой – коагуляционный (доминирует раннее повреждение митохондрий, пример – действие кислот) и колликвационный (доминируют гидролазные процессы лизосом, пример – действие щелочей); комбинация их – казеозный некроз (туберкулезный например). Продукты распада клеток фагоцитируются, вокруг развивается воспаление.
Важное деление некробизоа по механизму: Гипоксический (недостаток кислорода) и свободно-радикальный (избыток кислорода) некробиоз (но чаще всего – смешанный тип).
Гипоксическийнекробиоз: стойкое прекращение дыхания и кровообращения делает гипоксию конечным механизмом всех типов умирания. Механизмы: снижение аэробного окисления в митохондриях и АТФ-энергодефицит, активируется фосфофоруктокиназа для компенсации - активируется анаэробный гликолиз (расходование гликогена клеток; одновременно стрессовая реакция организма, выделение катехоламинов и глюкокортикодиов, также активирует гликолиз) – идет накопление лактата – внутриклеточный ацидоз – тормозит фосфофруктокиназу (тормозит гликолиз и продукцию энергии!) - углубляется энергодефицит (порочный круг при гипоксиях).
Блок наиболее энергоемких процессов (К+-Na+АТФазы и сократительных систем клетки) ведет к уменьшению электрического потенциала клеток даже до обратного (с положительного на отрицательный!) – развиваются агрегация и адгезия эритроцитов ведет к сладжу эритроцитов и белым тромбам, нарушающим кровообращение – присоединение циркуляторной гипоксии, снижение возбудимости клеток – нейроторможение - кома. Углубление гипоксии и энергодефицита ведет к входу в клетки Na+ - гипергидратация клеток (балонная дистрофия клеток) с денатурацией белков, коагуляцией и декомпозицией цитоплазмы (иногда жировая трансформация клетки – но она полностью обратима!), накопление жирных кислот с Са2+ и Na+ омыляет мембрану и лизирует клетки; на глубоких стадиях некробиоза важен избыток ионов кальция – активация мембранных фосфолипаз и дезинтеграция мембран); затем идет распад лизосом и деструкция митохондрий – прекращение продукции энергии и аутолиз.
Свободно-радикальныйнекробиоз (см. выше): направления повреждения: Перекисное окисление липидов (ПОЛ); сшивки мембранных, внутри и внеклеточных белков через сульфгидрильные мостики, образование сульфоновых кислот и радикалов с образованием белковых агрегатов; повреждение ДНК и мутагенез и цитостатичность.
МЕХАНИЗМЫ АДАПТАЦИИ КЛЕТКИ К ПОВРЕЖДЕНИЮ: Компенсация энергетических повреждений: переход на гликолитический синтез АТФ, активация ферментов транспорта энергии в клетке, повышение к.п.д. АТФаз; снижение функциональной активности и пластических процессов клетки.
Защита мембран и ферментов: активация антиоксидантной системы, буферных систем (снижение внутриклеточного ацидоза в т.ч. транспорт Н+ в митохондрии, саркоплазматический ретикулум и из клетки); повышение активности ферментов микросом (окисление, восстановление, деметилирование и пр. патогенных агентов); активация репарации мембранных структур клеток (белковый синтез репарации).
Нормализация водно-ионного баланса клетки: активация ионных насосов (мембран клеток и саркоплазматического ретикулума, меньше - митохондрий), активация буферный систем.
Репарация генетических дефектов: ферменты репарации ДНК. Компенсация процессов регуляции клетки: изменение числа рецепторов клеток, их чувствительности (аффинности), внутриклеточных посредников (G-белки, цАМФ, кальмодулин, Са2+). Активация всех типов обратных связей ведет к аутоадаптации метаболизма.
Стереотипныеприспособленияклетки: гипертрофия, гиперплазия, дисплазия, метаплазия (предрак), белкитепловогошока: при гипертермии, гипоксии, интоксикациях, вирусном повреждении и пр. – интенсификация продукции БТШ (70 и 90 кДа массой) – защита клетки от самых различных стрессов и патогенов.
Межклеточная адаптация: нервные, эндокринные, цитокинные влияния, обмен метаболитами, ионами, Н2О2 в т.ч. и пр.; изменение периферического кровообращения и лимфотока.
ТИПОВЫЕ ФОРМЫ КЛЕТОЧНОЙ ПАТОЛОГИИ: ДИСТРОФИИ (нарушения обмена): характерны – синтез аномальных белков (амилоид), избыточное превращение жиров и белков в углеводы или углеводов в жиры и т.п.; декомпозиция (фанероз) – распад субклеточных структур; инфильтрация клеток и межклеточного вещества – ЛПНП, холестерином, Са2+ (при атеросклерозе),
ВИДЫ: Диспротеинозы – зернистая (инфильтрация или деструкция клеточных элементов), гиалиново-капельная (нарушение проницаемости мембран), гидропическая (вакуольная) – повышение онкотического давления (гипоксии, ионизирующее облучение, токсины).
Минеральные дистрофии – изменение обмена Ca, K, Fe, Zn, Cu – кальциноз, сидероз; меди - при гепатоцеребральной дистрофии и пр.
Липидозы – появление, увеличение, изменение жиров: первичные ферментопатии и вторичные токсические (этанол, СCl4, соединения фосфора), в миокарде (жировая дистрофия), печени, почках, мозгу.
Диспигментозы (гемоглобиногенные – ферритин, гемосидерин, билирубин, порфирин – гемохроматоз и порфирия; тирозиногенные – меланин, адренохром – меланоз, охроноз и альбинизм, липопротеидогенные – липофусцин, цероид). Врожденные и приобретенные ферментопатии, изменение транспорта пигментов через мембраны, избыточное накопление пигмента (в фагоцитах например).
Углеводные дистрофии: нарушения обмена: А) полисахаридов – гликогенозы (сахарный диабет, ферментопатии), Б) гликопротеинов (накопление муцина и мукоида – слизистые дистрофии при гипотиреозе, токсических повреждениях клеток).
БОЛЕЗНИ НАКОПЛЕНИЯ: ферментопатии обычно аутосомно-рецессивного типа: липидозы, гликогенозы, мукополисахаридозы, муколипозы, а также лизосомные и пероксисомного болезни.
ДИСПЛАЗИИ: нарушения дифференцировки клеток с изменением их структуры, метаболизма и функции, ведущие к нарушениям жизнедеятельности. Рассматриваются как предраковые состояния: В12-дефицитная анемия; серповидно-клеточные эритроциты при патологии гемоглобина; туберозный склероз (нейронов); болезнь Реклингхаузена – образование многоядерных гигантских клеток со своеобразным расположением хроматина; метаплазия однослойного мерцательного эпителия в многослойных плоский при хронических воспалительных заболевананиях легких (в т.ч. курении); фиброзно-кистозная болезнь молочной железы; гетеротопная оссификация (рубцовой ткани), оссифицирующий миозит.
ТИПОВЫЕ РЕАКЦИИ И ПАТОЛОГИЯ ОТДЕЛЬНЫХ
КЛЕТОЧНЫХ СТРУКТУР
1. НАРУШЕНИЯ РЕЦЕПТОРНОГО АППАРАТА: снижение (повышение) числа рецепторов, изменение их аффинитета, появление новых, нарушение обновления, нарушение передачи сигнала с рецепторов в клетку. Пример 1: семейная наследственная гиперхолестеринэмия (ранний атеросклероз и инфаркт) – следствие генетического дефекта рецепторов к ЛП(О)НП, что нарушает их нормальный метаболизм клетками (рецептор-зависимый пиноцитоз) и ведет к физической инфильтрации сосудистой стенки.
Пример 2: инсульт ведет к гипоксии и гиперкомпенсаторному повышению глутаминовых рецепторов мозга, это повышает цГМФ и увеличивает резистентность к АФК, а также повышает синтез NO и улучшает периферическое кровоснабжение; но одновременно повышается вход Са2+ в клетку что ведет к гиперактивации клетки и ее некробиозу, а избыток NO формирует токсические перекиси азота.
2. НАРУШЕНИЯ РАБОТЫ ИОННЫХ НАСОСОВ: изменяет мембранный потенциал (ведет к набуханию клеток из-за нарушения транспортных систем ионов) и изменяет Са2+ -зависимые реакции.
Схема 1. Главные пути Са2+ в клетке:
 | |||
 | |||
СаАТФаза (Са-насос) Энергезированная МХ
Са2+/Na+ обменник МХ
Са2+/Н+ обменник
Инозитол-3фосфат- выход Са
Са2+ Са2+
Са2+-каналы СаАТФаза
Са2+/Н+обменник
СР
3. НАРУШЕНИЕ 2-ичных МЕССЕНДЖЕРОВ: сигнал в клетку передается через посредников – от них и от набора белков-эффекторов зависит специфичность реакции клетки той или иной ткани, а также особенности реакции внутри клеток (клетка разбита на ряд отделов, структурирована!).
А. РЕЦЕПТОРНЫЙ ЭНДОЦИТОЗ – поступление гормонов, антител в клетку и ядро (стероидные гормоны имеют рецепторы в ядре!). Пример патологии: семейная наследственная гиперхолестеринэмия.
Б. ЦИКЛАЗЫ – ферменты образования цАМФ, цГМФ – обычно связаны с Са2+ механизмами, но могут влиять на ионные каналы прямо.
В. Са2+ извне, из митохондрий, из саркоплазматического ретикулума поступает разными механизмами: Са2+/Na+ обменники (антипортеры), Са2+ АТФ-азы (насосы), Са2+/Н+ обменники. Обычно повреждаются в ходе снижения энергообеспечения (АТФазы), при повреждения плазматической мембраны. Кальций действует через циклазы и фосфодиэстеразы (цАМФ), кальмодулин и тропонин, через фосфолипазу А (ФЛа) которая активирует синтез арахидоновой кислоты и затем эйкозоноидов с баллансом лейкотриенов и простагландинов.
Г. G-БЕЛКИ: это ГТФ-связывающие белки мембраны, интегрируют сигнал от нескольких типов воздействия на клетку и передают его множеству эффекторных белков клетки.
Основные направления эффекта в клетке:
1.Цциклазы®цАМФ®Протеинкиназа А (ПКА)®фосфорилирование с активированием клеточных белков;
или цАМФ®Na+каналы ®потенциал клеток.
2. Активация Фосфолипазы С (ФЛС): ®повышение инозинтрифосфата (ИТФ)®выход Са2+ из саркоплазматического ретикулума в цитоплазму ®прямые или кальмодулин- или тропонин- опосредованные воздействия на белки клетки;
или повышение синтеза диацилглицерина (ДАГ)®активация протеинкиназы С (ПКс)®фосфорилирование и активация (часто вместе с Са2+) белков клетки.
Пример нарушений: псевдопаратиреоз при дефекте гена G-белков и снижении реакции клеток к паратиреоидным гормонам. Пример 2: холерный токсин повышает активность G-белка и продукцию цАМФ в слизистой кишечника, что активирует потерю воды.
4. ПОВРЕЖДЕНИЯЯДРА: Типичные адаптивные реакции: при повреждении ДНК (облучение, температура, химические реакции, токсичны, ионы тяжелых металлов) ®репарация ДНК с активацией белка р53 – замораживающего клеточный цикл в G1 фазе и при недостатке репарации активирующего апоптоз.
Стандартно активируются также метилирование хроматина (инактивация пластических процессов) и АДФ-рибозилирование хроматина что «склеивает» разрыва ДНК, но полиАДФрибозилполимераза (ПАРП) может гиперактивироваться и истощать энерго-пул НАД*Н, что ведет как к энерго-истощению клетки, так и нарушает распад пуринов, они теперь образуют ксантины и АФК (*О2-) повреждающие клетку.
Типичен также аварийный синтез ряда белков: активация генов раннего ответа (c-fos, c-myc, c-jun как подготовка к гипертрофии и пролиферации клетки), антионкогенов (р53 белок),
генов маркеров старения и повреждения клеток (особый белок ионных каналов, к которому имеются аутоантитела, активирующие также фагоцитоз таких клеток);
белки теплового шока (БТШ) – комплекс белков со свойствами детергентов и ограниченного протеолиза, защищающих клетку от самых различных агентов путем поддержания нативной конформации клеточных белков (антиденатурирующие эффекты) + блокада клеточного стресса (т.к. часть БТШ - это рецепторы стероидных гормонов ядра) + стабилизация цитоскелета + антигипоксическое действие + ограниченный протеолиз (малые БТШ, 8-12 кДА = убиквитины) – способствуют протеолизу денатурированных белков и активируют р53 белок с активацией апоптоза клеток.
5. ПОВРЕЖДЕНИЕПЛАЗМАТИЧЕСКОЙМЕМБРАНЫ:
типичные повреждения: перекисное окисление, фосфолипазой активируемый гидролиз мембран, механо-осмотическое растяжение и адсорбция на мембране полиэлектролитов.
Это ведет к: изменению функции рецепторов, ионных каналов, пиноцитоза, к выходу внутриклеточных метаболитов (синдромцитолиза – АДФ, ионы, ферменты, субстраты клеток); изменяет мембранный потенциал (ведет к набуханию клеток из-за нарушения транспортных систем ионов) к баллонной дистрофии и сглаживанию градиентов ионов; вход ионов Na+ и Са2+ активирует мембранную фосфилипазу А и изменяет синтез и баланс лейкотриенов – простагландинов.
Пример: генетическая недостаточность циклоксигеназы®повышает синтез лейкотриенов и ведет к симптомам псевдо-бронхиальной астмы (синдром Видаля – реакция на аспирин).
6. ПОВРЕЖДЕНИЕЦИТОСКЕЛЕТА: микротрубочки (тубулин и пр.), актин (тонкие филаменты), миозин (толстые филаменты), промежуточные филаменты (десмин и др.).
Выполняют функции: каркаса клетки, движения (псевдоподии, реснички, фагоцитоз, хемотаксис), питания (пиноцитоз), движения внутриклеточных органоидов, гранул; прикрепление клетки к субстрату, поры митохондрий и ядра (Са-зависимая пора митохондрий активирует через специальный ядерный белок апоптоз клетки), обеспечивает передачу сигнала в клетку и упорядочивает движение веществ и сигналов в клетке (структурирует пространство в клетке). Примеры нарушения: синдром Чедиак-Хигаши – изменение полимеризации микротрубочек – снижение фагоцитоза – повышение гнойной инфекции. Пример 2: синдром «ленивых фагоцитов» при сахарном диабете (снижение энергообеспечения движения).Пример 3: гипоксия – энергетические паралич цитоскелета. Пример 4: вирусы часто имеют рецепторы к цитоскелету и образующие антитела к вирусам атакуют собственный цитоскелет (агрессивный хронический гепатит). Пример 5: токсины со спецификой к цитоскелету: цитохалазины, фаллоидин (бледная поганка), колхицин.
Пример 6: агрегация микрофиламентов ведет к галинозу (избыток меди при болезни Вильсона, Врожденный цирроз печени, Сахарный диабет, тяжелое ожирение). Пример 7: онкогенез сопровождается фосфорилированием винкулина ®отсоединение клеток от подложки и метастазирование опухолевых клеток.
7. ПОВРЕЖДЕНИЯВНУТРИКЛЕТОЧНЫХМЕМБРАН:
Саркоплазматический ретикулум - типичные реакции: набухание и изменение конфигурации в клетке; отсоединениерибосом – от шероховатого ретикулума как результат энергодефицита (ведет к снижению пластических процессов); нарушение транспорта синтезируемых белков ®зернистая дистрофия клетки; гладкий ретикулум – содержит цитохром Р450 (оксигеназы, детоксицирующая система клетки). Пример адаптации: типичная реакции цитохром Р450-системы на токсины – активация, фенобарбитал активирует неспецифически и длительно эту систему и повышает резистентность к многим ядам (и лекарствам), активирует распад билирубина (лечение фенобарбиталом гемолитической болезни новорожденных).
АппаратГольджи: центральная сортировочная станция клетки для всех синтезируемых белков (кодирующие ферменты и гликозилированые белки содержит). Пример патологии: болезни накопления в т.ч. лизосомные часто локализуется поломка здесь – изменение гликозилирования белков.
8. ПОВРЕЖДЕНИЯ ЛИЗОСОМ: I-ичных и II-ичных (фаголизосом). Содержат гидролазы, кислую среду, АФК. При ограниченных повреждениях клеток набухают, но непроницаемы. При некробиозе – распад лизосом, аутофагия органоидов (самоубийство клетки). Но нормальный фагоцитоз может быть не завершен – коклюшные бактерии, персиситирующие в фагоцитах пыль кремния, титана, алмазов (силикозы), антиген (туберкулез) – ГЗТ с грануломатозом; недопереваренные остатки – липофусцин (старение нервных клеток).
Типичнаяреакция: набухание лизосом – реакция на гипоксию, ацидоз, голодание, облучение, дефицит и избыток вит. А, Е, Д, яды и др. Диагностика: накопление нейтрального красного. Кислая среда – эффект протонной ловушки – накопление слабоосновных соединений. Мембранотропныетоксины для лизосом: афлотоксин (аутолиз клеток печени), спорофузарин (некроз миндалин и панцитопения). Стабилизаторы мембран лизосом – антибиотик фосфомицин.
Болезнинакопления (недопереваренные остатки и усиленный транспорт): липидов (гликолипиды – цереброзиды, сфинголипиды – для нервных клеток), гликогенозы (для мышц и печени – миопатии).
9. ПОВРЕЖДЕНИЕ МИТОХОНДРИЙ: МХ - энергостанции клетки (АТФ – 70% энергии за счет окислетельного фосфорилирования – НАД*Н, сукцината), участие в метаболизме жирных кислот и синтез стероидов, а также депо Са2+ (в т.ч. для окостенения хрящей). Эффект Пастера (нет в опухолевых клетках) – торможение гликолиза и повышение окислительного фосфорилирования в присутствии кислорода. По теории Митчела энергия, высвобождаемая в цепи цитохромов, запасается как протонный градиент на мембране МХ и затем обратным потоком Н+ синтезируется АТФ (АТФ-синтазой – обратной АТФазой). Разобщение окислительного фосфорилирования (динитрофенол) - продукция тепла а не АТФ (генетический дефект и др.).
Типовая адаптивно-патологическая реакция МХ: набухание (в норме небольшая – при активации дыхания), избыточное набухание – при большинстве повреждений из-за повышения проницаемости мембраны для всех ионов и детергентного эффекта жирных кислот (перестают расшеплятся в митохондриях и омыляют мембрану).
СнижениефункцииМХ: снижение цикла трикарбоновых кислот (отравление аммиаком), нехватка коферментов (коQ, вит.В2, РР, меди, железа), гипоксия.
Гипоксия: важнейший механизм поражения МХ: повышение проницаемости мембраны для всех ионов, набухание и разрыв МХ. Повреждение МХ – центральный механизм гибели клетки при гипоксии! Это также причина перехода любых форм гипоксии к тканевой гипоксии (порочный круг), восстановление напряжения кислорода ткани может уже не помочь – неотвратимый распад МХ является важнейшим механизмом повреждения при гипоксии. Другие формы тканевой гипоксии: блокада ферментов МХ (цианиды).
Митохондриальныеболезни: генетические дефекты (передаются по материнской линии через яйцеклетку – у МХ своя генетика, внеядерная!): карнитина (снижение транспорта субстратов в МХ), дефицит АТФаз, дефицит цитохромов, дефицит НАД*Н окисления. Проявления: гипоксия клетки, некрозы мышц и нейронов (гистологически мышцы выглядят как «красные изорванные волокна» ).
НЕКРОЗ и АПОПТОЗ: Некроз - гибель клетки при действии па-тогенного агента. Апоптоз - программированная гибель клеток.
Некрозу предшествует паранекроз (обратимый) и некробиоз.
Частичныйнекроз – в местах концентрации патогенного агента.
НЕКРОЗ: поддействием токсинов, физических факторов, гипоксии и пр.; характерны: раннее разрушение мембраны, лизис цитоплазмы, набухание МХ, пикноз ядра с диффузной деградацией хроматина, прекращение синтеза белка, разрушение лизосом с клеточным ацидозом и аутоперевариванием, типичен воспалительный процесс и нарушение архитектоники тканей; типично наличие патологии.
АПОПТОЗ (ПКГ): поддействием активации генной программы (в ходе эмбрионального развития и онтогенеза – тимус); при недостаточности трофических влияний на клетки; при патологических процессах самых различных – гипоксии (инфаркт миокарда в т.ч.); интоксикациях (септицемия); ионизирующем облучении и пр. (обычно при некомпенсируемости повреждений ДНК при облучении), при малигнизации клетки (важен ген р53 – «страж целостности генома»)
Характерн для апоптоза: мембрана сохраняется долго, цитоплазма конденсируется и фрагментируется, ядро конденсируется и хроматин «разрезается» эндонуклеазами между нуклеосомами на четкие части, обязательно активируется синтез белка – апоптоз это активный процесс активации генов; рано снижается потенциал митохондрий которые затем теряют кальций и набухают и высвобождают апоптический фактор - белок действующий на ядро клетки; процесс ведет к формированию апоптических плотных телец, они быстро (минуты, часы) фагоцитируются без воспаления, не меняя цитоархитектонику.
Главныемеханизмыапоптоза: активация эндонуклеаз ядра расщепляющих ДНК и снижение мембранного потенциала митохондрий, что ведет к энергетическому голоду клетки (один, оба механизма).
В проведении сигнала к апоптозу играют роль: Са2+ и кальмодулин саркоплазматического ретикулума и митохондрий; выход из митохондрий белка-индуктора апоптоза хроматина; при любых формах апоптоза активируется синтез АФК (Н2О2 отводят роль передачи апоптического сигнала и внутри клетки и между клетками!).
АФК важны для модификации мембранных липидов, что ведет к фагоцитозу апоптозных телец (сигнал к фагоцитозу – появление на мембране фосфатидилсерина).
Важны также активирующиеся ферменты–каспазы, которые конвергируют различные сигналы к апоптозу внутри клетки. Каспазы активно синтезируются в клетке при индукции апоптоза (требуется синтез РНК и белка их). Известен цитохром с – зависимый апоптоз с реализацией эффекта через каспазу.
Рекомендуем посмотреть лекцию "Лекция 3".
В ходе апоптоза активируются гены – важнейший - р53 и снижается ингибитор апоптоза – Bcl-2.
По запускуапоптоза различают: рецепторный механизм: глюкокортикоиды при апоптозе тимоцитов, рецепторы к фактору некроза опухолей (ФНО) и специфический апоптозный рецептор - Fas;
генный механизм (активация генных программ в эмбриогенезе – рассасывание хвоста головастика);
запуск при поврежденииклетки (повреждение ДНК или митохондрий, появление цитохрома-с в цитоплазме или повышение АФК).
ЗАБОЛЕВАНИЯ НАРУШЕНИЯ АПОПТОЗА: СНИЖЕНИЕ АПОПТОЗА: ведет к опухолям, аутоиммунным заболеваниям, частым вирусным инфекциям, нейропролиферативным заболеваниям.
ПОВЫШЕНИЕ АПОПТОЗА наблюдается при: нейродегенеративных заболеваниях (болезнь Альцгеймера, миотрофии); болезни крови (апластическая анемия, миелодиспластический синдром); ишемия (инфаркт, инсульт, реперфузионные поражения); токсические повреждения печени и почек, СПИД.
