Материал: учебник-1-часть-2017

другой — возможно замерзание воды в клетке и образование кристаллов, механически повреждающих структуры клетки.

Очень сильным повреждающим действием на клетку обладает ионизирующее излучение (α-, β-лучи, нейтроны, рентгеновские лучи). Причем, с одной стороны, они оказывают прямое повреждающее действие на нуклеиновые кислоты и белки, вызывают радиолиз воды с образованием активных радикалов, а с другой стороны, активируют перекисное окисление липидов и образование вторичных радиотоксинов, которые нарушают целостность мембран клетки и ее внутриклеточных органелл. При очень больших дозах, 10000 рентген и больше, на первый план выступают, наряду с другими, расстройства нервных клеток. Вследствие этого будет невозможно регулирующее и контролирующее влияние нервной системы в целом, что приведет к гибели не только нервных клеток, но и всего организма.

Повреждающее действие измененного атмосферного давления связано или с дефицитом кислорода при снижении давления воздуха, или с расстройствами кровообращения — воздушными эмболами при нарушении режима декомпрессии у человека, находящегося под повышенным давлением.

При действии электрического тока повреждение клетки связано с тепловым эффектом за счет образования Джоулевой теплоты, а с другой стороны, с расстройствами электрогенеза клетки. Поэтому на уровне органа это проявляется в виде электрических ожогов, сокращений попереч- но-полосатой мускулатуры, остановки дыхания, фибрилляции сердца.

Химические факторы

Кислоты и щелочи, а также соли тяжелых металлов, вызывая конформацию белка мембран клетки и цитоплазмы, способствуют, в конечном итоге, коагуляционному и колликвационному некрозу.

Такие химические факторы, как канцерогены, действуя на геном или эпигеномные структуры, способствуют приобретению клеткой опухолевых свойств.

Ряд протеолитических ферментов (например, трипсин) при панкреатитах вызывает расщепление белковых структур клетки и ее лизис в целом.

Лекарственные средства при их передозировке также повреждают клетки. Так, при избыточном введении калия нарушается образование в клетке потенциала покоя и действия. При передозировке инсулина или избыточном образовании его в организме резко возрастает потребление глюкозы. Содержание глюкозы в крови резко снижается. Например, при уровне глюкозы в крови ниже 3 ммоль/л (60—55 мг%) из-за дефицита глюкозы в клетках мозга их функция нарушается, и это будет проявляться на уровне целостного организма в виде потери сознания, судорог.

Синильная кислота и цианистый калий ингибируют цитохромоксидазу, и поэтому тканевое дыхание клетки блокируется на 93 %.

Жизнедеятельность в этих условиях клетки невозможна.

11

Биологические факторы

Вирусы, некоторые простейшие (малярийный плазмодий), проникая в клетку и размножаясь там, нарушают целостность клетки и ее функции. Онкогенные вирусы способны интегрироваться с ДНК соматической клетки, нарушая ее генетический код. Соматическая клетка, таким образом, приобретает свойства опухолевых.

Микроорганизмы образуют экзо- и эндотоксины, ферменты (например, гиалуронидазу), которые способны повреждать белковые, липидные, липополисахаридные и другие структуры мембран клеток.

Иммунологический конфликт

В результате иммунологического конфликта (например, при аллергии и аутоаллергии), возможны повреждение мембран клеток иммунным комплексом (иммунокомплексный тип аллергии), цитолиз клетки под влиянием протеолитических факторов комплемента (цитолитический тип аллергии), образование медиаторов, обладающих цитотоксическим действием (при анафилактическом и замедленном типе аллергии). В любом из вышеперечисленных типов иммунологического конфликта на первый план выступает повреждение мембраны клетки и повышение ее проницаемости, а в крайнем случае лизис клетки (цитолиз). При взаимодействии аллергена с сенсибилизированными лимфоцитами образуются лимфокины, обладающие цитотоксическим действием.

Эмоциональный стресс

Эмоциональный стресс не оказывает непосредственного повреждающего действия на клетки, а опосредованное — через изменение функций нервной, симпато-адреналовой и гипоталамо-гипофизарно- надпочечниковой систем, а через них и метаболизма. Именно это ведет к таким повреждениям клетки, в результате чего формируются язвы в желудке и двенадцатиперстной кишке, инфаркт миокарда, диабет, атеросклероз и др.

Недостаток и избыток веществ, необходимых для жизнедеятельности клеток

При недостатке пищевых веществ страдают синтетические процессы в клетке, с одновременной активацией процессов деградации эндогенных белков, липидов и углеводов.

При избытке пищевых веществ возникают нарушения обмена в клетке и целостном организме, что нередко ведет к таким сложным процессам, как диабет, атеросклероз, гипертензия, инфаркт миокарда, отложение солей и т.д.

При недостатке кислорода на первый план выступают нарушения биоэнергетики клетки со всеми вытекающими отсюда последствиями — нарушением функции клеточных мембран, внутриклеточных органелл и других энергозависимых процессов в клетке — синтеза, сокращения, расслабления, обмена электролитов и воды, размножения.

12

При избытке кислорода резко активируются в клетке процессы перекисного окисления липидов, что сопровождается расстройствами функции мембран и входящих в ее состав ферментов.

При недостатке воды в клетке (дегидратации) нарушается интенсивность биохимических процессов в клетке. При избытке воды (гипергидратации) возможно набухание внутриклеточных органелл, следствием которого могут быть расстройства энергообразования, синтетических процессов, а в результате выхода из лизосом ферментов и их активации — лизис клетки.

Причиной гибели может быть и ослабление, и нарушение генетически запрограммированных процессов в клетке, определяющих длительность жизни клеток в физиологических условиях. Например, эритроциты функционируют до 120 дней, нейтрофильные лейкоциты — 5—9 дней, лимфоциты — от нескольких дней до многих лет (особенно те, которые обладают иммунологической памятью).

Вэтом случае в результате ослабления активности ферментов, синтеза белка, изменения свойств мембраны клетки разрушаются через более короткий промежуток времени.

Вусловиях патологии при действии мутагенов может изменяться генетическая программа клетки на уровне генов или хромосом. В зависимости от изменений в аутоили половых хромосомах возникают расстройства различного уровня. Нарушения генетической информации и повреждение клетки может также быть результатом расстройства мейоза.

Как уже говорилось, повреждение клетки при действии вышеуказанных этиологических факторов может быть следствием механического нарушения ее структуры, однако нередко включаются и другие механизмы, которые, так или иначе, ведут к нарушению структуры и функции клетки. Такими общими механизмами повреждения являются:

1. Нарушения энергетического обмена.

2. Нарушения целостности мембран клетки, ее ферментов и рецепторов.

3. Нарушения водно-электролитного баланса.

4. Нарушения генома клетки.

Основные общие механизмы повреждения клетки

Нарушения энергетического обмена в клетке

Известно, что источником энергии в организме являются содержащиеся в пищевых продуктах углеводы, жиры и белки. В ходе сложных превращений, особенно в цикле Кребса, из глюкозы, жирных и аминокислот образуется большое количество энергии. Часть энергии пищевых веществ используется для образования АТФ, гуанидинтрифосфата, креатинфосфата. Именно эти энергетические субстраты необходимы для осуществления таких биологических процессов в клетке, как сокращение и расслабление миофибрилл, синтез видоспецифических веществ, поддержание мембранного потенциала, секреция, всасывание, размножение и др.

Это связано с тем, что для образования каждой макроэргической фосфатной связи, например АТФ, требуется 12000 кал. Такое же коли-

13

чество выделяется в случае распада каждой макроэргической фосфатной связи АТФ. Энергия АТФ используется для осуществления вышеуказанных биологических процессов в клетке. АТФ находится в каждой клетке как в цито-, так и нуклеоплазме. В каждый данный момент АТФ используется для биологических процессов и, одновременно, в митохондриях ресинтезируется. Образование основной массы АТФ происходит в митохондриях в ходе сопряжения процессов окислительного фосфорилирования, при котором протоны передаются через специализированные каналы митохондрий, где, с одной стороны, активируют АТФсинтетазу и способствуют образованию АТФ, а с другой, соединяясь с кислородом, на который передаются электроны с ферментов дыхательной цепи, образуют воду.

В ходе гликолитического окисления молекулы глюкозы образуется в чистом виде 2 мол. АТФ, в то время как в ходе полного ее окисления через цикл Кребса и дыхательную цепь в процессе фосфорилирования образуется 38 мол. АТФ, вода и углекислый газ.

Схематически образование АТФ и воды в митохондриях можно представить следующим образом. Энергетический субстрат (глюкоза, жирная и аминокислота) при поступлении в митохондрию, после образования ацетил-КоА, подвергается дегидрогенизации с отщеплением двух атомов водорода. Один сразу же диссоциирует на ион водорода и электрон, другой соединяется с ферментом с образованием НАДН. Электроны по дыхательной цепи ферментов через флавины, цитохромы, в том числе цитохром а3, передаются на кислород. В ходе передачи электронов по дыхательной цепи ферментов выделяется большое количество энергии. Частично за счет этой энергии ион водорода активно переносится на наружную часть внутренней мембраны митохондрий, где создается избыток ионов водорода. Это, с одной стороны, обеспечивает отрицательный заряд внутренней мембраны митохондрий, а с другой, ион водорода поступает по специализированным каналам внутрь митохондрии, активируя одновременно находящуюся здесь АТФсинтетазу. Следствием этого является образование АТФ. Причем при передаче двух электронов образуются три молекулы АТФ. Таким образом, в ходе окисления кислородом органического субстрата образуется большое количество АТФ. Поэтому этот процесс был назван окислительным фосфорилировалием.

Таблица 2.1

Основные биологические процессы, требующие участия макроэргов

Следовательно, самым важным процессом в клетке, приводящим к образованию основной массы АТФ, является окислительное фосфорилирование. Нарушение его — самая частая причина дефицита энергии в клетке.

Для того чтобы энергия АТФ использовалась для биологических процессов, необходимо наличие фермента АТФ-азы, под влиянием которого происходит гидролиз АТФ, и химическая энергия макроэргической связи используется для сокращения мышц, образования потенциала покоя, процессов — синтеза, секреции (табл. 2.1). Около 60—70 % энергии пищевых веществ используется для образования макроэргов. И только 30—40 % не используется для образования макроэргов и теряется из организма в виде теплоты. Такая теплота была названа «первичной». Кроме того, в ходе распада АТФ также выделяется энергия, которая получила название «вторичной» теплоты. Теряемая в окружающую среду теплота играет важную роль в поддержании постоянства температуры тела, т.е. в терморегуляции организма. Например, при сгорании I грамма глюкозы образуется 686 000 кал, из которых 456 000 используется для образования АТФ. В то же время в ходе гликолиза только около 24 000 кал используется для образования 2 мол. АТФ. Остальная энергия глюкозы, в связи с тем, что она не превращается в цикле Кребса, теряется безвозвратно.

Этиология и патогенез нарушений биоэнергетики

Возможные причины, механизмы нарушения биоэнергетики и их последствия для клетки представлены в таблице 2.2 и на рис. 2.1.

Рис. 2.1. Некоторые этапы нарушения биоэнергетики клетки

15