Повреждение клетки (работа 2)
Реферат на тему:
ПОВРЕЖДЕНИЕ КЛЕТКИ
ПОВРЕЖДЕНИЕ КЛЕТКИ
Причины повреждения клетки: экзо- и эндогенные; физические, биологические, химические.
Повреждение клетки это изменение функционирования клетки, которое сохраняется после удаления повреждающего агента.
Повреждение клетки может быть частичным или полным, обратимым или необратимым. Необратимое повреждение может привести к деструкции и гибели клетки.
Повреждение клетки может быть первичным и вторичным.
Первичное повреждение клетки — это результат непосредственного действия повреждающего фактора.
Различают первичные повреждения:
а) механические,
б) термические,
в) химические,
г) радиационные.
Вторичные повреждения клетки — это такие, когда результат первичного воздействия сам становится повреждающим фактором и вторично повреждает здоровые до этого момента структуры.
Первичные повреждающие клетку факторы вызывают специфические, присущие только им эффекты. Эти эффекты связаны с характером первичного повреждающего фактора:
а) механические — вызывают нарушение целостности структуры ткани, клеток, межклеточных и субклеточных структур.
Ь) термические — связаны с денатурацией белков. белково-липидных комплексов и изменением вторичной структуры нуклеиновых кислот
с) химические - угнетают активность ферментов, блокируют клеточные рецепторы, вызывают перестройку молекул за счет гидролиза, переаминирования и т.п.
с) радиационные — приводят к разрушению молекул с образованием свободных радикалов.
Независимо от природы первичного повреждающего фактора, ответная реакция поврежденной клетки стандартна и называется неспецифической реакцией клетки на повреждение.
Причина такого стандартного ответа заключается в том, что при любом повреждении обязательно:
1) нарушаются барьерные функции мембран клеточной и внутриклеточной;
2) выключаются ионные насосы.
Реакция клеток на повреждение проявляется в структурных и функциональных изменениях клетки.
Основные структурные изменения следующие:
а) повышение проницаемости мембраны пострадавшей клетки;
Ь) уменьшение дисперсности коллоидов цитоплазмы и ядра
с) увеличение вязкости цитоплазмы, которому иногда предшествует уменьшение вязкости
1) увеличение сродства цитоплазмы и ядра к ряду красителей.
Степень выраженности зависит от силы и продолжительности повреждающего агента.
По степени выраженности различают:
а) паранекроз — обратимые нарушения структуры и функции клетки
Ь) некробиоз — необратимые повреждения (гибель) части клеток в ткани.
с) некроз — массовая гибель клеток с активацией лизосомальных ферментов и разрушением других клеточных структур. Этот процесс называется аутолизом. Значение аутолиза — удаление мертвых клеток и замена их новыми клетками или элементами соединительной ткани.
ПРОЯВЛЕНИЯ ПОВРЕЖДЕНИЯ КЛЕТОК
1. Увеличение проницаемости цитоплазматической мембраны:
1) белкам и коллоидным краскам (макромолекулы);
2) к аминокислотам и глюкозе (вещества с низкой молекулярной массой);
3) к ионам.
2. Уменьшение электрического сопротивления ткани.
Электрическое сопротивление ткани называется импеданс. Он состоит из омической и емкостной составляющей. Емкостная составляющая обусловлена тем, что клеточные мембраны, по сути, представляют собой конденсаторы. Омическая составляющая зависит от омического сопротивления цитоплазмы и мембран.
3. Увеличение сродства к красителям цитоплазмы и ядра клетки.
Это явление связано с тем, на фоне повышенной проницаемости мембраны при окраске клетки красителя в нее поступает значительно больше.
4. Изменение мембранного потенциала.
Это явление чрезвычайно характерно для неспецифического ответа клетки на повреждение. Причины:
1) прямое повреждение мембраны;
2) нарушение работы мембранных ионных насосов за счет снижения содержания в клетке АТФ. Снижение мембранного потенциала наблюдается при холодовом, радиационном, аллергическом повреждениях клеток и их органелл.
5. Выход ионов К+ из клеток.
В норме внутри клетки содержится больше ионов К+, чем вне ее. Такое соотношение обеспечивается:
1) работой Nа+ -К+ -АТФ-азы, которая постоянно накачивает К+ внутрь клетки;
2) спонтанным выходом К+ из клетки за счет диффузии в область с более низкой концентрацией. Причина потери ионов К+ - нарушение работы Nа+ -К+ -АТФ-азы в результате угнетения окислительного фосфорилирования в митохондриях.
6. Накопление ионов Са2+ в гиалоплазме. В норме поступающий в клетку Са2+ аккумулируется в митохондриях, поэтому в гиалоплазме концентрация ионов Са2+ примерно в 10 000 раз ниже, чем вне клетки. При повреждении накопление в митохондриях угнетается и содержание ионов Са2+ в гиалоплазме нарастает. Причина: нарушение окислительного фосфорилирования в митохондриях и уменьшение мембранного потенциала митохондрий.
7. Набухание клеток.
Форма и объем клеток зависят от:
1) состояния цитоскелета клетки;
2) разницы между онкотическим и осмотическим давлением внутри и вне клетки (онкотическое п осмотическое давление определяется количеством белков и ионов в единице объема. Другое название этой величины «коллоидно-осмотическое давление».
Увеличение объема клеток происходит при
1) накоплении белков и ионов внутри клетки;
2) снижении их концентрации вне клетки. В результате коллоидно-осмотическое давление в клетке становится больше, чем вне ее и молекулы воды переходят в клетку с целью выравнивания концентраций.
Последствия: сдавление микрососудов и нарушение микроциркуляции.
8. Нарушение структуры и функции митохондрий.
Всего 4 нарушения:
1) снижение потребления кислорода — связано с уменьшением скорости переноса электронов по дыхательной цепи.
2) увеличение проницаемости внутренней митохондриальной мембраны может привести к разобщению окислительного фосфорилирования в митохондриях и изменению показателей работы митохондрий. Существует 2 (два) показателя работы митохондрий: коэффициент Р/О и коэффициент дыхательного контроля ДК. Коэффициент Р/О - это отношение количества синтезированной АТФ к количеству поглощенного кислорода. Коэффициент дыхательного контроля — это отношение скорости дыхания митохондрий в присутствии субстратов окисления, АДФ и ортофосфата к скорости дыхания митохондрий в отсутствии АДФ. Снижение ДК до единицы и Р/О до 0 говорит о разобщении окислительного фосфорилирования в митохондриях.;
3) снижение способности накапливать кальций — приводит к увеличению его концентрации в гиалоплазме. Развивается в результате снижения мембранного потенциала и разобщения окислительного фосфорилирования в митохондриях;
4) набухание митохондрий — связано с поступление воды внутрь митохондрий и приводит к их разрыву. Различают активное и пассивное набухание митохондрий. Пассивное набухание митохондрий - происходит за счет движения молекул воды в митохондрию при увеличении коллоидно осмотического давления внутри нее и не требует затрат энергии. Активное набухание митохондрий — это движение молекул воды в митохондрию исключительно вслед за фосфатом К+. Фосфат К+ поступает в митохондрии при уменьшении мембранного потенциала ниже 170-180 мВ со знаком «минус».
9. Активация лизосомальных ферментов и ацидоз. Увеличение проницаемости клеточных и внутриклеточных мембран касается и мембран лизосом. Из них выбрасываются активные липазы, протеазы, нуклеазы и другие ферменты. Немедленно начинается распад белков, жиров, пуриновых и пиримидиновых оснований. Образуются кислоты: амино-, жирные и нуклеиновые. Они диссоциируют на водород и кислотный остаток и среда закисляется. РН падает до 6,0 и ниже.
10. Апоптоз — это запрограммированная гибель клетки, которая необходима для удаления старых клеток или замены одних клеток другими. Стадии апоптоза:
1) поступление сигнала на поверхность клетки. Сигнал — поступление или непоступление определенных веществ;
2) связывание сигнальной молекулы с рецептором на поверхности клетки;
3) запуск каскада реакций внутриклеточной сигнализации;
4) активация синтеза деструктивных ферментов, в частности эндонуклеаз;
5) аутолиз.
11. Повреждение генетического аппарата клетки — это разрушение нуклеиновых кислот ядра и рибосом.
12. Последовательность нарушений в клетке при гипоксии —
Общий вывод:
1) необратимые повреждения наступают только через 1-1,5 часа после прекращения поступления кислорода. В более ранние сроки возможно восстановление функций клетки;
2) при проведении лечебных мероприятий врач должен ориентироваться на указанные сроки.
13. Порочный круг клеточной патологии. Неспецифическая реакция клеток на повреждение — это типовой патологический процесс. Его основными звеньями являются:
1) повреждение клеточной и внутриклеточных мембран;
2) снижение уровня АТФ;
3) увеличение содержания Са2+ в цитоплазме;
4) активация деструктивных ферментов - мембранных фосфолипаз, эндонуклеаз;
5) разрушение фосфолипидов мембраны и усугубление ее повреждения. На 4-м и 5-м этапах наблюдаем смену причинно-следственных отношений, когда следствие (активация деструктивных ферментов) становится источником новых повреждений мембраны.
МЕХАНИЗМЫ НАРУШЕНИЯ БАРЬЕРНОЙ ФУНКЦИИ БИОЛОГИЧЕСКИХ МЕМБРАН
Нарушение целостности липидного слоя приводит к нарушению барьерной функции мембран. В основе лежит явление электрического пробоя мембран.
К электрическому пробою мембран приводят всего 4 (четыре) основных механизма:
1) перекисное окисление липидов;
2) действие мембранных фосфолипаз;
3) механическое (осмотическое) растяжение мембран;
4) адсорбция на бислое полиэлектролитов, включая некоторые белки и пептиды.
ПЕРЕКИСНОЕ ОКИСЛЕНИЕ ЛИПИДОВ
Реакции ПОЛ инициируются так называемыми «свободными радикалами». Свободные радикалы — это атомарные группы, которые имеют на внешней орбите неспаренный электрон. Такие атомарные группы очень реактогенны, т.к. стремятся восстановить свое электрическое равновесие. Стремясь к электронейтральности, свободные радикалы активно захватывают электроны у соседних молекул. При этом пострадавшие молекулы сами лишаются электрической стабильности и меняют свои свойства.
К свободным радикалам относятся:
1) супероксидный анион-радикал О>2>;
2) гидроксильный радикал ОН-;
З) перекись водорода. Общее название всех перечисленных соединений — активные формы кислорода. Они образуются в фагоцитах, к которым относятся тканевые макрофаги, моноциты, гранулоциты.
Активные формы кислорода повреждают здоровые клетки. В организме существуют системы защиты:
1) ферменты супероксиддисмутаза (СОД) и каталаза — обезвреживает супероксидный анион-радикал. На первом этапе под влиянием СОД супероксидный анион-радикал присоединяют молекулу кислорода и два атома водорода. Образуется перекись водорода и молекулярный кислород. На втором этапе перекись водорода под влиянием каталазы переводится в воду и молекулярный кислород;
2) фермент миелопероксидаза (МП) — катализирует обезвреживание перекиси водорода. Для этого переводит перекись водорода в гипохлорит с образованием воды.
В условиях патологии система защиты может быть повреждена. Тогда супероксидный анион-радикал и перекись водорода вступает в альтернативные реакции:
1) сначала супероксидный анион радикал реагирует с трехвалентным железом и образуется двухвалентное железо и молекулярный кислород:
2) затем двухвалентное железо реагирует с перекисью водорода и образуется железо трехвалентное и гидрооксильный радикал.
Именно образование гидрооксильного радикала в случае несрабатывания системы защиты приводит к запуску перекисного окисления липидов и повреждению липидного слоя мембран.
Схема реакции перекисного окисления липидов
1) Гидрооксильный радикал проникает в толщу липидного слоя и вступает в реакцию с молекулой жирной кислоты. Он отнимает у нее атом водорода и восстанавливает свою электронейтральность, образуя воду. У молекулы жирной кислоты на внешней орбите остается неспаренный электрон, т.е. образуется липидный радикал: НО- + LН→Н>2>О + L-
2) Липидный радикал вступает в реакцию с растворенным кислородом.
Образуется новый свободный радикал – радикал липоперекиси:
L- + О>2 >→ LОО-
3) Радикал липоперекиси реагирует с соседней молекулой жирной
кислоты. Образуется новый липидный радикал:
LОО- + LН → LООН + L-
4) Липидный радикал вновь реагирует с растворенным О>2> и с
неповрежденной молекулой жирной кислоты и образуется новый радикал липоперекиси и новый липидный радикал.
Таким образом, в реакции перекисного окисления липидов постоянно, чередуя друг друга, образуются липидный радикал и радикал липоперекиси. Процесс захватывает все новые и новые молекулы жирных кислот и повреждает липидный слой
Последствия перекисного окисления липидов заключаются в нарушении свойств и функций клеточных и внутриклеточных мембран. Наиболее изучены 3(три) из них:
1) Окисление тиоловых групп мембранных белков. Приводит к появлению пор в мембранах клеток и митохондрий и увеличению проницаемости мембран.
2) Увеличение ионной проницаемости липидного бислоя. Приводит к разобщению окислительного фосфорилирования и снижению образования АТФ.
3) Снижение стабильности липидного слоя и создание условий для электрического пробоя мембран.
Клеточные системы защиты от перекисного окисления липидов. В норме на скорость и выраженность процесса перекисного окисления липидов влияют специальные защитные системы. В составе этих систем различные химические вещества. Их делят на 2(две) группы: 1) прооксиданты, которые усиливают процессы перекисного окисления; 2) антиоксиданты, которые тормозят процесс перекисного окисления.
Прооксиданты: высокие концентрации кислорода (напр., при гипербарической оксигенации), некоторые ферменты, ионы двухвалентного железа.
Антиоксиданты: делятся на 4 группы:
1) СОД, каталаза, глютатионредуктаза. Нейтрализуют супероксидный анион-радикал и перекись водорода. Предотвращают образование гидроксильного радикала.
2) Фосфолипаза и глютатионпероксидаза. Разрушают гидроперекиси липидов.
3) Система окисления и связывания ионов железа. Снижает концентрацию двухвалентного железа в крови. С участием двухвалентного железа происходит образование гидроксил-радикала.
В крови имеется фермент церрулоплазмин и трансферрин. Церрулоплазмин переводит двухвалентное железо в трехвалентное, а трансферрин связывает и переносит трехвалентное железо в клетки. В клетках железо депонируется в форме ферритина.
4) Жирорастворимые антиоксиданты или перехватчики свободных радикалов, или <ловушки». Обрывают цепи перекисного окисления за счет захвата липидных радикалов и радикалов липоперекисей. По химической природе это производные фенола. Это: витамин Е, убихинон, тироксин, ионол (входит в состав лекарства дибунола).
ДЕЙСТВИЕ МЕМБРАННЫХ ФОСФОЛИПАЗ
Фосфолипазы — это ферменты, которые гидролизуют мембранные фосфолипиды. Фосфолипазы имеются практически во всех клетках и во всех клеточных структурах. В мембранах в норме фосфолипазы малоактивны. Причины малоактивности фосфолипаз:
1) фосфолипазы плохо гидролизуют именно фосфолипиды липидного бислоя мембран;
2) фосфолипазы активируются ионами Са и ингибируются ионами Мg, а в цитоплазме здоровой клетки как раз мало кальция и много магния.
Чрезмерное увеличение содержания ионов кальция в цитоплазме при повреждении приводит к активации фосфолипаз. Фосфолипиды липидного слоя гидролизуются. Мембрана теряет барьерные свойства и становится возможным электрический пробой мембраны.
МЕХАНИЧЕСКОЕ (ОСМОТИЧЕСКОЕ) РАСТЯЖЕНИЕ МЕМБРАН И АДСОРБЦИЯ БЕЛКОВ
Механическое растяжение мембран наблюдается при нарушении осмотического равновесия в клетках, а именно увеличении внутриклеточного коллоидно-осмотического давления. В этом случае в клетку поступает вода, объем клетки увеличивается, и создаются условия для электрического пробоя мембран.
Адсорбция белков на мембранах также приводит к снижению электрической стабильности мембран.
Перекисное окисление липидов, активация фосфолипаз. адсорбция белков на мембранах и механическое их растяжение приводят к снижению электрической прочности липидного слоя мембран и электрическому пробою мембран.
ЯВЛЕНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПРОБОЯ МЕМБРАН
В норме между внутренней и наружной сторонами мембраной существует небольшая разность потенциалов, а через мембрану проходит электрический ток. Его величина зависит от:
1) разности потенциалов на наружной и внутренней сторонах мембраны или напряжения на мембране V;
2) омического сопротивления мембраны этому току R.
I = V/R
Величина тока через мембрану прямо пропорциональна разности потенциалов на мембране и обратно пропорциональна сопротивлению мембраны току.
Если разность потенциалов на мембране превысит критическое значение, то произойдет резкое возрастание тока. Критическая разность потенциалов, выше которой происходит резкое возрастание тока, называется потенциалом пробоя. Если разность потенциалов превышает критическое значение, то ток через мембрану будет самопроизвольно нарастать во времени до полного разрушения мембраны. Это явление называется электрическим пробоем мембраны.