Структурные проявления повреждения митохондрий

· набухание и вакуолизация митохондрий, что приводит к разрыву их мембраны, фрагментации и гомогенизации крист

· утрата гранулярной структуры и гомогенизация матрикса

· уменьшение и полное исчезновение матрикса вследствие вымывания его из митохондрий

· потеря двухконтурности наружной мембраны

· отложения в матриксе органических (миелин, липиды, гликоген) и неорганических (соли кальция) соединений

· уменьшение количества митохондрий

Последствия повреждения митохондрий

· Снижение синтеза АТФ

· Разобщение окисления и фосфорилирования

· Ионный дисбаланс в клетке

Нарушение биоэнергетических функций митохондрий - одно из наиболее ранних проявлений повреждения клетки. Процесс окислительного фосфорилирования зависит главным образом от целостности мембран митохондрий. При окислительном фосфорилировании протоны транспортируются из межмембранного пространства через протонные каналы митохондриальной мембраны на внутреннюю поверхность крист. Отек и нарушение целостности мембран митохондрий сопровождаются разобщением процессов окисления и фосфорилирования, в патогенезе которого имеют значение:

· уменьшение скорости потребления кислорода митохондриями

· увеличение проницаемости внутренней митохондриальной мембраны, при этом работа водородной «помпы» становится неэффективной, что приводит к падению электрохимического градиента, энергия которого обеспечивает в норме ресинтез АТФ

· набухание и отек мембраны митохондрий вызывает перерастяжение крист, при этом увеличивается расстояние между соседними молекулярными комплексами, которые передают друг другу электроны и протоны

· отек мембраны митохондрий приводит к нарушению ее барьерных функций.

Именно повреждение митохондрий является переломным моментом, после которого изменения в клетке, обусловленные повреждающим агентом, становятся необратимыми, и клетка погибает.

ПОВРЕЖДЕНИЕ ЛИЗОСОМ

Лизосомы - овальные или округлые образования, содержащие большое количество (до 70) разнообразных гидролитических ферментов (катепсины, рибонуклеазу, дезоксирибонуклеазу, кислую фосфатазу, гиалуронидазу и др.), которые могут расщеплять белки, нуклеотиды, углеводы и жиры. В связи с этим лизосомы обеспечивают обновление структур клетки при их старении или повреждении, а также уничтожение чужеродных агентов в процессе фагоцитоза.

Образуются лизосомы за счет активности эндоплазматического ретикулума и аппарата Гольджи.

Причинами, вызывающими повреждение лизосом, являются гипоксия, ацидоз, радиация, избыток или недостаток витаминов А, К, Е, Д, бактериальные токсины и др. Под влиянием повреждающих факторов может наблюдаться:

· механический разрыв мембран лизосом

· увеличение проницаемости мембран лизосом и повышение активности лизосомальных ферментов. Этому способствует увеличение в клетке ионов водорода (ацидоз), продуктов ПОЛ, токсинов и др.

Последствия повреждения лизосом

· активация ферментов лизосом→ распад белков, углеводов, липидов, нуклеиновых кислот клетки → нарушение метаболизма, аутолиз клетки. Поступление ферментов лизосом в окружающую среду вызывает развитие воспаления.

При патологии может наблюдаться снижение активности лизосомальных ферментов наследственного и приобретенного характера.

Наследственная или первичная недостаточность ферментов лизосом обусловлена генетическим дефектом синтеза ферментов. В связи со снижением активности ферментов в клетках происходит накопление веществ, которые в норме метаболизируются с участием энзимов лизосом. Указанные формы лизосомальных ферментопатий называются болезнями накопления или лизосомными болезнями (гликогенозы, гепатозы и др.) Лизосомы, потерявшие способность к выполнению своих специфических функций, начинают заполнять клетку и в конечном итоге вызывают превращение ее в огромную каплю того вещества, которое не смогли расщепить дефектные лизосомы. Чаще всего при лизосомных болезнях поражаются клетки печени, скелетной мускулатуры, центральной нервной системы.

Приобретеннаяиливторичная недостаточность ферментов лизосом связана с воздействием токсинов, солей тяжелых металлов и др. повреждающих факторов на клетку. В патогенезе имеет значение инактивация активных центров лизосомальных ферментов, недостаточность энергетического обеспечения деятельности ферментов, нарушение гормональной регуляции клеточных функций, а также нарушение системы циклических нуклеотидов.

ПОВРЕЖДЕНИЕ РИБОСОМ

Рибосомы – плотные сферические гранулы, состоящие из РНК (40% массы). Рибосомы связаны с эндоплазматической сетью, а также могут свободно находиться в цитоплазме, располагаться поодиночке или группами.

Рибосомы необходимы для реализации генетической программы клеток, с их участием происходит синтез белка на основе считывания информации с и-РНК.

Повреждающие факторы

уменьшение синтеза белка в клетке.

ПОВРЕЖДЕНИЕ ЭНДОПЛАЗМАТИЧЕСКОЙ СЕТИ И ПЕРОКСИСОМ

Эндоплазматическая сеть (ретикулум) представлена системой внутриклеточных канальцев, вакуолей, цистерн, ограниченных цитоплазматическими мембранами. Эта система составляет основную часть внутриклеточных органелл, она контактирует с ядерной оболочкой, аппаратом Гольджи, митохондриями, рибосомами и предназначена для транспорта веществ в клетку, депонирования веществ, в частности, катиона кальция, детоксикации различных химических веществ экзогенного и эндогенного происхождения (микросомальная система окисления), синтеза липидов и белков как на экспорт, так и для собственных мембран клетки, синтеза ферментов лизосом.

Структурные проявления повреждения эндоплазматической сети

· расширение канальцев сети, вплоть до образования крупных вакуолей и цистерн, вследствие накопления в них жидкостей

· отек и набухание вакуолей и петель, которые могут распадаться на мелкие гранулы, что может привести к отсоединению рибосом от шероховатого ретикулума

Последствия повреждения эндоплазматической сети

Многообразны, зависят от вида клеток, включают, например, нарушение распространения импульса возбуждения, синтеза белка, сократительной функции мышечных волокон, процессов детоксикации, развитие клеточной дистрофии и др.

Пероксисомы (микротельца) топографически тесно связаны с гладким эндоплазматическим ретикулумум. В них содержатся различные оксидазы, которые участвуют в процессах окисления жирных кислот, углеводов, аминокислот и др. Пероксисомы участвуют в образовании и инактивации перекиси водорода, окислении СЖК, мочевой кислоты. Пероксисомы обеспечивают кислород-зависимый бактерицидный эффект при фагоцитозе. При повреждении пероксисом происходит увеличение или уменьшение их количества в клетке.

Может наблюдаться наследственное нарушение функции пероксисом (дефект ферментов или отсутствие микротелец в клетке).

Последствия повреждения пероксисом: снижение активности ферментов пероксисом, недостаточность фагоцитоза.

ПОВРЕЖДЕНИЕ КОМПЛЕКСА ГОЛЬДЖИ,

МИКРОТРУБОЧЕК И МИКРОФИЛАМЕНТОВ

Аппарат Гольджи (пластинчатый комплекс) образован системой канальцев и цистерн, выполняет значительную роль в процессах транспорта всех внутриклеточных белков, синтеза ряда веществ, активации ферментов. Участвует в депонировании белков и биологически активных веществ, синтезированных в эндоплазматической сети. С помощью пластинчатого комплекса происходит процесс выведения готовых секретов за пределы клетки, поэтому он особенно хорошо развит в секреторных и нервных клетках. Вакуоли аппарата Гольджи дают начало лизосомам.

Последствия повреждения аппарата Гольджи

· нарушение доставки клеточных белков

· нарушение выведения из клетки продуктов жизнедеятельности

· нарушение инактивации токсических соединений

· нарушение активности ферментов лизосом

Микротрубочки и микрофиламенты составляют «скелет» клетки, обеспечивают выполнение ими опорной, транспортной, контрактильной, двигательной функций. Микротрубочки часто уложены в связки, что обеспечивает значительную прочность и жесткость цитоскелету, они образуются при полимеризации белка тубулина. Сократительные белки клетки тубулин, динеин, динамин, актин, миозин прикреплены к органоидам и плазматической мембране, что обеспечивает форму клетки, ее передвижение, внутриклеточное перемещение органоидов и включений соединений. Благодаря этой системе происходит также прикрепление клетки к межклеточному веществу и клеток между собой, передача цитоплазматического сигнала от рецепторов на цитоплазматическую мембрану внутри клетки.

Повреждение цитоскелета клетки вызывают вирусы, токсины бледной поганки, колхицин, антитела против белков цитоскелета.

Последствия повреждения цитоскелета клетки

o Нарушение транспорта секреторных гранул и жидкостей

o Нарушение реализации фагоцитоза

o Нарушение митотического деления клетки

o Нарушение упорядочного движения ресничек

o Плохое прикрепление клеток к межклеточному веществу, что облегчает процесс метастазирования при опухолевом росте

ПОВРЕЖДЕНИЕ ГИАЛОПЛАЗМЫ И ПЛАЗМОЛЕММЫ

Цитоплазма (гиалоплазма) представляет собой жидкую слабовязкую внутреннюю среду клетки, основным компонентом ее является внутриклеточная жидкость, различные структуры (органеллы), специализированные образования, включения. В гиалоплазме наблюдается упорядочная циркуляция внутриклеточной жидкости, а также ритмическое движение органелл. Благодаря свойствам гиалоплазмы в различных регионах клетки может циркулировать различная по составу жидкость.

При действии повреждающих факторов происходит:

· уменьшение или увеличение содержания в гиалоплазме жидкостей

· протеолиз или коагуляция белка цитоплазмы

· образование включений, не встречающихся ранее

· нарушение упорядочного характера циркуляции жидкости (изменения транспорта нейромедиаторов по аксонам нейронов, замедление миграции фагоцитов).

Повреждение гиалоплазмы приводит к нарушению процессов метаболизма в клетке, функции органелл, процессов восприятия регулирующих влияний на клетку.

Плазмолемма в норме выполняет защитную, барьерную, контактную, информационную, транспортную функции, так как благодаря ей происходит межклеточное взаимодействие и кооперация клеток из-за наличия на ней рецепторных образований, поверхностных антигенов, межклеточных стыков.

При повреждении клетки указанные функции нарушаются в следствие:

· значительного повышения проницаемости плазмолеммы

· нарушения целостности плазмолеммы

· снижения числа и чувствительности рецепторных структур и трансмембранных каналов.

Нарушение функции плазмолеммы может потенцировать степень и масштаб расстройств в уже поврежденной клетке, а также вызвать альтерацию других, интактных клеток.

АПОПТОЗ КЛЕТКИ

Развитие многоклеточного организма предполагает наличие баланса между пролиферацией, дифференцировкой и гибелью клеток. Они погибают как в физиологических, так и в патологических ситуациях. Клетки, выполнившие свои функции, погибают в течение всей жизни организма. Известно два качественно различных вида смерти клеток:

1. некроз

2. апоптоз

Отличия некроза и апоптоза

СТАДИИ И МЕХАНИЗМЫ АПОПТОЗА

1.Инициация

2. Программирование

3. Реализация программы

4. Удаление погибшей клетки

1. Инициация

В эту стадию на рецепторы клетки поступают сигналы, стимулирующие апоптоз. Эти сигналы могут быть:

2. Программирование

В эту стадию происходит передача сигнала апоптоза для активации исполнительной программы двумя механизмами:

· минуя геном клетки, активируя каспазы и эндонуклеазы - ферменты, вызывающие протеолиз белков (прямая активация каспаз и эндонуклеаз)

· через геном клетки: репрессия генов, кодирующих ингибиторы апоптоза, либо активация генов, кодирующих промоторы апоптоза (опосредованная активация каспаз и эндонуклеаз)

3. Реализация программы

Гибель клетки вследствие активации протеолитического и нуклеолитического каскадов.

Активация Са 2+, Мg 2+ - зависимых эндонуклеаз→ распад ДНК

Активация каспаз → протеолиз белков цитоскелета, ядра, регуляторных белков, ферментов и др.

4. Удаление фрагментов погибших клеток

ТЕстовые задания для самоконтроля знаний

Укажите правильные ответы

1.Проявлением повреждения ядра клетки являются (2)

А) развитие ацидоза

В) отек и набухание клетки

С) конденсация хроматина

D) появление включений, спутников ядра

Е ) увеличение в клетке Са⁺⁺, Nа⁺

2. Ядро клетки выполняет функцию (1)

А) опорную, двигательную

В) «носителя» генетической информации

С) аутолиза продуктов распада

D) транспорта веществ

Е) передвижения и секреции веществ

3. Проявлениями повреждения структуры и функции митохондрий является (2)

А) увеличение потребления О₂

В) набухание мембран

В) повышение Са-аккумуляторной функции

D) увеличение интенсивности обмена веществ

Е) разобщение процессов окисления и фосфорилирования

4. Вставить недостающее звено в патогенез нарушений (1)

Повреждение митохондрий ® снижение мембранного потенциала на внутренней мембране митохондрий ® ? ® активация эндогенных фосфолипаз и других гидралаз ® отек и набухание клетки

А) снижение Са^++- аккумулирующей функции митохондрий;

В) повышение Са⁺⁺-аккумулирующей функции митохондрий;

С) уменьшение концентрации К⁺, Nа⁺ в цитоплазме клетки

D) увеличение в клетке концентрации Н⁺

Е) повышение проницаемости мембран

5. Снижение Са-аккумулирующей функции митохондрий проявляется (2)

А) снижением активности сократительных структур клетки;

В) сморщиванием клетки;

С) активацией процессов метаболизма;

D) появлением нерастворимых включений Са⁺⁺ в матриксе митохондрий

Е) повышением проницаемости мембран клетки

6.Последствиями нарушений функции митохондрий могут быть (4)

А) ионный дисбаланс

В) внутриклеточный ацидоз

С) отек и набухание клетки;

D) снижение синтеза белка

Е) снижение концентрации АДФ

7.Изменение концентрации Са⁺⁺ в двух соседних клетках почечного эпителия дали следующие результаты

клетка А - 10^_4 М, клетка Б -10^_7М. Какая клетка повреждена? (1)

А) А

В) Б

8. При повреждении мембран лизосом активность лизосомальных гидролаз (1)

В) понижается

С) не изменяется

9.При развитии лизосомных болезней активность лизосомальных гидролаз (1)

А) повышается

В) понижается

С) не изменяется

10.Повышение активности ферментов лизосом происходит вследствие увеличение в цитоплазме ионов (1)

А) Nа⁺,

В) К⁺,

С) Са⁺⁺

D) Н⁺ ,

Е) Мg⁺⁺

11.Найти соответствие:

1 Проявления повреждения рибосом (2)

2. Проявления повреждения эндоплазматического ретикулума (3)

А) снижение синтеза белка

В) нарушение накопления и распределения различных веществ

С) нарушение реализации генетической программы клетки

D) нарушение детоксикационной функции клетки

Е) нарушение депонирующей функции клетки

12. При повреждении аппарата Гольджи нарушаются функции (4)

А) синтеза белка, полисахаридов

В) транспорта веществ

С) передвижения

D) обезвреживания веществ

Е) депонирования веществ

13. Проявлениями повреждения гиалоплазмы являются (5)

А) увеличение содержания в ней жидкостей

В) уменьшение содержания в ней жидкостей

С) образование включений

D) протеолиз и коагуляция белка,

Е) нарушение упорядочного характера циркуляции цитоплазматической жидкости.

14. Найти соответствие:

1.Некроз клетки.(4) 2. Апоптоз клетки (3)

А) смерть поврежденной клетки

В) сопровождается воспалительной реакцией

С) является следствием клеточных дистрофий

D) развивается под влиянием повреждающего фактора

Е) программированная смерть клетки

F)осуществляется под влиянием информационного сигнала

G) характерируется фагоцитозом апоптозных «телец».

15. Укажите признаки характерные для

1.Некроза клеток.(3) 2. Апоптоза клеток. (3)

А) кариолизис

В) конденсация хроматина

С) набухание клеток

D) сморщивание клеток

E) повреждение мембран

F) образование клеточных фрагментов, содержащих хроматин.

16. Стадии патогенеза апоптоза

1…, 2…, 3…, 4…

17. Стадия инициации патогенеза апоптоза характеризуется (1)

А) активацией каспаз и эндонуклеаз

В) распадом нуклеиновых кислот

С) взаимодействием информационного сигнала с рецепторами апоптоза на мембране клетки

D) аутолизом клетки

Е) фагоцитозом апоптозных «телец»

18. Стадия программирования и реализации программы патогенеза апоптоза характеризуется (2)

А) активацией каспаз и эндонуклеаз

В) распадом нуклеиновых кислот,

С) взаимодействием информационного сигнала с рецепторами апоптоза на мембране клетки,

D) аутолизом клетки,

E) фагоцитозом апоптозных «телец»

19. Стадия удаления фрагментов погибших клеток в патогенезе апоптоза характеризуется (1)

а) активацией каспаз и эндонуклеаз

б) распадом нуклеиновых кислот

в) взаимодействием информационного сигнала с рецепторами апоптоза на мембране клетки

г) аутолизом клетки

д) фагоцитозом апоптозных «телец»

20. Назовите последствия апоптоза клеток (2)

A) фагоцитоз фрагментов клеток, ограниченных мембраной

B) образование зоны, состоящей из множества погибших и поврежденных клеток

C) гибель и удаление единичных клеток

D) развитие воспалительной реакции

E) разрастание соединительной ткани на месте погибшей клетки