Глава 7. Патологическая физиология клетки

В основе изменений жизнедеятельности организма животных при патологических процессах, состояниях и заболеваниях лежат нарушения функции клеток. В клетках реализуются процессы превращения энергии, ее использования для реализации генети­ческих программ и обеспечения специализированных функций — зарождения и проведения импульса в нервной клетке, сокраще­ния миофибрилл, выделения секрета, элиминации чужеродных субстратов и др. Выявление генеза заболеваний разной природы становится возможным лишь при изучении закономерностей из­менений, происходящих на уровне молекул, субклеточных структур, клеток, органов, целостного организма. Особенно актуально изучение интимных механизмов заболевания в связи с успе­хами молекулярной патологии и генной инженерии.

Кроме того, изучение патологии клетки ведет к познанию ме­ханизмов ее функциональных отправлений в обычных, нормаль­ных условиях. Так, результатом последних исследований биоло­гии опухолевых трансформаций на молекулярном уровне было от­крытие двух сложнейших функциональных систем, контролирую­щих поведение нормальных клеток: системы проведения сигналов и системы внутриклеточной безопасности. Рассматривают прямое и опосредованное действие патогенных факторов на клетку. Пря­мое действие касается нарушения структуры и функции органов-мишеней, подвергнутых действию патогена. Косвенное, опосре­дованное влияние связано с нарушением деятельности других кле­ток, органов и систем.

Прямое действие патогенных факторов. Причинами прямых по­вреждений клеток могут быть физические, химические и биологи­ческие факторы.

Физические факторы. Природа причин физического воздействия на клетку разнообразна. Каждая из них имеет некото­рую специфику повреждения. К повреждающим причинам физи­ческой природы относят:

· механические факторы, такие, как удары, укусы, ранения раз­нообразными предметами, сдавливание, растяжение, разрывы и др., приводящие к нарушениям структуры и функции отдельных молекул (сотрясение мозга), субклеточных структур, клетки, орга­на, ткани;

· термическое воздействие. Повышение температуры выше 45— 50 °С оказывает на клетку пагубное влияние, связанное с денату­рацией белков, изменением структуры нуклеиновых кислот, по­вышением проницаемости биологических мембран. Понижение температуры среды ниже границ адаптации ведет к снижению об­менных процессов или полному их прекращению. При температу­ре минус 2 °С начинаются кристаллизация воды в клетке и ее пол­ное разрушение;

· действие ионизирующей и ультрафиолетовой радиации ведет к поглощению молекулами энергии, их распаду, образованию сво­бодных гидроксильных и липопероксидных радикалов, поврежда­ющих ферментные системы и структуру клеточных мембран;

· повышение или снижение осмотического давления в клетке или внеклеточной среде ведет либо к ее разрыву (внутриклеточная гиперосмия), либо к пикнозу (внеклеточная гиперосмия).

Химические факторы. Токсическими для клеток свойствами обладают самые разнообразные вещества, находящие­ся в среде обитания животных. К ним следует отнести кислоты и щелочи в повышенной концентрации, соли тяжелых металлов, минеральные удобрения, недостаток или избыток макро- и мик­роэлементов (йод, кобальт, железо и др.). Токсический эффект химических веществ может проявиться торможением (ингибиро-ванием) активности ферментных систем клетки. Цианистые со­единения, например, ингибируют активность цитохромоксидазы; холинэстеразу угнетают фосфорорганические соединения. Токсигены способны блокировать рецепторы на поверхности мем­бран и подавлять функцию ионных каналов блокированием К⁺-, Na⁺- aдeнoзинтpифocфaтaз.

Биологические факторы. К ним следует отнести продукты жизнедеятельности бактерий, вирусов, простейших, грибов, паразитов; недостаток или избыточное содержание в кро­ви животных физиологически активных веществ, прежде всего гормонов. Так, избыток инсулина приводит к истощению запасов гликогена в клетке, а недостаток — к невозможности его исполь­зования. Токсигенными для клеток становятся продукты распада других тканей (раковая опухоль) и метаболиты (аммиак, мочеви­на, мочевая кислота, креатинин, желчные кислоты), выведение которых затруднено или невозможно. Яды животного происхож­дения (змей, пчел, кровососущих насекомых) содержат ферменты, способные разрушать биологические мембраны (гемолиз эритро­цитов). Повышенное образование в организме аутоантител стиму­лирует систему комплемента, ферменты которой способны выз­вать повреждение клеточных структур.

Опосредованные, косвенные действия патогенных факторов. По­вреждения клеток в этих случаях возникают за счет образующейся цепи вторичных реакций после прямого повреждения клеток-ми­шеней. Такие опосредованные повреждения реализуются через:

ü систему медиаторов (вторичная альтерация при воспалении);

ü нарушения циркуляции оксигенированной крови в малом и большом кругах кровообращения;

ü нарушения нейрогуморальной регуляции (эмоциональный стресс);

ü изменения иммунного статуса (аутоиммунные реакции);

ü изменения параметров жестких констант гомеостаза (ацидоз, алкалоз, повышение концентрации свободных радикалов, кетоно­вых тел).

Изменения, возникающие в клетке под влиянием повреждаю­щих факторов, неоднозначны. Они могут нести черты специфич­ности, свойственные действию конкретного патогена, и быть не­специфическими, характерными для всех вредоносных факторов и для клеток любых тканей.

Специфическим для действия механических факторов будет нарушение целостности субклеточных, клеточных структур, орга­на, ткани. Лучистая энергия вызывает разрушение молекул, обра­зование свободных радикалов. Химические токсигены инактивируют ферментные системы, вирусы разрушают геном клетки. Под влиянием ультрафиолетовых лучей эпителиальные клетки кожи накапливают пигмент меланин. Недостаток железа приводит к появлению гипохромных эритроцитов, витамина В₁₂—к недоста­точному накоплению гемоглобина в клетках красной крови. Клетки эпителия дыхательных путей могут иметь включения инородных частиц. Обнаружение в клетках аммоновых рогов специфических телец — включений Бабеша — Негри дает основание для постанов­ки диагноза на бешенство. Многие другие заболевания диагности­руются по специфическим изменениям органов-мишеней.

Неспецифические общие реакции клеток начинаются сразу после воздействия патогеном. В ответ на любое повреждение клет­ки реагируют следующими общими проявлениями:

Ø резким повышением проницаемости клеточных мембран, вы­ходом из клетки ионов калия и попаданием внутрь ее ионов каль­ция и натрия;

Ø увеличением объема клетки;

Ø снижением мембранного потенциала;

Ø активацией цепи химических реакций в цитоплазме, где глав­ную роль играют протеинкиназы (тирозинкиназы, серинкиназы, треонинкиназы), фосфолипазы, аденилатциклазы и др., направлен­ных на компенсацию структурно-функциональных нарушений;

Ø повышением кислотности цитоплазмы, падением рН до 6 и ниже за счет усиления липолиза, протеолиза, гликогенолиза, гликолиза и гипоксии;

Ø увеличением вязкости цитоплазмы, замедлением броуновского движения молекул;

Ø увеличением способности цитоплазмы и ядра связываться с красителями;

Ø повышением флюоресценции.

Поврежденные клетки выделяют большое количество биологи­чески активных веществ, воздействующих на здоровые клеточные элементы, окружающие очаг повреждения. Эти биологически ак­тивные вещества получили название «медиаторы повреждения». К ним относятся гистамин, серотонин, брадикинин, простагландины, ацетилхолин, адреналин, ферменты. Многие из этих биологи­чески активных веществ способствуют развитию воспалительных и аллергических реакций. Поступая же в ток крови, особенно пос­ле обширных повреждений тканей, они могут вызвать состояние шока.