Повреждение эндоплазматической сети

Реакции ЭПС на повреждение

ü Гипертофия/гиперплазия ЭПС – увеличение его количества, расширение канальцев с появлением необычного содержимого;

ü Вакуольная дегенерация (лизис ЭПС);

ü Атрофия/гипоплазия – упрощение структуры, появление аномальных рибосомально-пластических комплексов.

Последствия повреждения ЭПС

Повреждение ЭПС, независимо от его причины, вызывает ряд типовых патогенетических последствий (рис. 11):

ü Дезинтеграция гранулярной ЭПС (отсоединение рибосом от мембраны);

ü Нарушение внутриклеточного транспорта белков;

ü Белковая дистрофия клеток (мутное набухание, зернистая дистрофия);

ü Активация ОСФ;

ü Гипертрофия гладкой ЭПС;

ü Усиление дезинтоксикационных возможностей клетки;

ü Аутоокисление.

Рис. 11 – последствия повреждения ЭПС

Повреждение пластинчатого комплекса

(аппарат Гольджи)

Реакции пластинчатого комплекса на повреждение

1. Гиперплазия/гипертрофия пластинчатого комплекса – увеличение площади его мембран и количества секреторных гранул.

Причины: болезни печени, гипертрофия ЭПС.

2. Атрофия пластинчатого комплекса – редукция (уменьшение) вакуолей и потеря секреторных гранул.

Причины: токсикозы, белковое голодание.

Последствия повреждения пластинчатого комплекса

ü Повышение секреторной функции и синтеза белка, повреждение мембран, накопление белка в цитоплазме;

ü Патология лизосом (лизосомные болезни).

Повреждение лизосом

Патологическая активность лизосом зависит в основном от двух факторов: состояния (стабилизации) мембран лизосом и активности их ферментов.

А) Дестабилизация (лабилизация) мембран лизосом – повышение проницаемости, появление трещин и разрывов.

Причины: ▪ ионизирующая радиация;

▪ шок;

▪ гиповитаминозы;

▪ бактериальные эндотоксины.

Патогенез: выход гидролаз в цитоплазму ведет к аутолизу и некрозу клетки.

Б) Стабилизация мембран лизосом – уменьшение проницаемости.

Причины: противовоспалительные и антибактериальные препараты; антиоксиданты.

Патогенез: повышение резистентности клеток к патогену (анормальные и растянутые лизосомы).

В) Недостаток лизосомальных ферментов (лизосомные болезни, болезни накопления) – замедление или остановка разрушения метаболитов при их нормальном синтезе: гликогенозы, липидозы, гепатозы.

Общая черта лизосомных болезней: нарушение психомоторного развития и иммунитета.

Повреждение пероксисом

Увеличение их числа в гепатоцитах описано при применении медикаментов, снижающих уровень липидов в крови, вирусном гепатите, лептоспирозе, в кардиомиоцитах при длительном воздействии этанола. Уменьшение числа пероксисом и снижение синтеза их ферментов наблюдается в печени при воспалении, а также при опухолевом росте. Разрушение пероксисом отмечается при гиперлипидемии и гиперхолестеринемии

Последствия повреждения пероксисом

1. Наследственный дефект, связанный с отсутствием пероксисом, абсолютно смертелен и приводит к гибели молодняка через несколько месяцев при явлениях иммунодефицита и гипоксии.

2. Альтерация пероксисом способствует образованию свободных радикалов => нарушение утилизации жирных кислот (формирование детергентов) => омыление клетки и разрушение мембран (эндогенный детергентный эффект).

Набор заданий для проверки достижения конкретных целей обучения:

Тестовые задания:

1. Укажите последствия увеличенного содержания внутриклеточного кальция при ишемическом повреждении клетки:

a) активация фосфолипаз, интенсификация перекисного окисления липидов, нарушение энергетической функции митохондрий;

b) повышение резистентности клетки к патогену, замедление разрушения метаболитов

1. Денатурация белков и белково-липидных комплексов клетки специфична для повреждения …

a) термическим фактором;

b) химическим фактором;

c) механическим фактором;

d) лучевым фактором.

1. Блокирование клеточных рецепторов и угнетение активности клеточных ферментов специфично для повреждения…

a) термическим фактором;

b) химическим фактором;

c) механическим фактором;

d) лучевым фактором.

1. Укажите последствия выраженного ацидоза при ишемическом повреждении кардиомиоцитов:

a) угнетение Ca++-транспортирующей функции саркоплазматического ретикулума, активация перекисного окисления липидов, снижение сократительной функции миофибрилл;

b) активация Na+/K+-АТФ-азы и ферментов креатинкиназной системы, инактивация лизосомальных протеаз и фосфолипаз.

1. Механизмы повреждения клетки:

a) повышение сопряженности окислительного фосфорилирования и активности ферментов системы репарации ДНК;

b) усиление свободнорадикального окисления липидов, выход лизосомальных ферментов в гиалоплазму, экспрессия онкогена

1. Прямыми последствиями снижения pH в поврежденной клетке являются:

a) активация лизосомальных фосфолипаз и протеаз, снижение синтеза ДНК, повышение проницаемости и лизосомальных мембран, изменение конформационных свойств мембранных белков;

b) повышение сопряженности окислительного фосфорилирования и активности ферментов системы репарации ДНК.

1. Назовите главные механизмы повреждения клетки при чрезмерном действии УФ-лучей:

a) активация фосфолипаз, интенсификация перекисного окисления липидов, нарушение генетического аппарата клетки;

b) гиперполяризация цитоплазматической мембраны, образование ковалентных сшивок между липидными и белковыми молекулами

1. Какое действие на мембраны клеток оказывают амфифильные соединения в высоких концентрациях:

a) повышают проницаемость мембраны клетки, агрегируют в мицеллы и внедряются в мембрану, вытесняют ионы кальция из мембраны, разрушают липидный бислой мембраны клетки;

b) понижают проницаемость клеточной мембраны и внутриклеточный рН, стабилизизуют мембрану органоидов клетки.

1. Назовите основные причины активации фосфолипаз при повреждении клетки:

a) повышение внутриклеточного содержания ионов кальция, снижение внутриклеточного pH, интенсификация перекисного окисления липидов;

b) активация Na+/K+-АТФ-азы и ферментов креатинкиназной системы, инактивация лизосомальных протеаз и фосфолипаз.

1. Укажите органеллы, защищающие клетку от чрезмерного накопления в ней ионизированного кальция:

a) митохондрии, саркоплазматический ретикулум;

b) рибосомы, лизосомы;

c) центриоли и вакуоли.

1. Какими ионами, главным образом, активируются в поврежденной клетке мембраносвязанные фосфолипазы:

a) Ca++;

b) H+;

c) Na+

12. Какими ионами, главным образом, активируются в поврежденной клетке фосфолипазы и протеазы лизосом

a) Ca++;

b) H+;

c) Na+

1. Какие из перечисленных веществ ослабляют повреждающее действие свободных радикалов на клетку:

a) глютатионпероксидаза, супероксиддисмутаза, препараты селена, витамин Е;

b) ионол, убихиноны, радикалы липидов, нитроксиды.

1. Какие из перечисленных ниже веществ обладают свойствами антиоксидантов:

a) токоферолы, каталаза, глютатионпероксидаза, препараты селена;

b) нитроксиды, убихиноны, фосфолипиды, агликозидазы.

1. Чем сопровождается увеличение содержания свободного ионизированного кальция в клетке:

a) активацией фосфолипазы А₂, активацией перекисного окисления липидов, увеличением выхода K+ из клетки, гипергидратацией клетки;

b) снижением проницаемости клеточной мембраны и внутриклеточного рН, стабилизизацией мембраны органоидов клетки.

1. Назовите последствия активации перекисного окисления липидов (ПОЛ) клеточных мембран:

a) уменьшение гидрофобности липидов, изменение конформации рецепторных белков, увеличение внутриклеточного содержания ионов кальция, нарушение структурной целостности цитоплазматической мембраны,

b) повышение сопряженности окислительного фосфорилирования и активности ферментов системы репарации ДНК.

1. Укажите «неспецифические» проявления повреждения клетки:

a) денатурация молекул белка, усиление перекисного окисления липидов, инактивация мембраносвязанных ферментов;

b) лабилизация мембран лизосом, ацидоз, выделение медиаторов, нарушение барьерной функции мембраны клетки.

1. Способствует ли усиление процессов перекисного окисления липидов в поврежденной клетке улучшению ее энергообеспечения:

a) нет;

b) да.

1. Могут ли ионы кальция влиять на процессы перекисного окисления липидов:

a) нет;

b) да.

Ситуационные задачи:

Задача 1.

С целью моделирования гемолитической анемии мышам ввели фенилгидразин, который избыточно активирует в клетках свободнорадикальные реакции. Через полчаса после введения фенилгидразина в крови животных обнаружено снижение количества эритроцитов, присутствие свободных форм Hb и метгемоглобина.

Вопрос. Каковы возможные механизмы повреждения мембран эритроцитов?

Ответ. Фенилгидразин активирует генерацию избытка активных форм кислорода (супероксидного радикала и его производных) с последующим образованием липидных радикалов и гидроперекисей. Возникающие при этом повреждения бимолекулярного фосфолипидного слоя мембран характеризуются образованием в них брешей (кластеров повышенной проницаемости) и снижением эффективности работы мембранных ионных насосов. Это ведёт к накоплению избытка Nа⁺ в эритроцитах с увеличением внутриклеточного осмотического давления. В результате происходит гипергидратация и гемолиз эритроцитов.

Задача 2.

В лаборатории исследовали клеточные эффекты вещества, входящего в состав отходов одного из химических производств. Вещество вносили в монокультуру нормальных эпителиальных клеток в токсической концентрации. Наличие признаков повреждения клеток оценивали каждые 30 мин на протяжении 3 ч. Через 3 ч инкубации выявили гибель 85% клеток.

Вопросы и задание:

1. Какие морфологические и биохимические критерии Вы можете предложить для оценки обратимого («А») и необратимого («Б») повреждения эпителиальных клеток в данном эксперименте?

2. Назовите последовательность патологических изменений в клетке и их механизмы (основываясь на предложенных Вами критериях оценки повреждения клеток.

Ответы

1.А. Признаками обратимого повреждения клетки (и методами их выявления) являются:

· умеренное увеличение объёма клеток (определяется морфологически),

· накопление лактата во внеклеточной среде (выявляется биохимическими методами),

· увеличение концентрации К⁺ во внеклеточной среде (выявляется пламенной фотометрией),

· снижение мембранного потенциала (определяется электрофизиологическими методами),

· распад полисом (выявляется морфологически),

· снижение активности митохондриальных ферментов (определяется био- и гистохимически).

1.Б. К признакам необратимого повреждения клеток тносят:

· нарушение целостности плазматических мембран,

· распад ядер,

· деструкцию митохондрий,

· повышение рН клетки с развитием внутриклеточного алкалоза,

· увеличение сорбционных свойств клеток (определяется радиоактивным методом — обычно используется радиоактивный технеций 99),

· накопление в клетках белков внеклеточного происхождения (выявляется гистофлюоресцентным методом),

· наличие в инкубационной среде ферментов цитозольного (лактатдегидрогеназа) и митохондриального (креатинфосфокиназа) происхождения.

2. Нарушение энергетического обмена в клетках сопровождается накоплением избытка К⁺ и лактата в инкубационной среде. Это обусловлено снижением эффективности работы ионных насосов, активацией гликолиза, уменьшением ингибирующего действия АТФ на ключевые ферменты гликолиза.

Снижение содержания гликогена свидетельствует о стимуляции гликогенолиза. Одновременно с этими процессами происходит набухание клеток вследствие их гипергидратации, вызванной аккумуляцией в клетках Na⁺, фосфата и лактата. Уменьшение мембранного потенциала связано с накоплением в клетках Na⁺ и Са²⁺.

Активность митохондриальных ферментов подавлена вследствие их прямого повреждения или альтерации мембран токсичным агентом. Эти процессы обратимы и могут прекращаться после отмывки токсичного препарата.

В дальнейшем могут происходить необратимые изменения, которые характеризуются деструкцией плазматических мембран. Это приводит к выходу из клеток ферментов и накоплению в них экстраклеточных белков.

О необратимом повреждении клеток могут свидетельствовать также накопление в них технеция, распад митохондрий и ядер, повышение внутриклеточного рН вследствие накопления избытка азотистых оснований.