 |
Митохондрии - главная мишень при гипоксическом повреждении клеток.
|
|
|
|
Митохондрии - главная мишень при гипоксическом повреждении клеток.
Пребывание клеток в состоянии аноксии в течение 30-90 мин (для разных тканей) приводит к их повреждению. О повреждении митохондрий при длительной гипоксии в ткани свидетельствует снижение дыхательного контроля и их кальцийаккумулирующей способности (емкости)
Как известно, фосфолипазы присутствуют практически во всех мембранных структурах клетки, включая митохондрии, лизосомы, плазматическую мембрану. Фосфолипазы катализируют гидролиз фосфолипидов, входящих в состав клеточных мембран.
· Фосфолипазы А2 являются Ca2+- и кальмодулинзависимыми ферментами и, следовательно, чувствительными к повышению концентрации кальция в цитоплазме.
· В мембранах фосфолипазы обычно находятся в малоактивном состоянии, поскольку активируются ионами кальция и ингибируются ионами магния, в то время как в цитоплазме поддерживается низкая концентрация кальция (10-7М и менее) и содержится относительно много ионов магния (около 10-3М).
Умеренная активация фосфолипазы А2 - также нормальное физиологическое явление, поскольку служит первым звеном в цепи образования физиологически активных производных арахидоновой кислоты.
· Однако чрезмерное увеличение концентрации ионов кальция в цитоплазме и активация фосфолипазы приводят к усилению разрушения фосфолипидов мембран, потере мембранами их барьерных свойств и нарушению функционирования клеточных органелл и клетки в целом.
Повышение содержания кальция в цитоплазме, активацию фосфолипазы, ускорение оборота фосфолипидов с последующей гибелью клеток наблюдали в культуре кардиомиоцитов и гепатоцитов, инкубируемых в условиях аноксии. Аналогичные изменения гепатоцитов регистрировали при токсическом поражении печени четыреххлористым углеродом.
|
|
|
· Установлено, что хлорпромазин, угнетающий активацию фосфолипазы А2 комплексом Са2+-кальмодулин, защищает клетки от повреждающего действия гипоксии и цитотоксикантов, нарушающих внутриклеточный гомеостаз кальция.
В опытах с изолированными митохондриями было показано, что при инкубации этих органелл происходит их быстрое повреждение (за 15-20 мин при 37 °С), если в окружающей их среде нет кислорода и присутствуют ионы кальция в концентрациях, близких к 10-5 М, т. е. соизмеримых с концентрацией этих ионов в цитоплазме клеток в условии гипоксии.
Последовательность нарушений в клетке при гипоксии
В аэробных условиях ионов кальция вокруг митохондрий мало (10-6-10-7 М) и фосфолипаза А2 умеренно активна.
· При отсутствии кислорода исчезает электрический потенциал на мембране митохондрий, который удерживает ионы кальция в матриксе, и кальций выходит в цитоплазму.
· Связываясь с активным центром фосфолипазы А2 на наружной стороне внутренней мембраны митохондрий, ионы кальция активируют фермент.
· Гидролиз фосфолипидов приводит к потере мембраной ее барьерных свойств, и митохондрии теряют способность как к окислительному фосфорилированию, так и к закачиванию кальция в матрикс.
Последовательность изменений в клетке в результате прекращения доступа кислорода (аноксии) одинакова для самых различных тканей. Это показали опыты со срезами тканей, изолированными клетками и изолированными клеточными органеллами, в частности митохондриями.
В клетках печени, находящихся в условиях аноксии при комнатной температуре, последовательность событий такова:
· 0-5 мин: снижение уровня АТФ в клетке в 2-4 раза, несмотря на активацию гликолиза;
· 5-15 мин: повышение концентрации Са2+ в цитоплазме клетки. Активация гидролитических ферментов, в том числе фосфолипазы А2 митохондрий. Содержание Са2+ в митохондриях повышается, так как они еще не повреждены;
|
|
|
· 15-30 мин: гидролиз митохондриальных фосфолипидов фосфолипазой А2 и нарушение барьерных свойств митохондриальной мембраны. Реоксигенация ткани на этой стадии приводит к активному набуханию митохондрий. Дыхательный контроль в митохондриях
· нарушен, окислительное фосфорилирование разобщено, способность митохондрий накапливать ионы кальция снижена;
· 30-60 мин: частичное восстановление функций митохондрий, временное повышение дыхательного контроля, способности накапливать кальций.
· 60-90 мин: необратимое повреждение митохондрий и полная гибель клеток.
При температуре тела человека все эти процессы протекают в 2-3 раза быстрее.
В разных тканях они протекают с разной скоростью: быстрее всего в мозгу, медленнее - в печени, еще медленнее - в мышцах.
7. «ПОРОЧНЫЙ КРУГ» КЛЕТОЧНОЙ ПАТОЛОГИИ
Увеличение внутриклеточного содержания кальция и нарушение биоэнергетических функций митохондрий являются общими признаками для клеток, поврежденных в результате действия самых различных неблагоприятных факторов. Эти два события – не простое следствие других изменений в поврежденных клетках: они лежат в основе нарушения функций поврежденных клеток и могут рассматриваться как главные звенья в цепи событий, приводящих к развитию неспецифической реакции клеток на повреждение.
Взаимоотношения между первичным повреждением клеточных структур, процессами биоэнергетики и содержанием кальция в цитоплазме представлены в виде схемы на рис. 3-12.
Согласно схеме,
· первичными мишенями действия служат мембранные структуры клетки, в которых могут подвергаться разрушению липидный бислой, рецепторы, белковые переносчики ионов и молекул, ионные каналы, а также встроенные в мембраны ферменты, включая ионные насосы.
· Увеличение проницаемости мембран и подавление работы ионных насосов приводят к увеличению концентрации натрия и кальция в цитоплазме.
· Последнее сопровождается дисбалансом внутриклеточных сигнальных систем и
· активацией ряда ферментов, включая некоторые протеазы, фосфатазы, эндонуклеазы и фосфолипазу
· Гидролиз мембранных фосфолипидов фосфолипазой приводит к дальнейшему нарушению барьерных свойств липидного бислоя
· Это вызывает еще более выраженное увеличение уровня кальция в цитоплазме, набухание митохондрий и их повреждение.
«Порочный круг» замыкается, и клетка может погибнуть.
|
|
|
