Морфофункциональные особенности основных видов патологии клеточных органелл

В клетке человека и животных выделяют следующие ультраструктуры (рис.1):

Рис. 1. Строение клетки

Ядро (оболочка с ядерными порами, кариоплазма, ядрышки и перинуклеарное пространство).

Цитоплазма: гиалоплазма с различными органеллами и включениями:

Органеллы мембранного происхождения: цитоплазматическая мембрана; митохондрии; аппарат Гольджи; эндоплазматический ретикулум (гладкий, гранулярный); лизосомы.

Органеллы немембранного происхождения: свободные рибосомы и полисомы; центросома (центриоль); микротрубочки, макрофиламенты; специализированные структуры (нейрофибриллы, миофибриллы, тонофибриллы, фибриллы промежуточных типов, микроворсинки, реснички, жгутики).

Включения: трофические, секреторные вакуоли, пинозитозные пузырьки.

Нормальное функционирование клетки зависит от:

1. Состояния окружающей клетку среды (гомеостаза);

2. Своевременности и достаточности поступления в клетку питательных веществ (кислорода, глюкозы, аминокислот);

3. Уровня содержания продуктов метаболизма, особенно, CO₂.

 

ПОВРЕЖДЕНИЯ ЦИТОПЛАЗМАТИЧЕСКОЙ МЕМБРАНЫ

 

На рис. 2 представлено нормальное строение цитоплазматической мембраны.

Рис. 2. Строение клеточной мембраны

 

 

Повреждения цитоплазматической мембраны:

§ Образование свободных радикалов, содержащих активированный кислород, с последующей реакцией между ними и липидами мембраны клетки (перекисное окисление липидов(табл.1)).

Таблица 1

Факторы вызывающие повреждения клетки

 

Образование свободных радикалов	Свободные радикалы	Действие свободных радикалов	Клеточные антиоксидантные системы
ионизирующее излучение; химические окислители; канцерогены; оксигенотерапия; острое воспаление; ксантиноксидаза; химические яды	супероксид (О2^–); гидроксил (ОН^–); пергидроксил (ОН2^–); перекись водорода (Н2О2); CCl3^– радикал	перекисное окисление липидов клеточной поверхности и митохондриальной мембраны; инактивация тиоловых ферментов; разрыв нитей ДНК	глутатионпероксидаза; каталаза; пероксиддисмутаза; витамин Е (альфа–токоферол); витамин С

 

§ Активация системы комплемента. Комплемент – это система плазматических белков (C1 – C9), которые существуют в неактивной форме и составляют приблизительно 10% глобулинов крови. При активации его конечные продукты могут ферментативно повреждать цитомембрану.

§ Лизис ферментами. Например, панкреатические липазы (в избытке выделяются при остром панкреатите) и ферменты, вырабатываемые Clostridium perfringens (один из возбудителей газовой гангрены) вызывают обширный некроз цитомембран.

§ Лизис вирусами осуществляется как путем прямой вставки цитопатических вирусов в мембрану клетки, так и косвенно, через иммунный ответ на вирусные антигены, расположенные на поверхности инфицированных клеток.

§ Действие физических и химических факторов (высокая и низкая температура, химические вещества и др.)

 

Виды повреждений цитоплазматической мембраны

 

Повреждение формы мембран. Морфологически проявляется в виде деформации или атрофии специализированных структур, появлением щелей или разрывов.

Изменения проницаемости мембран. Тяжелые металлы резко увеличивают проницаемость мембраны для ионов, что приводит к быстрому набуханию клеток, распаду их цитоскелета. Увеличение поверхности клеточной мембраны за счет мембран микропиноцитозных пузырьков. Увеличение объема клетки сопровождается появлением щелей и разрывов в мембране. Если разрывы не увеличиваются, то щели закрываются и исчезают. Утолщение клеточной мембраны может быть связано со снижением количества Са²⁺ во внеклеточной жидкости, при этом изменяется проницаемость мембраны для Na⁺ и K⁺ и в клетке накапливается жидкость.

Изменения коммуникации клеток и их "узнавания". Поверхностные антигены могут изменяться. Изменения клеточного "общения" и "узнавания" встречаются при воспалении, регенерации, опухолевый росте.

Избыточное увеличение нормальных структур. Проявляется в виде увеличения количества, протяженности и площади мембранных структур. Захват клеткой различных чужеродных субстанций может осуществляться при помощи двух механизмов: пиноцитоза и фагоцитоза.

Пиноцитоз (рinein от лат. – пить) – инвагинация (впячивание) наружной клеточной мембраны с захватом инородной жидкой субстанции → смыкание мембраны → отшнуровка → образованием пиноцитозного пузырька.

Фагоцитоз (phagein от лат. – поедать) представляет собой процесс захватывания → втягивания плотной частицы путем эвагинации (выпячивания) клеточной мембраны → формирования фагоцитозного пузырька.

Судьба фаго- и пиноцитозных пузырьков: сливаясь с первичными лизосомами они формируют вторичные лизосомамы. Во вторичных лизосомах осуществляется процесс переваривания захваченных частиц с образованием остаточных телец, которые затем выталкиваются из клетки наружу путем экзоцитоза.

 

ПОВРЕЖДЕНИЯ МИТОХОНДРИЙ

Митохондрии – это индикаторы функционального состояния клеток, “энергетические станции”, производимая ими энергия конвертируема и накапливается внутри молекул АТФ в виде богатых энергией фосфатных соединений.

Виды повреждений митохондрий

§ Увеличение числа и размеров митохондрий в результате гипертрофии, воспаления, опухоли.

§ Мегамитохондрии – характеризуется большими размерами (рис.3).

§ Изменение формы митохондрий – в результате их набухания при голодании, гипоксии, интоксикациях, лихорадке, мышечных заболеваниях, назначении тироксина и т.д.

§ Изменения структуры крист митохондрий:

ü деформация крист, уменьшение их числа (при пониженной активности митохондрий);

ü увеличение числа крист митохондрий (при увеличении функциональных потребностей клетки).

Рис. 3. Виды повреждений митохондрий. A – нормальная митохондрия; Б – дегрануляция митохондриального матрикса; В – сжатие и уплотнение митохондриального матрикса; Г – увеличение объема, фрагментация крист и разрыв наружной мембраны; Д – конденсация разрушенного материала; Е – образование трубочек; Ж и З – накопление пластинчатых крист, контактирующих с внутренней мембраной; И – кальцификация митохондрий; К – начало деления митохондрий: разделение перегородкой на две части; Л – полное деление митохондрий; М – паракристаллические включения; Н – мегамитохондрия (двойной стрелкой показаны обратимые изменения).

ПОВРЕЖДЕНИЯ ЭНДОПЛАЗМАТИЧЕСКОГО РЕТИКУЛУМА

Гиперплазия ЭПР сопровождается образованием концентрических структур.

Атрофия ЭПР сопровождается снижением белково-синтетической функции клетки (при голодании, болезнях печени, старении).

 

ПОВРЕЖДЕНИЯ АППАРАТА ГОЛЬДЖИ

Морфологические проявления нарушений секреторной функции выражаются в виде гиперплазии, или в виде атрофии, что сопровождается редукцией вакуолей и потерей секреторных гранул.

 

ПОВРЕЖДЕНИЯ ЛИЗОСОМ

Лизосомы – структуры небольших размеров, которые имеют вид полиморфных гранул или везикул, окруженных липопротеидной мембраной. Это первичныелизосомы (рис.4 ), которые являются производными эндоплазматического ретикулума и аппарата Гольджи. Они способны разрушать протеины, липиды, полисахариды и нуклеиновые кислоты при помощи более 80 лизосомальных ферментов типа гидролаз.

 

 

Рис. 4. Формирования первичных и вторичных лизосом

 

Первичные лизосомы объединяются с другими вакуолями, выбрасывая свое содержимое в них, и образуют таким образом вторичные лизосомы: пинолизосомы, фаголизосомы и аутофаголизосомы (цитолизомы). Если процесс переваривания полностью не осуществляется, в них образуются остаточные тельца или телолизосомы.

Гетерофагия – захват материала извне с помощью эндоцитоза. Характерна для нейтрофилов и макрофагов. Путем гетерофагоцитоза происходит поглощение бактерий нейтрофилами и удаление апоптозных телец макрофагами.

Эндоцитоз. Поглощение мелких макромолекул – фагоцитоз, поглощение растворимых мелких макромолекул – пиноцитоз.

Аутофагия – с пособность лизосом захватывать и разрушать собственные структуры клетки.