Альтерация клетки — основа патофизиологии

Патофизиология альтерации клетки

Привет! Сегодня речь пойдёт о патологической физиологии. Это основной предмет третьего курса медицинских университетов. Вероятно, это основной предмет всей учёбы вообще.

Патологическая физиология изучает механизмы, по которым развиваются заболевания. Зная этот предмет, вы сможете ориентироваться во всех распространённых заболеваниях. Заболевание станет для вас открытой книгой — вы сможете предсказать ход его развития, предупредить осложнения или вовсе предотвратить.

Однажды, будучи на втором курсе, мне довелось побеседовать с молодым ординатором — неврологом. Он рассказал, что самый главный предмет всей учёбы — это, безусловно, патфиз. По словам ординатора, он очень усердно учил патофизиологию на третьем курсе, а на последующих курсах тратил намного меньше усилий на все прочие предметы, ведь с мощной патофизиологической базой можно очень быстро понимать и представлять любой патологический процесс.

Мы сегодня рассмотрим самую главную тему во всей патологической физиологии, а именно альтерацию клетки. В конечном счёте, любой патологический процесс, будь то воспаление, дистрофия или опухоль, приводит к альтерации клетки.

Что такое альтерация?

Альтерация клетки — это повреждение клетки.  «Альтерация» и «повреждение» — это слова-синонимы. Необходимо понимать, что существует обратимый и необратимый типы альтерации. Обратимая альтерация ведёт к ограниченному по времени изменению или утрате функций клетки. Необратимая (её ещё называют «грубая») альтерация, в большинстве случаев, убивает клетку.

Например, наш любимый гепатоцит — клетка печени. Обратимая альтерация гепатоцита приведёт к тому, что он на какое-то время не сможет обезвреживать токсины, создавать белки плазмы крови или выполнять другие функции. Необратимая альтерация приведёт к гибели гепатоцита.

Альтерация отдельных органелл.

Как правило, не принято говорить «альтерация клетки». Это всё равно, что сказать про пациента с прободение язвы желудка «у него что-то не так с туловищем». Всегда имеет место альтерация какой-то одной органеллы, вслед за которой, друг за другом, повреждаются другие органеллы.

Давайте рассмотрим, что происходит с каждой отдельной органеллой клетки, если она подвергается альтерации.

Альтерация клеточной мембраны.

Для того, чтобы расписать все возможные последствия альтерации клеточной мембраны, давайте вспомним, как она функционирует в здоровой, неповреждённой клетке. Мы будем разбирать каждую функцию мембраны и рядом, кратко, опишем её нарушение при альтерации. Поехали!

  • Структурная/защитная функция.

Наверное, это первое что приходит в голову. Мембрана — это жесткий каркас, который отграничивает клетку от окружающей среды.  Если её целостность нарушается грубо, то клетка неминуемо погибнет и всё её содержимое выльется в окружающую среду. Кстати,  наши с вами любимые гепатоциты содержат в себе особые ферменты (АсАт, АлАт, ЛДГ-5 и другие), которые при разрушении самих гепатоцитов вытекают непосредственно в кровь и могут быть там обнаружены.

  • Транспортная функция (+важная вещь).

Если мембрана альтерируется умеренно, то, прежде всего, пострадает её транспортная функция. Ошибочно думать, что мембрана выглядит как пара прямых параллельных линий. Она вся «истыкана» разнообразными каналами, через которые входят и выходят ферменты, гормоны, ионы и катионы и многое другое. Вот на этом схематичном рисунке вы можете увидеть эти каналы, они нарисованы зелёным цветом:

Каналы мембраны клетки патфиз

Альтерация приводит к избыточному или недостаточному метаболизму в клетке и запускает новые повреждения других органелл.

Важный момент — если из-за альтерации мембраны в клетке открываются дополнительные каналы для ионов  кальция, они активируют мембранные ферменты — фосфолипазы. И это очень мощный защитный механизм. Его стоит запомнить уже сейчас, вам тогда будет проще на теме «воспаление». Фосфолипазы расщепляют фосфолипиды, от которых отсоединяется арахидоновая кислота.

Окисление арахидоновой кислоты может проходить по двум путям: циклооксигеназному (с образованием тромбоксанов и простогландинов) и по липооксигеназному (с образованием лейкотриенов). Тромбоксаны усиливают склеивание тромбоцитов и вызывают артериальный спазм, простагландины участвуют в повышении температуры и помогают гистамину, а лейкотриены зовут на помощь армии макрофагов в очаг повреждения.

Я решил прикрепить свою старую схему, вдруг она поможет кому-то запомнить этот материал.

Цикл арахидоновой кислоты

Давайте посмотрим на эту схему и попробуем понять, что на ней происходит. Я изобразил альтерирующий фактор в виде монстрика (это может быть бактерия, например), которая выгрызает кусок клеточной мембраны. Далее, как вы видите, в клетку поступает кальций, причём в избыточном количестве. От него идёт стрелочка к фосфолипазе — это фермент, который чутко реагирует на количество кальция и сразу же активируется. Фосфолипаза бежит к повреждённой мембране и заставляет арахидоновую кислоту отделяться от мембраны (сам процесс немного сложнее, это называется «перекисное окисление липидов»). После этого арахидоновая кислота сама начинает окисляться, причём по двум путям — липооксигеназному и циклооксигеназному.

Липооксигеназный путь приведёт к образованию лейкотриенов, которые позовут в очаг воспаления лейкоциты. Кстати, я именно поэтому и выделяю везде буквы «Л», чтобы вы запомнили — Липооксигеназный путь даёт нам Лейкотриены. Циклооксигеназный путь даёт тромбоксаны, которые помогут ограничить очаг воспаления от всех остальных тканей.

Таким образом, если мембрана клетки повреждена обратимо, сразу же запускается мощный защитный механизм, благодаря которому на месте ЧП сразу же организовывается воспаление, туда прибывают макрофаги и лимфоциты.

  • Антигенная функция.

Как вы знаете, мембрана каждой клетки покрыта большим количеством антигенов, по которым проплывающие мимо неё NK- и T-лимфоциты опознают клетку и понимают, что с ней всё в порядке, и что её не нужно атаковать. Это как областной футбольный турнир в крупном городе — куча спортсменов, тренеров и персонала. Но у каждой команды есть своя форма, по которой и на поле, и вне его любой участник турнира сразу же опознаёт своих издалека.

Патофизиология и альтерация клетки

У живых клеток примерно также — у гепатоцитов, миоцитов, клеток эпителия и прочих есть отличительные знаки, по которым иммунитет распознаёт своих. Так вот, в результате умеренной альтерации эта антигенная структура, которая строго индивидуальна для каждого организма, может быть нарушена.

В результате может получится следующее: иммунитет, не увидев опознавательные знаки на клетках органа, обрушит всю свою мощь на клетки, которые и так уже повреждены. В результате мы получим аутоимунное заболевание, то есть заболевание, которое возникло из-за атаки собственного иммунитета.

  • Рецепторная функция.

Здоровая клетка отзывается на огромное количество сигналов от других клеток. Например, гипофиз выделяет тиреотропный гормон (ТТГ), который является сигналом для щитовидной железы, что ей надо бы побольше вырабатывать уже свои гормоны. Здесь в качестве сигнала выступает ТТГ. Сигнал также может иметь форму нервного импульса или какого-то биологически активного вещества.

Давайте рассмотрим, что происходит при инсулиннезависимом диабете. Вы помните, что несколько абзацев назад мы говорили, что мембрана клетки усеяна разнообразными каналами, по которым вещества входят и выходят в клетку. Представьте, что один из каналов — это дверь, по которому в клетку заходит глюкоза, жизненно важный углевод.

Инсулин — гормон поджелудочной железы — это некий «привратник», который открывает и закрывает дверь. У здорового человека к клетке «подплывает» глюкоза, инсулин открывает «дверь» — то есть канал в мембране, глюкоза свободно заходит в клетку. У заболевшего инсулиннезависимым диабетом глюкоза подошла к клетке, инсулин пытается открыть дверь, а дверь заклинило. Не открывается. Канал, через который глюкоза должна проникнуть в клетку, повредился, и теперь не отзывается на усилия инсулина.

Глюкоза в клетку не пошла, клетка начинает испытывать энергетический дефицит. Наглядный пример, чтобы показать выпадение рецепторной функции.

Альтерация митохондрий.

Митохонондрии — это маленькие органеллы, которые выполняют важнейшую функцию. Именно в них питательные вещества преобразовываются в энергию. Это превращение происходит в ходе цикла Кребса, а также в дыхательной цепи переноса электронов. Про цикл Кребса я писал очень подробно и (надеюсь) доступно здесь, а вот дыхательной цепи ещё не касался.

Важно знать, что у митохондрии имеется две мембраны — наружная, как у всех органелл, и внутренняя. Такая матрёшка в матрёшке.

Дыхательная цепь переноса электронов — это каскад из реакций, в ходе который НАД и ФАД, зацепившие электроны и протоны из цикла Кребса, проходят через внутренние мембраны митохондрий, вследствие чего образуется АТФ. АТФ является универсальным носителем энергии в нашем организме. Последний получатель электронов и протонов в дыхательной цепи — кислород. Когда он получает эти частицы, они удаляются из клетки в виде воды (то есть кислород соединился с водородом) и углекислого газа (с углеродом).

Допустим, митохондрия подверглась альтерации. Стандартной реакцией митохондрии на альтерацию является набухание. Митохондрия раздувается как губка от воды. Так вот, если митохондрия альтерируется и раздувается, происходит следующее:

  1. Нарушается и функционирование дыхательной цепи переноса электронов, и образование АТФ. Основная часть энергии, вместо того чтобы отложиться в виде АТФ, сразу же рассеется в виде тепла. Это называется разобщение дыхания и фосфорилирования.
  2. Как нетрудно догадаться, это приведёт к дефициту энергии в клетке. Более того, недостаток АТФ спровоцирует запуск окисления глюкозы по бескислородному пути. Напомню, в таком случае получится лактат, то есть молочная кислота. Она обильно закислит всю среду клетки. На закисление среды сразу же отреагируют цитоплазма и лизосомы.

Альтерация цитоплазмы.

Как вы знаете, цитоплазма — это жидкая среда внутри клетки, в которой плавают органеллы. В ней поддерживается оптимальная температура и оптимальный ph (кислотность). Именно при необходимой температуре и необходимой кислотности в клетке синтезируется белок, уничтожаются отходы и вообще клетка живёт своей полноценной жизнью.

Если в результате альтерации изменяется, например, ph и цитоплазма закисляется, мы увидим денатурацию белка, который, несомненно, в цитоплазме есть.

Денатурация — это потеря природной, естественной структуры белка. Я надеюсь, вы помните это из биохимии. Если нет — представьте себе сырое яйцо.

Оно в естественном состоянии. Мы его выливаем на горячую сковороду — оно становится яичницей.

Белок денатурировался, потерял свою естественную структуру — вместо жидкого и растворимого он стал твёрдым и нерастворимым.

Так вот, с белками цитоплазмы происходит примерно то же самое — они денатурируются, в них образуются твёрдые гранулы. Когда в цитоплазме плавают твёрдые гранулы, которые образовались из денатурированных белков, это называется зернистая дистрофия. Вы ещё будете изучать это состояние на патологической анатомии.

Альтерация лизосом.

Лизосомы, напомню — это небольшие мешочки клетки, в которых содержатся ферменты. Эти ферменты очень агрессивны, они буквально расплавляют и растворяют разнообразную органику, в основном, белки. Они же осуществляют «пищеварение» внутри клетки, расщепляя сложные вещества до более простых, которые можно усвоить и переработать. Очень развиты лизосомы у нейтрофилов ( это зернистые лейкоциты), их лизосомальные ферменты убивают и расщепляют всё чужеродное.

Важный момент — ферменты активируются в кислой среде. То есть среда внутри лизосомы очень-очень кислая.

Теперь давайте представим, что в цитоплазме клетки произошли изменения, она альтерировалась и, скажем, закислилась. Помимо образования гранул, о которых я писал выше, случится вот что. Мембраны лизосом станут более проницаемыми, и ферменты, которые должны находиться внутри лизосомы, выйдут в клетку. Если среда клетки будет достаточно кислая к этому моменту, то ферменты начнут действовать и растворять все остальные органеллы. Если закисленность среды будет недостаточная, то мы увидим отсутствие внутриклеточного «пищеварения», а также большое количество разнообразных отходов, которые должны были быть переработаны лизосомами.

Альтерация ядра.

Ядро, как вы знаете, отвечает за хранение наследственной информации. В ядре происходит репликация (удвоение) ДНК, также в нём реализуется генетическая программа путём транскрипции и трансляции.

Слабая альтерация ядра приводит к тому, что ядро начинает усиленно синтезировать различные виды РНК и в целом усиливать митотическую активность (то есть способность делится) клетки.

Грубая альтерация ядра неизбежно приведёт к мутациям. И это, увы, не подарит способность стрелять красными лучами из глаз или летать на паутине по улицам Нью-Йорка. Мутация — это стойкое, не запрограммированное  изменение в геноме. Если мутация произошла в соматической клетке (то есть в не половой), это может привести к опухолевым заболеваниям — доброкачественным или злокачественным. Если мутация произошла в половой клетке, мутационные изменения коснуться потомков.

Говоря об альтерации ядра, необходимо рассмотреть все типы мутаций, которые могут из-за этого произойти:

  1. Геномные. Здесь речь идёт об изменениях количества хромосом. Классический пример — синдром Дауна. У людей с такой наследственной патологией имеется одна лишняя хромосома — вместо 46, как у здоровых, у людей с синдромом Дауна 47 хромосом.
  2. Хромосомные. Здесь идёт речь про нарушение целостности какой-либо отдельной хромосомы. Например, хромосома теряет участок (делеция), либо этот участок разворачивается на 180 градусов (инверсия), либо этот участок отрывается от одной хромосомы и присоединяется к другой (транслокация).Очень запоминающийся пример — Филадельфийская хромосома. Это феномен, при котором головка 22-й хромосомы «переползает» на 9-ю хромосому. Филадельфийская хромосома является опасным признаком — на её фоне часто возникают хронические миелоидные лейкозы, а также лимфобластные лейкозы (злокачественные опухолевые болезни кроветворной системы).
  3. Генные. Самый тонкий уровень возникновения мутации. Здесь имеется замена азотистого основания в структуре ДНК — пуринового на пуриновое или пиримидинового на пиримидиновое в одном случае и пуринового на пиримидиновое в другом случае.

Здесь вы можете наглядно увидеть повреждение хромосомы — делецию, то есть потеря целого участка и последующее укорочение. Слева хромосома в норме, справа — уже с потерянным участком. Синим подсвечен тот самый участок, который будет утрачен.

Мы с вами рассмотрели альтерацию основных органелл клетки. Помните, что эта статья не может заменить вам вашего учебника и лекций вашего преподавателя. Я даю очень упрощённый вариант темы, сознательно опуская множество важных деталей. Моя основная задача — дать примерное представление о теме. Это некий каркас. Когда вы его усвоите, вам не составит труда сориентироваться в сложном учебнике или в запутанной лекции.

Также эта статья будет полезной тем, кто учится на втором или даже на первом курсе, но при этом хочет постичь базу патофизиологии, чтобы потом удивлять однокурсников и преподавателей своими знаниями в новом предмете.

P.S. — Я постоянно работаю над моим сайтом и стараюсь сделать статьи такими, чтобы их мог понять любой человек, даже не медик. Одна их моих идей — сделать мини-словарик по сложным терминам из текста, который будет располагаться в конце каждой статьи. Как думаете, это будет полезно для читателей?

Альтерация клетки — основа патофизиологии: 2 комментария

  1. Иван

    Конечно, словарик точно лишним не будет, с первого раза сложно запомнить новые термины, все равно придется искать их определения по тексту или вообще гуглить, что займет время!

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *