Патология клетки

Атрофия гранулярной эндоплазматической сети, т. е. уменьшение ее размеров, светооптически представлена снижением или исчезновением базофилии цитоплазмы, а электронно-микроскопически - уменьшением размеров канальцев и объема сети, количества и размеров рибосом. Она отражает снижение белково-синтетической функции клетки (белковый дефицит при голодании, болезнях печени; старение).

Упрощение структуры гранулярной эндоплазматической сети клеток свидетельствует о недостаточной их дифференцировке, нередко встречается в клетках злокачественных опухолей.

Дезагрегация (диссоциация) рибосом и полисом, выражающаяся в нарушениях рибосомальномембранных взаимоотношений, «неорганизованной» ассоциации рибосом в полисомы, может быть выражением структурного упрощения эндоплазматической сети недифференцированной и опухолевой клетки. Но те же изменения наблюдаются и в дифференцированных клетках при кислородном голодании и дефиците белка в организме.

Образование аномальных рибосомально-пластинчатых комплексов является выражением субклеточной атипии и встречается при опухолях системы крови - гемобластозах (см. Опухоли системы крови).

Изменения агранулярной эндоплазматической сети

Агранулярная цитоплазматическая сеть может претерпевать ряд морфологических изменений, отражающих нарушения разнообразных функций этого органоида. Среди них главные - гиперплазия и атрофия.

Гиперплазия мембран эндоплазматической сети с расширением ее канальцев и систем может отражать различные по интенсивности и разные по своей сути процессы. Во-первых, это усиление метаболической активности ряда веществ (белков, липидов, лекарственных средств). Во-вторых, это нарушенный внутриклеточный транспорт метаболизируемых продуктов, которые накапливаются в расширенных канальцах и цистернах сети, при этом пластинчатый комплекс редуцирован. В-третьих, это дефицит ферментов (ферментопатия), ведущий к недостаточности специфических функций этого органоида. При нарушении внутриклеточного транспорта метаболизируемых продуктов и ферментопатии в расширенных цистернах эндоплазматической сети накапливаются белки и вода (гидропическая дистрофия) или липиды и липопротеиды (жировая дистрофия).

Атрофия, а в дальнейшем и редукция гладкой эндоплазматической сети возникают при остром или хроническом воздействии на клетку различных ядов и токсических веществ, а также при белковом голодании.

Эндоплазматическая сеть и система оксигеназ со смешанной функцией

Ряд чужеродных веществ, подвергающихся метаболизму в эндоплазматической сети, способен взаимодействовать с макромолекулами клетки, что ведет к ее повреждению. Катализаторами таких метаболических процессов в эндоплазматической сети является группа родственных NADH- и О2-зависимых ферментов. Это - монооксигеназы (гидроксилазы) или оксигеназы со смешанной функцией (ОСФ); терминальной оксигеназой этой системы является цитохром - Р-450. Система ОСФ, связанная с цитохромом Р-450, найдена в эндоплазматической сети клеток многих органов (печень, легкие, кишечник, кора надпочечников, семенники, кожа). Эта система может, помимо гидроксилирования стероидов, утилизировать многие липофильные эндогенные (жирные кислоты) и экзогенные (лекарственные препараты, органические растворители, карциногены) вещества. Метаболизм чужеродных липофильных веществ требует сложного взаимодействия ряда ферментативных процессов, в которых система ОСФ - цитохром Р-450 занимает центральное место. Такой метаболизм не всегда ведет к инактивации метаболических веществ. Возможно образование реакционноспособных оксигенированных продуктов, которые могут взаимодействовать с нуклеиновыми кислотами и белками клетки, что ведет к ее повреждению. Основной механизм такого повреждения - это генерация супероксидных радикалов О2 и перекиси водорода, индуцирующих переокисление липидов.

Пластинчатый комплекс (комплекс Гольджи), секреторные гранулы и вакуоли

Синтетическая деятельность пластинчатого комплекса, тесно связанная с эндоплазматической сетью, завершается образованием секреторных гранул и вакуолей. Поэтому морфология нарушенной деятельности пластинчатого комплекса отражает и нарушения секреции, т. е. нарушения продукции клеточных включений - гранул и вакуолей. Можно говорить о двух основных морфологических проявлениях нарушенной деятельности пластинчатого комплекса и секретообразования: гипертрофии и атрофии.

Гипертрофия пластинчатого комплекса, т. е. его увеличение за счет гиперплазии его мембран, увеличения количества секреторных гранул, везикул и вакуолей, является проявлением повышенного синтеза и секреции белков, гликолипидов или полисахаридов. При этом увеличивается количество секреторных гранул и везикул в цитоплазме и за пределами пластинчатого комплекса. Гипертрофия пластинчатого комплекса в таких случаях сочетается с гиперплазией эндоплазматической сети. В тех случаях, когда синтез тех или иных веществ опережает их секрецию и выведение, эти вещества избирательно накапливаются в гипертрофированном пластинчатом комплексе и могут повреждать его. Таково, например, скопление желчи в пластинчатом комплексе гепатоцитов при холестазе.

Атрофия пластинчатого комплекса, т. е. уменьшение его размеров с редукцией компонентов, потерей секреторных гранул и вакуолей, свидетельствует о снижении его функциональной активности. Одной из причин такого снижения может быть недостаточность белковых запасов организма (белковое голодание); при этом эндоплазматическая сеть также атрофична, в цитоплазме мало секреторных гранул. Другая причина снижения функциональной активности пластинчатого комплекса - это нарушение взаимодействия пластинчатого комплекса с эндоплазматической сетью, т. е. «повреждение» клеточного конвейера. В этих случаях эндоплазматическая сеть гиперплазирована, функционально активна, а цитоплазма заполнена множеством секреторных гранул и вакуолей.

Митохондрии

Митохондрии являются наиболее лабильными внутриклеточными структурами. Они первыми подвергаются изменениям при гиперфункции клетки и различных ее повреждениях. Изменения митохондрий, возникающие при многих патологических процессах и болезнях, достаточно стереотипны, хотя ряд патологических состояний и болезней имеет специфические признаки повреждения митохондрий.

Изменения структуры, размеров, формы и числа митохондрий

Среди изменений структуры митохондрий наибольшее значение придается их конденсации и набуханию, а также появлению митохондриальных включений. Конденсация и набухание митохондрий могут отражать функциональное напряжение клетки, но чаще нарастающее кислородное голодание. Эти изменения нередко обратимы, однако, прогрессируя, ведут к тяжелой деструкции митохондрий и гибели клетки. Тогда к набуханию митохондрий присоединяются уплотнение их внутреннего пространства, деформация крист и потеря митохондриальных гранул, гомогенизация матрикса и появление в нем хлопьевидного материала, очагов обызвествления; в финале возникают разрывы наружной мембраны митохондрий.

Митохондриальные включения представлены хлопьевидным электронно-плотным материалом (липидные вещества), очагами обызвествления (гидро-оксиапатитоподобные кристаллы, миелиновыми фигурами, филаментоподобными и пластинчатыми структурами, белковыми кристаллами. Включения в митохондрии, как правило, встречаются при патологических состояниях, отражая неспецифическую реакцию митохондрий на повреждение клетки.

Размеры митохондрий колеблются в широких пределах - от гигантских до резко редуцированных форм. Гигантские митохондрии, которые образуются за счет гипертрофии или слияния митохондрий, встречаются только в патологических условиях. Такие митохондрии, нередко с кристаллическими включениями, как правило, обнаруживают, например, в гепатоцитах при алкоголизме. Митохондрии, в том числе и гигантские, могут быть различной формы: сигарообразные, каплеобразные, извитые и т. д.

Число митохондрий крайне вариабельно. Увеличение числа митохондрий (т. е. гиперплазия), отражающее усиление протекающего в них окислительного фосфорилирования, характерно для клеток с активацией специализированной функции, что имеет место при гипертрофии, пролиферации и трансформации клеток, особенно после повреждения ткани. Большое число митохондрий крайне характерно для онкоцитов, в том числе и онкоцитарных опухолей.Уменьшение числа митохондрий типично для так называемых регрессивных процессов - старения клеток, их атрофии.

Изменения крист митохондрий

Изменения крист митохондрий, как и самих митохондрий, могут касаться также их структуры, размеров, формы и числа.

Структурные изменения разнообразны: пластинчатые кристы появляются при усилении активности митохондрий. Деформация и агрегация крист встре чаются при понижении этой активности. Форма крист также отражает повышенную или пониженную активность митохондрий. Размеры крист, как правило, соответствуют размерам митохондрий: гигантские кристы в гигантских митохондриях, редукция крист при редукции митохондрий. В такой же мере ичисло крист отражает активность митохондрий: увеличение числа крист митохондрий - свидетельство возрастающих функциональных потребностей клетки; уменьшение числа крист (редукция) митохондрий - свидетельство снижения этих потребностей.

Митохондриальный транспорт кальция и повреждение клетки

Одной из важных функций митохондрий является транспорт кальция. Кальций может накапливаться митохондриями в весьма значительных количествах, особенно параллельно с неорганическим фосфатом. Высвобождение кальция из митохондрий происходит двумя путями. Один из путей накопления кальция (митохондрии клеток сердца, мозга, скелетных мышц, экзокринных и эндокринных желез) стимулируется натрием и, видимо, представляет собой обмен Са2+ на Na+; другой путь (митохондрии клеток почек, печени, легких) нечувствителен к натрию, механизм его неясен.

Морфологическим подтверждением транспорта кальция митохондриями является обнаружение в митохондриальном матриксе электронно-плотных гранул диаметром 20-50 нм, которые, возможно, служат местом аккумуляции двухвалентных ионов. Увеличение размера, плотности и числа этих гранул обнаружено не только при обработке тканей высокими концентрациями Са2+, но и в интактных клетках тех тканей, которые вовлечены в активный транспорт кальция - остеокластах, остеобластах и др. Та же ситуация обнаружена и при гормонально-обусловленных гиперкальциемиях - кальцинозах. При некоторых болезнях (коронарная болезнь сердца), синдромах (хроническая почечная недостаточность) и патологических состояниях (отравления тиоацетатамидом, папаином, йодоформом и т. д.) клетки отвечают на повреждение появлением в митохондриальном матриксе многочисленных крупных плотных гранул кальция. При этом кальцификация митохондрий предшествует некрозу клетки и часто бывает обратимой.

Внутримитохондриальная кальцификация может быть связана как с избыточным притоком кальция в клетку вследствие первичного повреждения плазматической мембраны, так и с первичными нарушениями транспорта кальция митохондриями. При первичном повреждении плазматической мембраны избыточный приток кальция в клетку приводит к накоплению его в митохондриях, что «отнимает» энергию АТФ и повреждает саму систему генерации энергии - митохондрии. Первичные нарушения митохондриального транспорта кальция встречаются при заболеваниях скелетных мышц - миопатиях (болезнь Люфта, синдром Кернса-Сайра). При этих болезнях митохондрии, несмотря на высокий уровень эндогенного кальция, могут дополнительно накапливать значительные его количества. В таких случаях можно говорить о «болезнях» нарушенного митохондриального транспорта.

Лизосомы

Лизооомы не только «органы» внутриклеточного пищеварения, о чем говорит их название, но и «убийцы» клетки; они причастны как к фагоцитозу, так и аутофагии. Физиологическая и патологическая активность лизосом зависит в основном от двух факторов: состояния (стабилизации) мембран лизосом и активности их ферментов. Поэтому повреждения клетки, к которым могут быть причастны лизосомы, возникают либо при дестабилизации лизосомных мембран, позволяющей проявиться гидролазной активности ферментов, либо при лизосомной ферментопатии, ведущей к накоплению в клетке ряда исходных или промежуточных продуктов обмена.

Дестабилизация мембран лизосом и патология клетки

К дестабилизации (лабилизации) мембран лизосом могут привести воздействия различных веществ и агентов - лабилизаторов мембран лизосом(например, так называемые провоспалительные гормоны, витамины A, D, К и др.). Выраженным повреждающим мембраны лизосом действием отличаются некоторые микотоксины, различные канцерогенные вещества, фосфолипазы, активаторы и продукты перекисного окисления, двуокись кремния. Дестабилизирующе на мембраны лизосом действуют гипоксия, нарушения кислотно-основного состояния, голодание и белковая недостаточность, изменения гормонального статуса, шок, травмы, обширные оперативные вмешательства. Антагонистами лабилизаторов мембран лизосом являются ихстабилизаторы (например, так называемые противовоспалительные гормоны, хлороксин, фенерган, холестерол и др.).

В патологических условиях возникают конкурентные взаимоотношения между лабилизаторами и стабилизаторами лизосомных мембран, и, если они в пользу первых, проницаемость мембран становится достаточной для выхода гидролаз в цитоплазму и взаимодействия с субстратом, которым могут стать и субклеточные структуры. Часть клетки или вся клетка погибают. Тот же механизм дестабилизации мембран лизосом имеется при фагоцитозе, когда после контакта первичных лизосом с фагосомами образуются фаголизосомы и цитолизосомы. Подобный механизм лежит и в основе клеточной аутофагии. Как видно, патология мембран лизосом может определять и патологию фагоцитоза.

Нарушения функций лизосом и наследственные болезни

Среди наследственных болезней, связанных с нарушениями функций лизосом и называющихся лизосомными болезнями, прежде всего следует назвать наследственные лизосомные энзимопатии. Они являются следствием первичной генной мутации и проявляются либо полным блоком синтеза ферментного белка, либо синтезом белковых молекул со сниженной биокаталитической активностью. Дефект (отсутствие) одного или нескольких лизосомных ферментов ведет к накоплению в клетке веществ, которые в норме метаболизируют эти ферменты. Поэтому наследственные лизосомные энзимопатии включены в группу болезней накопления, или тезаурисмозов.Группа наследственных лизосомных энзимопатии достаточно велика. Особенно отчетливо она представлена среди гликогенозов (болезнь Помпе), ганглиозидозов (болезни Тея-Сакса, Сандхофа, ювенильный ганглиозидоз), гепатозов (болезнь Дабина-Джонсона), ожирения (недостаточность липаз адипозоцитов).

Другую группу наследственных болезней, обусловленных нарушением функции лизосом, можно связать с нарушением мембранных взаимодействий органелл клетки, что приводит к образованию гигантских органелл, в том числе гигантских лизосом. Эта группа невелика: синдром Чедиака-Хигаси, так называемая циклическая нейтропения.

Лизосомы и липопигменты

Содержимое телолизосом представлено липопигментами, т. е. продуктами, которые энзимы лизосом расщепляют с трудом или вообще не расщепляют. После растворения лизосомальной мембраны они долгое время находятся в цитоплазме, лишь изредка покидают клетки.

Липопигментами обозначают группу цитоплазматических гранул и включений от желтого до темно-коричневого цвета, содержащих белки и труднорастворимые липиды. Их цвет обусловлен продуктами окисления и полимеризации ненасыщенных жирных кислот. Лизосомное происхождение липопигментов подтверждено биохимически, гистохимически и электронно-микроскопически. Липопигменты делят на липофусцин, встречающийся в паренхиматозных и нервных клетках, и цероид, образующийся в макрофагах (см. Дистрофия).