Плазматическая мембрана

Плазматической мембране свойственны различные функции, из которых основные — информационная, транспортно-обменная, защитная и контактная. Информационная функция обеспечивается рецепторами мембраны, транспорт­но-обменная и защитная — самой мембраной, контактная — клеточными стыками.

Клеточная рецепция и патология клетки

Плазмолемма (ее гликокаликс) содержит сложные структуры — рецепто­ры, воспринимающие различные раздражения («сигналы») внешней среды. Они специализированы для восприятия «сигналов» гормонов, многих биологи­чески активных веществ, антигенов, иммуноглобулинов и их фрагментов, компо­нентов комплемента и т. д. Рецепторы представлены обычно гликопротеидами, они способны свободно перемещаться как по поверхности клеточной мембраны, так и внутри ее — так называемая латеральная диффузия рецепторов. Поэтому рецепторы можно рассматривать как своеобразные многокомпонентные мем­бранные комплексы.

Механизм реализации рецепторного сигнала довольно универсален, так как рецепторы связаны с аденилатциклазой. Эта связь представлена трехком-понентной системой [Авцын А. П., Шахламов В. А., 1979]: рецептор на внешней поверхности мембраны, трансдуктор (фосфолипиды) и катализатор на внутрен-

42

ней поверхности мембраны (аденилатциклаза). Аденилатциклаза катализирует внутриклеточное превращение АТФ в АМФ, который в отношении стимуляции клеточных ферментов универсален. Считают, что изменения в любом компо­ненте рецептора (надмембранном, внутримембранном или подмембранном) должны привести к молекулярным изменениям клеток. Таким образом, основное значение в нарушении рецепторной информации придается разобщению звеньев рецепторного комплекса.

Ряд болезней связан с отсутствием или блокадой рецепторов клетки. Так, отсутствие апо- и В, Е-рецепторов у паренхиматозных и мезенхимальных клеток ведет к развитию гомозиготной гиперлипопротеинемии Па типа, известной также как семейная эссенциальная гиперхолестеринемия. Пересадка печени с сохранными апо-В, Е-рецепторами при гомозиготной гиперлипопротеинемии снижает уровень холестерина крови до нормы, ведет к исчезновению проявлений атеросклероза и коронарной болезни. С врожденным дефектом рецепторов к Fc-фрагментам иммуноглобулинов у мезангиоцитов связывают идиопатиче-скую мембранозную нефропатию.

Блокаду рецепторов клетки нередко вызывают аутоантитела. Возникает одна из разновидностей цитотоксических реакций (реакции инактивации и ней­трализации), проявляющаяся антительными болезнями рецепторов. Среди них миастения, в развитии которой участвуют антитела к ацетилхолиновым рецеп­торам нервно-мышечной пластинки, а также инсулинрезистентный сахарный диабет, при котором антитела против клеточных рецепторов к инсулину блоки­руют эти рецепторы и не позволяют клетке отвечать на инсулиновый сигнал.

Нарушение проницаемости плазматической мембраны и состояние клетки

Существует два принципиально различных механизма проникновения взве­шенных частиц в клетку через плазмолемму: микропиноцитоз (образование микропиноцитозных везикул) и диффузия. При воздействии на клетку факторов, нарушающих проницаемость плазмолеммы, может преобладать один из этих механизмов.

Изменения плазмолеммы при нарушении ее проницаемости. Характерными ультраструктурными проявлениями нарушенной проницаемости плазматической мембраны являются [Авцын А. П., Шахламов В. А., 1979]: усиленное везикуло-образование; увеличение поверхности плазмолеммы за счет мембран микропино­цитозных везикул; образование цитоплазматических отростков и инвагинаций плазмолеммы; микроклазматоз и клазматоз; утолщение плазмолеммы; обра­зование «крупных» микропор; «бреши» в плазмолемме; «штопка» локально разрушенной плазмолеммы; образование миелиноподобных структур.

Усиленное везикулообразование (усиленный эндоцитоз), как правило, отра­жает повышение проницаемости цитолеммы и приводит к дефициту ее поверхно­сти («минус-мембрана»).

Увеличение поверхности плазмолеммы за счет мембран микропиноцитозных пузырьков является признаком резкого набухания клетки. Общая площадь плазмолеммы, испытывающей предельное натяжение, при этом увеличивается («плюс-мембрана»). В результате срыва такой адаптации цитолеммы к нара­стающему отеку клетки возникает ее гибель.

Образование цитоплазматических отростков и инвагинаций плазмолеммы встречается при воздействии на клетку самых различных патогенных факторов и свидетельствует об активности цитоплазматической мембраны.

Микроклазмацитоз и клазмацитоз — отделение части цитоплазмы наружу, которая затем распадается и нередко реутилизируется в межклеточной среде. Механизм его сводится к образованию цитоплазматических ограниченных

43

мембраной выростов, что ведет к отрыву части цитоплазмы от клетки. К усиле­нию микроклазмацитоза и клазмацитоза ведут различные воздействия на клетку (антигены, иммунные комплексы, гипоксия).

Утолщение плазмолвммы возникает по ряду причин и может влиять на мембранную проницаемость. Одной из причин является уменьшение ионов кальция во внеклеточной жидкости, при этом изменяется проницаемость мем­браны для ионов натрия и калия, в клетке накапливается жидкость. Другой причиной может быть удаление фосфолипидов из мембраны воздействием фосфолипаз.

Образование «крупных» микропор в цитоплазматической мембране связано с нарушением обменной диффузии в клетке. В нормально функционирующей клетке, т. е. при нормально протекающей обменной диффузии (ионы калия и натрия, анионы хлора и др.), микропоры не превышают 0,4—0,6 нм; при нарушении обменной диффузии они могут достигать 9 нм. Появление «круп­ных» микропор ведет к изоосмотическому набуханию клетки, перерастяжению, а в дальнейшем и к разрыву клеточных мембран.

«Бреши» в плазмолемме (локальные разрушения мембраны), размеры ко­торых могут достигать 1 мкм, связаны с лизисом мембраны, который может быть вызван самыми разными агентами. «Бреши» в мембране, независимо от того, «сквозные» они или «поверхностные», ведут к осмотическому набуханию клетки и ее гибели.

«Штопка» локально разрушенной плазмолеммы осуществляется с по­мощью мембран мелких везикул, которые сосредоточиваются в месте по­вреждения.

Своеобразным изменением плазмолеммы, встречающимся не только при нарушении ее проницаемости, является образование миелиноподобных структур (рис. 24). Эти структуры появляются в связи с перекисным окислением липи-дов мембран, усиливающимся под воздействием разных агентов. Высвобождаю­щиеся из разрушающихся при перекисном окислении мембран фосфолипиды (дезагрегация и реагрегация мембраны) образуют сложные миелиноподобные структуры. Подобные структуры появляются и при скручивании удлиненных цитоплазматических отростков.

Изменения клетки при повреждении плазмолеммы. Повреждение плазмо­леммы ведет к утрате так называемого активного мембранного транспорта: концентрации интра- и экстрацеллюлярного натрия и калия выравниваются, внутрь клетки проникают низкомолекулярные анионы, а затем и катионы, повышается внутриклеточное осмотическое давление. Таким образом, резко нарушается мембранный водно-электролитный транспорт, следствием чего ста­новятся нйбухание и отек клетки. Нарушение активного мембранного транс­порта может приводить также к избирательному поступлению в клетку опре­деленных продуктов обмена (белки, липиды, углеводы, пигменты) и накоплению их после истощения ферментных систем, метаболизирующих эти продукты. Так развиваются клеточные дистрофии инфильтрационного генеза (жировая дистрофия гепатоцитов при гиперлипидемиях; гиалиново-капельная дистрофия нефроцитов при нефротическом синдроме). При резком повреждении плазмо­леммы и поступлении в клетку ряда токсических или биологически активных веществ возможна деструкция структурных комплексов клетки с высвобожде­нием составляющих их химических веществ (белки, липиды и т. д.), что ведет к их накоплению. Возникают клеточные дистрофии декомпозиционного генеза (жировая дистрофия миокарда при дифтерии, гидропическая дистрофия гепа­тоцитов при вирусном гепатите). Следует заметить, что инфильтрационный механизм развития дистрофии может сменяться декомпозиционным и наоборот. В ряде случаев повреждения плазмолеммы позволяют проникнуть в клетку веществам, способным извратить синтез того или иного продукта. Тогда возни-

44

Рис. 24. Миелиноподобные структуры под плазматической мембраной мышечного во­локна при ишемии. X 22 500.

кают клеточные дистрофии извращенного синтеза (синтез алкогольного гиалина гепатоцитом под воздействием этанола). Финалом тяжелого повреждения плазмолеммы является гибель клетки — ее некроз (см. Дистрофия, Некроз).

ПАТОЛОГИЯ КЛЕТОЧНЫХ СТЫКОВ

В тканях человека клеточные стыки ответственны за три главные функции: межклеточную адгезию, «тесное общение» клеток и герметизацию слоя эпите­лиальных клеток.

Межклеточную адгезию как чисто механическую функцию ранее связывали в первую очередь с десмосомами. В настоящее время установлено, что в межкле­точной адгезии участвуют все типы клеточных стыков.

Медиаторами «тесного общения» (или сопряжения) клеток считают щеле-видные стыки, которые обеспечивают прямое сообщение между клетками, перенос ионов и малых молекул без потери их во внеклеточное пространство. Это способствует регуляции метаболических процессов в клетках и их диф-ференцировке.

Герметизация клеток эпителиального пласта обеспечивается плотными сты­ками, степень ее коррелирует с количеством стыков и внутримембранных тяжей. Плотные стыки отвечают за поддержание осмотических и электрохимических градиентов эпителиального пласта и отчасти за состояние внеклеточных струк­тур, окружающих этот пласт.

Изменение межклеточной адгезии. Показано, что степень межклеточной адгезии ослабевает при опухолевом росте, причем уже на ранних стадиях онко-генеза. Количество и распределение клеточных стыков на поверхности опухо­левых клеток могут быть одним из критериев характеристики роста опухоли.

Изменение «тесного общения» клеток. Как уже говорилось, «тесное обще­ние» клеток предопределяет их непосредственный контакт для обмена инфор­мационными молекулами и обычно осуществляется с помощью щелевидных

45

Рис. 25. Расхождение десмосомальных контактов между гепатоцитами (показано стрел­ками) вблизи желчного канальца при первичном билиарном циррозе. X 23 500.

стыков, гидрофильные каналы которых пропускают ионы и молекулы с моле­кулярной массой до 1000. Считают, что дефекты «тесного общения» клеток могут играть важную роль в развитии и поведении опухолей.

Нарушения межмембранных связей клеток тканевых барьеров. Плотные стыки являются структурной основой таких тканевых барьеров, как кровь — мозг, кровь — легкие, кровь — желчь, кровь — почки. Поэтому эти стыки нахо­дятся, как правило, в эпителии. Они предотвращают «произвольный обмен» белками и другими макромолекулами между клеточными «партнерами» барье­ров. Наиболее частым следствием повреждения тканевых барьеров является увеличение проницаемости плотных стыков клеток (рис. 25), что ведет к «транс­эпителиальной протечке» (например, при повышении внутрисосудистого гидро­статического давления, мозговой коме, холестазе, шоке, нефротическом синдроме).

Структурные изменения клеточных стыков. Эти изменения касаются прежде всего десмосом. Псевдодесмосомы («несовершенные» десмосомы) с хорошо развитой пластинкой лишь у одной клетки могут возникать в результате разры­ва дефектных стыков, неполной сборки стыка, диссоциации клеток. Б основе асимметричных десмосом с недоразвитой пластинкой у одной из клеток лежат, вероятно, те же механизмы. К структурным изменениям клеточных стыков следует отнести и нарушения их топографии, т. е. появление их на поверхно­сти клеток, где они в обычных условиях жизнедеятельности клеток не встреча­ются.

Изменения структуры десмосом, как и других типов клеточных стыков, находят при метаплазии, дисплазии, опухолевом росте, в эмбриональных тка­нях (асимметричные десмосомы); они найдены при таких заболеваниях, как ревматоидный артрит, псориаз.

В заключение следует сказать, что патология клетки как интегративное понятие является необходимой базой общей патологии человека.

46

ДИСТРОФИЯ

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Дистрофия (от греч. dys — нарушение и trophe — питаю) — сложный патологический процесс, в основе которого лежит нарушение тканевого (клеточ­ного) метаболизма, ведущее к структурным изменениям. Поэтому дистрофии рассматриваются как один из видов повреждения.

Под трофикой понимают совокупность механизмов, определяющих мета­болизм и структурную организацию ткани (клетки), которые необходимы для отправления специализированной функции. Среди этих механизмов выделяют клеточные и внеклеточные (рис. 26). Клеточные механизмы обеспе­чиваются структурной организацией клетки и ее ауторегуляцией. Это значит, что трофика клетки в значительной мере является свойством самой клетки как сложной саморегулирующейся системы. Жизнедеятельность клетки обес­печивается «окружающей средой» и регулируется с помощью ряда систем организма. Поэтому внеклеточные механизмы трофики располагают транспорт­ными (кровь, лимфа, микроциркуляторное русло) и интегративными (нейро-эндокринные, неирогуморальные) системами ее регуляции. Из сказанного следует, что непосредственной причиной развития дистрофий могут служить нарушения как клеточных, так и внеклеточных механизмов, обеспечи­вающих трофику.

1. Расстройства ауторегуляции клетки могут быть вызваны различными факторами (гиперфункция, токсические вещества, радиация, наследственная недостаточность или отсутствие фермента и т. д.). Большую роль придают полому генов — рецепторов, осуществляющих «координированное торможение» функций различных ультраструктур. Нарушение ауторегуляции клетки ведет к энергетическому ее дефициту и к нарушению ферментативных процессов в клетке. Ферментопатия, или энзимопатия (приобретенная или наследствен­ная), становится основным патогенетическим звеном и выражением дистрофии при нарушениях клеточных механизмов трофики.

2. Нарушения функции транспортных систем, обеспечивающих метаболизм и структурную сохранность тканей (клеток), вызывают гипоксию, которая является ведущей в патогенезе дисциркуляторных дистрофий.

3. При расстройствах эндокринной регуляции трофики (тиреотоксикоз, диабет, гиперпаратиреоз и т. д.) можно говорить об эндокринных, а при наруше­нии нервной регуляции трофики (нарушенная иннервация, опухоль головного мозга и т. д.) —о нервных или церебральных дистрофиях.

Особенности патогенеза внутриутробных дистрофий определяются непо­средственной связью их с болезнями матери. В исходе при гибели части зачатка органа или ткани может развиться необратимый порок развития.

При дистрофиях в клетке и. (или) межклеточном веществе накапливаются различные продукты обмена (белки, жиры, углеводы, минералы, вода), которые характеризуются количественными или качественными изменениями в результа­те нарушения ферментативных процессов.

Морфогенез. Среди механизмов, ведущих к развитию характерных для дистрофий изменений, различают инфильтрацию, декомпозицию (фанероз), извращенный синтез и трансформацию.

Инфильтрация — избыточное проникновение продуктов обмена из крови и лимфы в клетки или межклеточное вещество с последующим их накоплением в связи с недостаточностью ферментных систем, метаболизирующих эти про­дукты. Таковы, например, инфильтрация грубодисперсным белком эпителия проксимальных канальцев почек при нефротическом синдроме, инфильтрация

47

Рис. 26. Механизмы регуляции трофики (по М. Г. Балш).

холестерином и липопротеидами интимы аорты и крупных артерий при атеро­склерозе.

Декомпозиция (фанероз) — распад ультраструктур клеток и межклеточно­го вещества, ведущий к нарушению тканевого (клеточного) метаболизма и накоплению продуктов нарушенного обмена в ткани (клетке). Таковы жиро­вая дистрофия кардиомиоцитов при дифтерийной интоксикации, фибриноидное набухание соединительной ткани при ревматических болезнях.

Извращенный синтез — это синтез в клетках или в тканях веществ, не встречающихся в них в норме. К ним относятся: синтез аномального белка амилоида в клетке и аномальных белково-полисахаридных комплексов ами­лоида в межклеточном веществе; синтез белка алкогольного гиалина гепатоци-том; синтез гликогена в эпителии узкого сегмента нефрона при сахарном диабете.

Трансформация — образование продуктов одного вида обмена из общих исходных продуктов, которые идут на построение белков, жиров и углеводов. Такова, например, трансформация компонентов жиров и углеводов в белки, усиленная полимеризация глюкозы в гликоген и др.

Инфильтрация и декомпозиция — ведущие морфогенетические механизмы дистрофий — часто являются последовательными стадиями в их развитии. Однако в некоторых органах и тканях в связи со структурно-функциональными их особенностями преобладает какой-либо один из морфогенетических меха­низмов (инфильтрация — в эпителии почечных канальцев, декомпозиция — в клетках миокарда), что позволяет говорить об ортологии (от греч. orthos — прямой, типичный) дистрофий.

Морфологическая специфика. При изучении дистрофий на разных уров­нях — ультраструктурном, клеточном, тканевом, органном — морфологическая

48

специфика проявляется неоднозначно. Ультраструктурная морфология дистро­фий обычно не имеет какой-либо специфики. Она отражает не только поврежде­ние органелл, но и их репарацию (внутриклеточная регенерация). Вместе с тем возможность выявления в органеллах ряда продуктов обмена (липиды, гликоген, ферритин) позволяет говорить об ультраструктурных изменениях, характерных для того или иного вида дистрофий.

Характерная морфология дистрофий выявляется, как правило, на тканевом и клеточном уровнях, причем для доказательства связи дистрофии с наруше­ниями того или иного вида обмена требуется применение гистохимических методов. Без установления качества продукта нарушенного обмена нельзя верифицировать тканевую дистрофию, т. е. отнести ее к белковым, жировым, углеводным или другим дистрофиям. Изменения органа при дистрофии (размер, цвет, консистенция, структура на разрезе) в одних случаях представлены исключительно ярко, в других — отсутствуют, и лишь микроскопическое иссле­дование позволяет выявить их специфичность. В ряде случаев можно говорить о системном характере изменений при дистрофии (системный гемосидероз, системный мезенхимальный амилоидоз, системный липоидоз).

В классификации дистрофий придерживаются нескольких принципов. Вы­деляют дистрофии:

I. В зависимости от преобладания морфологических изменений в специа­ лизированных элементах паренхимы или строме и сосудах: 1) паренхиматоз­ ные; 2) стромально-сосудистые; 3) смешанные.

II. По преобладанию нарушений того или иного вида обмена: 1) белковые; 2) жировые; 3) углеводные; 4) минеральные.

4. В зависимости от влияния генетических факторов: 1) приобретенные; 2) наследственные.

5. По распространенности процесса: 1) общие; 2) местные.