Слайд 1ЛЕКЦИЯ №2
ПАТОФИЗИОЛОГИЯ КЛЕТКИ
ОБЩИЕ МЕХАНИЗМЫ ПОВРЕЖДЕНИЯ КЛЕТКИ.
НЕКРОБИОЗ И АПОПТОЗ
vastyanov@mail.ru
Зав. кафедрой –
проф. Вастьянов Р. С.
при спонсорской помощи и дружеской поддержке коллег-патофизиологов
из Запорожского государственного медицинского университета
http://vk.com/pathophysiology_onmedu
Слайд 3 липиды
белки
холестерин
Клеточная мембрана
Слайд 5ПОВРЕЖДЕНИЕ КЛЕТКИ -
это нарушение структуры и функции клетки
Причины
Мех. воздействия,
элек-трический ток, высокая и/или низкая температура, электромагнитные волны, ионизирующая радиация,
кислоты, щелочи, соли тяжелых металлов, лекарства, микробы, вирусы, грибы, психогенные факторы …
Экзогенные
Эндогенные
Избыток или дефицит О2, ионов Н+, К+, Са2+, свободные радикалы, колебания осмотичес-кого давления, метабо-литы, продукты распа-да микробов, медиато-ры повреждения, иммунные комплексы и др.
Слайд 6Резистентность клетки к повреждению
зависит от
Вида клеток:
Высокоспециализированные
клетки (нервные и
мышечные) с высоким уровнем внутриклеточной
регенерации устойчивы к повреждению
Слайд 7 Клетки с низким внутриклеточным уровнем регене-
рации (клетки крови,
кожи, кишечный эпителий)
легко повреждаются
Слайд 82. Состояния гликокаликса
Нарушение образования гликокаликса уменьшает
устойчивость клетки к повреждению
Слайд 93. Микроокружения клеток
(состояния соединительной ткани)
Микроокружение регулирует дифференцировку и
пролиферацию клеток
Слайд 104. Состояния нервной и эндокринной
регуляции
Денервированные клетки легче повреждаются.
Нервная система регулирует энергетические и плас-
тические процессы в
клетке.
Клетка, лишенная нервной и эндокринной регуля-
ции, подвергается апоптозу.
Повреждение клетки может быть связано с поступ-
лением по аксонам патотрофогенов – веществ,
образующихся в поврежденных нейронах и
вызывающих патологические изменения
клеток-реципиентов.
Слайд 115. Состояния макроорганизма
Авитаминозы, белковая недостаточность
снижают резистентность клетки к
повреждению
Слайд 126. Фазы жизненного цикла клетки
К различным воздействиям клетка по-разному
чувствительна в разные фазы цикла (ионизирующая
радиация повреждает клетку в
фазах G1и G2)
Слайд 13Повреждение клетки - это
… нарушение гомеостаза клетки, которое ограничи-
вает адаптацию
клетки и сокращает нормальную
продолжительность ее жизни
Гомеостаз клетки (постоянство
внутренней среды) –
это поддержание на оптимальном уровне: рН,
содержания О2, ионов (К+, Nа+, Са2+, Мg2+, Cl- и др.),
пластических и энергетических резервов (белков, жиров,
углеводов)
Слайд 14По течению:
- острые
- хронические
По степени обратимости:
- обратимые
- необратимые
По механизму развития:
-
специфические
- неспецифические
По патогенезу:
- насильственные
- цитопатические
Классификация клеточных повреждений
Слайд 15Причины:
информационные
физические
химические
биологические
адаптация
некробиоз
апоптоз
некроз
точка
необратимости
гипертрофия
гиперплазия
гиперфункция
если достаточно
резервов
и есть программа
Слайд 16Общепатологические категории
ответа клетки на повреждение
Слайд 17ОСТРОЕ
этиологический фактор действует непродолжитель-ное время, достаточно интенсивный
ХРОНИЧЕСКОЕ
этиологический фактор
малой интенсивности, действует продолжительно
ВИДЫ ПОВРЕЖДЕНИЯ КЛЕТКИ
Слайд 19ПРЯМОЕ (ПЕРВИЧНОЕ) -непосредственное повреждение клетки этиологическим фактором.
ОПОСРЕДОВАННОЕ (ВТОРИЧНОЕ)
- является следствием первичного, развивается под действием БАВ - медиаторов повреждения, нарушения регуляции и т.д.
ВИДЫ ПОВРЕЖДЕНИЯ КЛЕТКИ
Слайд 20ВИДЫ ПОВРЕЖДЕНИЯ КЛЕТКИ
1. Первичное специфическое воздействие повреждаю-
щего
(альтерирующего) фактора
2. Неспецифическая реакция клетки
3. Паранекроз (обратимое повреждение)
4. Некробиоз («агония»
клетки)
5. Некроз
Слайд 21Типы клеточной гибели в организме
Слайд 22Стадии хронического повреждения клетки
1. Аварийная
Повышение функций оставшихся
структур, активация
генетического аппарата клетки → активация
синтетических процессов
2. Стадия устойчивой адаптации
Гипертрофия и гиперплазия структур клетки,
стабилизация синтеза РНК, белков и АТФ
3. Стадия дистрофических изменений и гибели клетки
Слайд 23 Обусловлены особенностью (специфическим действием) этиологического фактора:
цианиды
блокада цитохромоксидазы;
механическое воздействие разрыв мембран;
высокая температура коагуляция белков;
ПРОЯВЛЕНИЯ ПОВРЕЖДЕНИЯ КЛЕТОК
Специфические
Неспецифические
Специфические
Сопровождают любое повреждение клеток:
Неспецифические
повышение проницаемости мембран
угнетение активности транспортных ферментов,
мембранных насосов
нарушение рецепторного аппарата клеток
нарушение ионного состава клетки
нарушение процессов энергообразования
внутриклеточный ацидоз
изменение мембранного потенциала
Слайд 251. изменение размеров (набухание или сморщивание)
2. изменение формы вследствие нарушения
контактов со смежными клетками и поддерживающими структурами
3. изменения органоидов (ядра,
митохондрий, мембран и др.)
4. изменение окраски вследствие нарушения проницаемости мембран, изменения рН и т.д.
Морфологические признаки повреждения клетки
Слайд 261. Снижение подвижности
2. Нарушение или прекращение деления
3. Изменения проницаемости
мембран
4. Появление цитоплазматических ферментов в крови
5. Нарушения обмена
веществ увеличение хемолюминесценции
6. Появление новых, необычных функций
Функциональные признаки повреждения клетки
Слайд 27АлАТ – аланинаминотрансфераза
АсАТ – аспартаминотрансфераза
ЛДГ – лактатдегидрогеназа
КФК
– креатинфосфокиназа
при повреждении клеток сердечной мышцы:
АсАТ, КФК, ЛДГ
при
повреждении клеток печени:
АлАТ, АСТ, ЛДГ
Внутриклеточные ферменты
Слайд 28нарушения сигнализации
нарушения восприятии (рецепции) сигналов
нарушения функционирования пострецепторных механизмов
технические и технологические дефекты клеточных программ
Информационные аспекты повреждения клетки
Слайд 29Рецептор:
блокада,
стимуляция
Пострецепторный передатчик:
блокада;
ложная стимуляция
Программа, не соответствующая ситуации
мутация
исполнительный аппарат (повреждение)
Клеточные сигналы: гормоны,
медиаторы, антитела, субстраты
Управляющие агенты: гормоны, медиаторы, антитела, субстраты, ионы
(↑,↓,
мимикрия)
(ложная стимуляция)
Слайд 30Механизмы повреждения клеток
1. Нарушение энергетического обеспечения клеток
2. Повреждение клеточных мембран
и ферментных
систем клеток
3. Нарушение механизмов пластического обеспечения
клетки и деятельности ядра (генетической программы)
4. Дисбаланс ионов и жидкости в клетке
5. Расстройство внутриклеточных механизмов регуля-
ции функции клеток
Слайд 31 Ишемическое повреждение является универсальной типовой формой повреждения клетки.
Возникает при
системных и местных нарушениях кровообращения.
В его основе лежит явление
острой гипоксии (кислородного голодания) тканей и клеток.
Нарушение энергообеспечения клетки
Ишемическое повреждение
Слайд 32О2
острая
гипоксия
АТФ
АДФ и АМФ
программа
фосфофруктокиназа
ФФК
анаэробный
гликолиз
гликоген
лактат
ацидоз
pH
ФФК
АТФ
энергодефицит
калий-натриевый
насос
K
Na
в клетке
+
H2O
Гипергидратация
заряд мембран
повреждение
цитоскелета
возбудимость
протеазы
Ca
фосфолипазы
повреждение
мембран
ферменты
нарушение
обмена
веществ
Слайд 33НАРУШЕНИЕ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ ПРОЦЕССОВ, ПРОТЕКАЮЩИХ В КЛЕТКЕ
а) Снижение процессов ресинтеза
АТФ
Слайд 34Дефицит кислорода или субстратов метаболизма
Повреждение митохондрий
Снижение актив-
ности ферментов
тканевого дыхания
Слайд 35 б) Нарушение внутриклеточного
транспорта энергии АТФ
МИТОХОНДРИЯ
АТФ-аза
КФ
АТФ
КФК
Кр АДФ
КФ КФ
КФК
Кр Кр
в) Нарушение использования
энергии АТФ
Слайд 36Последствия энергетического дефицита
АТФ функции
клетки
АНАЭРОБНОГО ГЛИКОЛИЗА
ЛАКТАТА
АЦИДОЗ
АКТИВАЦИЯ ЛИЗОСОМАЛЬНЫХ ФЕРМЕНТОВ
АУТОЛИЗ
ИОННЫЙ ДИСБАЛАНС
КАЛЬЦИЯ
АКТИВАЦИЯ ГИДРОЛАЗ
Слайд 37ПАТОГЕНЕЗ ПОВРЕЖДЕНИЯ МЕМБРАН
Активация ПОЛ
Активация мембранных фосфолипаз и других гидролаз
Осмотическое (механическое)
повреждение мембран
Адсорбция на липидном слое крупномолекулярных комплексов, в том числе
иммунное повреждение
Слайд 38Для гибели клетки достаточно одного отверстия
в мембране диаметром 10 нм
Образование
множества отверстий приводит
к осмотическому вздутию и взрыву клетки
Антитела и активированный
комплемент
могут проникать внутрь клетки
и разрушать внутриклеточные мембраны
Слайд 39Повреждение мембранного аппарата и ферментных систем клетки
Функции плазмолеммы
Слайд 40Недостаточность
K/Na насоса
Входной ток Ca++
Активация мембранных
фосфолипаз
Арахидоновый каскад
Появление липидных
медиаторов воспаления
Входной ток
Na+ и
H2O
Набухание
клетки
Повреждение
плазматической мембраны
Сглаживание ионных
градиентов
Нарушение
клеточной
коммуникации
и межклеточной
среды
Слайд 41 В патогенезе повреждения ведущую роль играют активные кислородсодержащие радикалы (АКР).
АКР – это высокотоксичные химически активные соединения, способные повреждать клеточные
мембраны, хромосомный аппарат и белки.
Отнимая электроны у различных молекул, свободные радикалы могут запускать цепные реакции повреждения мембран.
Механизмы повреждения клеточных мембран
Слайд 42Процесс ПОЛ можно разделить на три этапа:
1 этап - кислородной инициации.
2
этап - образование свободных радикалов
3 этап - образование перекисей.
Механизмы повреждения клеточных мембран
Свободнорадикальное
(перекисное) окисление липидов
(ПОЛ) представляет собой разветвленную цепную
реакцию, регулируемую ионами 2-х валентного железа
Слайд 43˚O2¯
О2
ē
cупероксид-R
Н+
+ 2
H2O2
супероксиддисмутаза
Fe+2
ОH¯+
LH
фосфолипид
H2O
L˚
+
радикал липида
О2
+
LOO˚
Липоперекись
LH
L˚
+
LOOН
гидроперекись
гидроксил-R
HO˚
Fe+2
LO˚
+
HO˚
LH
LH
LH
цитохром Р450
Слайд 44А) Образование свободных радикалов
Воспаление Радиация Химические агенты Реперфузия
Пероксидное окисление мембран
Фрагментация
ДНК
Разрушение белков
В) Повреждение клетки свободными радикалами
С) Антиоксидантная защита клетки
Слайд 45Интенсивность ПОЛ
регулируется соотношением:
прооксидантов (ионы Fe2+, нафтохиноны, липоевая кислота, продукты метаболизма
простагландинов и катехоламинов)
антиоксидантов:
Ферментативное звено - каталаза, глутатион-пероксидаза, супероксиддисмутаза, церуло-плазмин
Неферментативное звено - рибофлавин, рети-нол, витамин Е (токоферол), витамин С.
Слайд 46Прооксидантная система
Антиоксидант-ная система
ОКСИДАТИВНЫЙ СТРЕСС
1) Супероксидный анион О2
2) Синглетный
кислород
3) Оксигалиды
4) NO
и др. активные радикалы
1) Каталаза
2) СОД
3) Глутатионпироксидаза
4)
Вит. А, Е, С
5) Биофлавоноиды, липоевая
к-та, каротин
Слайд 47 ПРООКСИДАНТЫ
Вит Д, НАДФН2, НАДН2,
продукты метаболизма простагландинов и
катехоламинов, металлы с переменной валентностью
АНТИОКСИДАНТЫ
СОД, каталаза,
глутатионперок-сидаза, вит. Е,
белки, содержащие SH-группы,
глютатион, цистеин, церуллоплазмин, трансферин
ПОЛ
Слайд 48 Изменение физико-химических свойств, биохимического состава и структуры мембран
клеток, разрушение нуклеиновых кислот, инактивация сульфгидрильных групп белков, подавление процессов
окислительного фосфорилирования
ПОЛ
Слайд 49АКТИВАЦИЯ МЕМБРАННЫХ ФОСФОЛИПАЗ И ДРУГИХ ГИДРОЛАЗ
ишемия
яды змей, пауков, укусы пчел
увеличение
содержания кальция в клетке
повышение проницаемости лизосомальных мембран
разрушение фосфолипидов мембран,
цитоскелета клетки
Слайд 50ОСМОТИЧЕСКОЕ ПОВРЕЖДЕНИЕ МЕМБРАН
Осмотическое давление внутри клетки
Осмотическое давление внеклеточного сектора
Н2О
Сморщивание клетки
Слайд 51
Осмотическое давление внутри клетки
Осмотическое давление внеклеточного сектора
Н2О
Разрыв мембран
(осмотический гемолиз эритроцитов)
Набухание клетки
Слайд 52Адсорбция крупномолекулярных комплексов
Слайд 53ИММУННОЕ ПОВРЕЖДЕНИЕ МЕМБРАН
Причины:
взаимодействие антител с рецепторами на поверхности мембран
образование иммунных комплексов
активация компонентов комплемента
активация лимфоцитов-киллеров
активация макрофагов
комплекс с С5 по С9 компонентов комплемента, белок лимфоцитов-киллеров перфорин образование каналов в мембране
лизосомальные ферменты, свободные радикалы кислорода
Слайд 54Последствия повреждения мембран
Повышение проницаемости
Нарушение барьерной
функции, гиперферментемия, ионный дисбаланс, увеличение сорбционной способности, развитие аутоиммунных процессов
Нарушение рецепторной функции
Нарушение процессов ионного транспорта и выработки энергии
Нарушение мембранного потенциала покоя и потенциала действия нарушение генерации и передачи электрических импульсов
Нарушение клеточного метаболизма и развитие внутриклеточного ацидоза
Причины
Повреждение мембран
Энергетический дефицит
К+
Na+, Ca++
Н2О
Pосм.
Гиперкалиемия
мембранного
потенциала
отек клетки
Слайд 56Последствия увеличения кальция в клетке
Активация мембранных фосфолипаз, кальцийзависимых протеаз
разобщение окисления
и фосфорилирования в митохондриях
стойкое сокращение миофибрилл (контрактуры)
снижение адренореактивности
Слайд 57Виды смерти клетки
Некроз
Апоптоз – генетически запрограммированная гибель клетки
Слайд 58 Некроз – генетически
не запрограммированная смерть клеток или тканей
в живом организме.
Отличается от апоптоза –
большим объемом и несбалансированностью
с синтетическими процессами.
Слайд 59СТАДИИ РАЗВИТИЯ НЕКРОЗА
Паранекроз - нарастающая дистрофия обратимого характера.
Некробиоз - необратимые
дистрофические изменения, при которых характерно преобладание катаболических реакций над анаболическими
Смерть
клетки - прекращение осуществле-ния ее специфической функции. Определить время наступления данной стадии трудно.
Аутолиз - разложение мертвого субстрата под действием гидролитических ферментов погибших клеток, нейтрофилов и макрофагов.
Слайд 60АПОПТОЗ - запрограммированная гибель клеток в живом организме
Форма гибели клеток,
возникающая под действием вне- и внутриклеточных факторов, осуществляемая путем включения
специальных внутриклеточных процессов, регулируемая особыми генетическими программами
Слайд 61макрофаг
Fas-лиганд
«рецептор смерти»
Т-киллер
перфорин
агрегация
и конденсация
ядра и цитоплазмы
апоптические
тельца
Слайд 62Устранении клеток во время эмбриогенеза,
Инволюции гормонально-зависимых органов после снижения действия
соответствующего гормона (отторжение эндометрия во время менструации),
Смерть клеток в опухолях
(р53),
Смерть иммунных клеток В- и Т- лимфоцитов после прекращения стимулирующего действия на них цитокинов,
5. Атрофия паренхиматозных органов,
6. Клеточные повреждения при некоторых вирусных инфек-циях (тельца Каунсильмена при вирусном гепатите В),
7. Клеточная смерть (при умеренных термических повреждениях, радиации, гипоксии, под действием цитотоксических противоопухолевых препаратов),
8. Роговая дистрофия (кератинизация) – вариант апоптоза.
АПОПТОЗ встречается при:
Слайд 63СТАДИИ АПОПТОЗА
Инициации
Программирования
Реализации программы
Фагоцитоз апоптозных телец
Слайд 67Патогенез апоптоза
Внешние по отношению к клетке стимулы:
свободные радикалы
фактор
некроза опухолей
прекращение поступления к клетке регуляторных сигналов (факторов роста, гормонов)
Неразрешимые внутриклеточные конфликты:
невозможность репарации ДНК
увеличение внутриклеточного кальция
Прямая активация эффекторных каспаз и эндонуклеаз (минуя геном клетки) через адапторные белки, гранзимы и цитохром С
Активация генов апоптоза «bax» и др., инактивация генов антиапоптоза (bcl-2 и др.)
Слайд 68
активация каспаз и эндонуклеаз
фрагментация ДНК
образование апоптозных телец
фагоцитоз апоптозных телец
Слайд 70Различия между некрозом и апоптозом #1
Слайд 71Различия между некрозом и апоптозом #2
Слайд 72Механизмы защиты клеток
1. Компенсация нарушений энергетического обеспечения
2. Защита мембран
и ферментов
3. Восстановление баланса ионов
4. Устранение нарушений генетических
программ
5. Ликвидация нарушений внутриклеточной регуляции
Слайд 73ЗАЩИТНО-КОМПЕНСАТОРНЫЕ РЕАКЦИИ ПРИ ПОВРЕЖДЕНИИ КЛЕТКИ
Ограничение функциональной активности клетки
Активация анаэробного гликолиза
Интенсификация
ресинтеза АТФ в неповрежденных митохондриях
Активация ферментов транспорта и утилизации АТФ
Повышение
синтеза антиоксидантных ферментов
Активация механизмов репарации компонентов мембран
Слайд 74Активация микросомального окисления в гепатоцитах
Активация буферных систем
Активация синтеза ферментов системы
детоксикации
Активация синтеза цитокинов (интерферонов)
Активация синтеза белков «теплового шока»
Гиперплазия и
гипертрофия субклеточных структур
ЗАЩИТНО-КОМПЕНСАТОРНЫЕ РЕАКЦИИ ПРИ ПОВРЕЖДЕНИИ КЛЕТКИ
Слайд 76XXI ВЕК
НОВЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ
В ПРЕДОТВРАЩЕНИИ
НЕЙРОДЕГЕНЕРАЦИИ
Слайд 77НОВЫЕ СТРАТЕГИИ
В ПРЕДОТВРАЩЕНИИ НЕЙРОДЕГЕНЕРАЦИИ
Торможение начальных стадий патогенетического каскада
Обнаружение новых важнейших
внутриклеточных мишеней для действия фармакологических препаратов
Слайд 78Патогенетические механизмы нейродегенеративных заболеваний
(Взято с изменениями из K.A Jellinger. What
is new in neurodegenerative dementia disorders?
Wien. Klin. Wochenschr., 1999,
111/17:682-704)
Слайд 79НОВЕЙШИЕ ТЕНДЕНЦИИ:
ПОИСК ВНУТРИКЛЕТОЧНЫХ МИШЕНЕЙ
1. Патология белка или протеинопатии
2. Нейровоспаление
(цитокины)
3. Mитохондрии как «бутылочное горлышко»
Слайд 80А. Патология белка
или протеинопатии
Слайд 81Накопление белков или продуктов их метаболизма (-синуклеин при болезни Паркинсона,
белок βA4 при болезни Альцгеймера)
Накопление структурно-неполноценных белков, которые не могут
быть подвергнуты ферментативному расщеплению из-за их конформационных изменений (cystic fibrosis, сахарный диабет)
Накопление патологических прионов, напр., болезнь Creutzfeld-Jacobs’a
Патология белка
или протеинопатии
Слайд 82Патологическое накопление протеинов (кластеров) является “чужеродным” (неестественным) для клетки.
Они не
могут быть инактивированы (расщеплены ферментативно) вследствие своей структурной неполноценности.
Клетки реагируют
на них как на стрессовые факторы гиперизбыточным синтезом цитокинов и свободных радикалов, накоплением внутриклеточного Ca2+, ацитодозом, что в совокупности приводит к гибели клеток.
Патология белка
или протеинопатии
Слайд 83Патология белка
или протеинопатии
Слайд 86НЕЙРОВОСПАЛЕНИЕ
Накопление цитокинов в нейронах.
Нейротоксичными являются :
интерлейкины 1 и
6 (ИЛ-1 и ИЛ-6)
фактор некроза опухоли-α (ФНО-α).
Другие воспалительные нейротрансмиттеры:
простагландины
серотонин
гистамин
брадикинин
Cunningham C., Konsman J-P, Cartmell T. Cytokines and the aging brain. TINS, 2002, 25: 546-547
Слайд 87ПРОТИВОВОСПАЛИТЕЛЬНЫЕ ПРЕПАРАТЫ В ЛЕЧЕНИИ НЕЙРОДЕГЕНЕРАТИВНЫХ ЗАБОЛЕВАНИЙ
Нестероидные противовоспалительные препараты (ингибиторы ЦОГ):
aспирин, индометацин, диклофенак.
Глюкокортикостероиды (строиды), напр., пренизолон (подавляет выработку цитокинов)
Антималярийные препараты
– хлорохин, колхицин.
Эти препараты могут оказывать положительные эффекты при болезни Альцгеймера.
Слайд 90МИТОХОНДРИЯ
как «бутылочное горлышко»
Митохондрии накапливают энергию в виде АТФ.
Митохондрии человека
ежедневно генерируют впечатляющее количество энергии – 65 кг АТФ.
Митохондриальная недостаточность
проявляется при любом симптоме, при патологии любого органа, в любом возрасте (напр., деменция, глухота, диабет).
(N.Lane, Powerhouse of disease. Nature, 2006, 30 March, 600-602)
Слайд 91МИТОХОНДРИИ КАК НОВЫЕ МИШЕНИ В ПРЕДОТВРАЩЕНИИ НЕЙРОДЕГЕНЕРАЦИИ:
Нарушения митохондрий показаны при
:
Болезни Паркинсона
Болезни Альцгеймера
Заболеваниях сердца
Синдромах, связанных с утомлением
Многочисленных генетических
поломках
Нуклеозидной терапии при СПИДе
Слайд 92МИТОХОНДРИОН
Формирование дефицитарного комплекса І является основным этиопатогенетическим фактором при болезни
Паркинсона
Слайд 93Окончательно благодарю за внимание!