Os distúrbios no funcionamento do corpo humano estão sempre associados, de uma forma ou de outra, a alterações no funcionamento das células. As células do corpo desempenham certas funções. Juntos, eles são capazes de satisfazer as necessidades fisiológicas do corpo na manutenção da homeostase normal. Quando expostas a estímulos fisiológicos ou patológicos excessivos, as células podem desenvolver um processo de adaptação, cuja consequência é a obtenção de um novo estado estacionário, permitindo-lhes funcionar normalmente em condições alteradas. Se a reserva da resposta adaptativa se esgotar e a adaptação não for alcançada, ocorre dano celular. Até certo ponto, o dano celular é reversível, mas mesmo que essa violação seja temporária e reversível, piora o estado do corpo como um todo. Se um fator desfavorável atua por muito tempo ou a intensidade de sua ação é muito alta, ocorrem danos irreversíveis à célula e sua morte.

Nesse caso, a disfunção de algumas células pode ser a causa raiz do desenvolvimento da doença como um todo, enquanto o estado de outras células pode ser prejudicado devido a alterações desfavoráveis ​​​​no corpo associadas ao desenvolvimento do processo patológico. Por exemplo, durante o infarto do miocárdio, o funcionamento e a morte das células do músculo cardíaco ocorrem devido a uma falta aguda de oxigênio. Como parte do músculo cardíaco não participa da contração, o suprimento de sangue ao corpo é interrompido, o que pode levar a hipóxia grave e à interrupção das funções das células de outros órgãos: rins, cérebro, fígado. Em muitas intoxicações, as células do fígado ou dos rins são principalmente danificadas, e a interrupção do funcionamento desses órgãos é acompanhada pelo envenenamento de outras células do corpo com substâncias tóxicas.

Produtos chineses do metabolismo. Quer o dano celular seja primário ou secundário, ele, em qualquer caso, afeta negativamente o estado do corpo e deve ser eliminado numa fase inicial do seu desenvolvimento. Mas, para encontrar um meio de prevenir ou proteger as células dos efeitos patogênicos, é necessário saber por que e como as células de um organismo vivo são danificadas e morrem.

3.1. TIPOS DE DANOS E MORTE CELULAR. RESPOSTA CELULAR UNIVERSAL AOS DANOS

O dano celular é um processo patológico típico, cuja base são distúrbios na homeostase intracelular, levando à ruptura da integridade estrutural da célula e de suas habilidades funcionais após a remoção do agente prejudicial. Assim, por exemplo, numa primeira fase, a perturbação do funcionamento da célula causada por factores desfavoráveis, por exemplo, falta de oxigénio ou acção de compostos tóxicos, pode não levar a danos na célula: assim que as condições ambientais normais forem restauradas, a célula retornará a um estado próximo ao original. Por exemplo, se em alguma parte do miocárdio o suprimento de sangue parar por um curto período de tempo (não mais que 10-15 minutos) e depois for restaurado, os cardiomiócitos retêm a capacidade de se regenerar e funcionar normalmente. Se o suprimento de sangue não for restaurado, o dano ao miocárdio torna-se irreversível e os cardiomiócitos nesta área morrem.

Distinguir imediato (primário) E dano indireto (secundário). Este último surge como consequência de violações primárias da constância do ambiente interno do corpo.

Dependendo da velocidade de desenvolvimento e da gravidade das principais manifestações, o dano celular pode ser afiado E crônica.

Lesão aguda desenvolve-se rapidamente, via de regra, como resultado de um efeito prejudicial único, mas intenso, enquanto dano crônico Ocorre lentamente e é o resultado de influências patogênicas repetidas, mas menos intensas.

Dependendo do período do ciclo de vida durante o qual o agente prejudicial ocorre, o dano celular pode ser mitótico E interfase.

Dependendo do grau de perturbação da homeostase intracelular, ocorrem danos reversível E irreversível(Veja acima).

Destaque duas variantes patogenéticas de dano celular:

1. Violento. Ela se desenvolve quando uma célula inicialmente saudável é exposta a fatores físicos, químicos e biológicos, cuja intensidade excede as influências perturbadoras usuais às quais a célula está adaptada. As mais sensíveis a esse tipo de dano são as células funcionalmente pouco ativas que possuem baixo poder de seus próprios mecanismos homeostáticos.

2. Citopática. Ocorre como resultado de uma violação primária dos mecanismos homeostáticos de proteção e compensação da célula. Nesse caso, o fator que desencadeia os mecanismos patogenéticos do dano são os estímulos perturbadores naturais da célula, que nessas condições tornam-se prejudiciais. A variante citopática inclui todos os tipos de danos celulares que ocorrem devido à falta de quaisquer componentes necessários (hipóxico, neurotrófico, durante a fome, hipovitaminose, deficiência do sistema antioxidante, defeitos genéticos, etc.). As mais sensíveis ao dano citopático são aquelas células cuja reatividade e, portanto, sua atividade funcional em condições naturais, é muito alta (neurônios, cardiomiócitos).

Causas de danos celulares os seguintes fatores podem estar presentes: hipóxia. Uma causa extremamente importante e comum de dano celular. A circulação sanguínea reduzida (isquemia), que ocorre com aterosclerose, trombose e compressão das artérias, é a principal causa da hipóxia. Outra razão pode ser a oxigenação sanguínea insuficiente devido a patologia cardiovascular ou pulmonar. A terceira razão pode ser uma violação do transporte de oxigênio, por exemplo, com anemia, envenenamento por monóxido de carbono ou ação de formadores de metemoglobina (nitratos e nitritos, sais hipoclorosos e hipoclorosos, ferricianetos, drogas - fenacetina, amidopirina, sulfonamidas, etc.) ( para mais detalhes, consulte a seção 16.2);

Agentes físicos – traumas mecânicos, efeitos de temperatura, flutuações de pressão barométrica, radiação ionizante e ultravioleta, corrente elétrica;

Agentes químicos e drogas. Os danos às células podem ser causados ​​por compostos químicos vitais, como, por exemplo, glicose ou sal de cozinha em concentrações hipertônicas, ou oxigênio em altas concentrações. Substâncias conhecidas como venenos (particularmente arsênico, cianeto, sais mercúricos) podem causar a morte celular em questão de minutos ou horas. A morte celular pode ocorrer sob a influência de fatores ambientais, fatores “sociais” - álcool, fumo, drogas, etc.;

Reações imunológicas. Embora as reações imunológicas protejam o corpo dos efeitos dos agentes biológicos, em alguns casos (alergias, reações autoimunes) podem causar danos celulares;

Danos genéticos (por exemplo, membranopatias hereditárias, enzimopatias, etc.);

Desequilíbrio nutricional.

O primeiro evento que, em última análise, leva ao dano celular é a interação do agente prejudicial com as moléculas alvo (Tabela 3-1). Assim, os alvos dos raios ultravioleta podem ser grupos aromáticos de proteínas, enzimas e receptores ou nucleotídeos em moléculas de DNA e RNA. Várias enzimas contendo heme servem como alvos para o monóxido de carbono. O alvo da hipóxia são as mitocôndrias, que param de armazenar energia na forma de ATP, etc.

Tabela 3-1. Exemplos de agentes prejudiciais que atuam na célula

Fim da mesa. 3-1

* Aumentando a diferença de potencial entre a superfície externa e interna da membrana celular.

A interação de um fator prejudicial com um alvo pode causar danos ao próprio alvo, o que é observado, por exemplo, quando as células são expostas aos raios ultravioleta. Noutros casos, o alvo não é danificado pelo agente activo, mas deixa temporariamente de funcionar. Isto é o que acaba levando a danos à célula como um todo. Por exemplo, quando exposto ao cianeto de potássio, a função da citocromo oxidase, que neste caso serve de alvo para o veneno, é desligada. Mas a enzima não é danificada: se o cianeto for removido do ambiente, a função da citocromo oxidase é restaurada. A causa da morte celular é o dano subsequente às estruturas celulares causado por uma interrupção prolongada do fornecimento de energia.

Assim, entre o momento de interação do agente lesivo com o alvo e o processo de dano a determinadas estruturas celulares, pode ocorrer toda uma cadeia de eventos sequenciais.

Morte celular- este é o resultado final de seus danos. Existem dois tipos principais de morte celular - necrose E apoptose. Hoje existe também um terceiro tipo de morte celular - diferenciação finita, o que, segundo a maioria dos cientistas modernos, é uma forma de apoptose.

Necrose(do grego necro- morto) é uma forma patológica de morte celular devido a danos químicos ou físicos irreversíveis (alta e baixa temperatura, solventes orgânicos, hipóxia, envenenamento, choque hipotônico, radiação ionizante, etc.). A necrose é um espectro de alterações morfológicas resultantes da ação destrutiva de enzimas sobre a célula danificada. Desenvolvem-se dois processos concorrentes: digestão enzimática da célula

(necrose de liquefação) e desnaturação de proteínas (necrose coagulativa). Ambos os processos demoram várias horas para se manifestarem, portanto, no caso de morte súbita, por exemplo, no infarto do miocárdio, as alterações morfológicas correspondentes simplesmente não têm tempo para se desenvolver. Este tipo de morte celular não é controlado geneticamente.

A necrose pode ser precedida por períodos paranecrose E necrobiose.

Paranecrose- alterações perceptíveis mas reversíveis na célula: turvação do citoplasma, vacuolização, aparecimento de sedimentos grosseiros, aumento da penetração de vários corantes na célula.

Necrobiose - estado “entre a vida e a morte” (de necros- Mortos e BIOS- vivo); mudanças em uma célula que precedem sua morte. Na necrobiose, diferentemente da necrose, é possível que a célula retorne ao seu estado original após eliminar a causa que causou a necrobiose.

Se a necrose é considerada uma forma patológica de morte celular, resultante de um efeito prejudicial excessivo (agudo, forte) sobre a célula, então a apoptose se opõe a ela como um processo controlado de autodestruição celular.

Apoptose(do grego aro- departamento e ptose- uma queda) é uma forma fisiológica de morte celular geneticamente controlada. O significado biológico da apoptose é manter a homeostase interna do corpo nos níveis celular, tecidual e sistêmico. A apoptose é responsável por numerosos processos fisiológicos e patológicos no corpo:

1. Destruição celular programada na fase de embriogênese (apoptose autônoma). Existem três categorias de apoptose autônoma: morfogenética, histogenética e filogenética.

Apoptose morfogenética participa da destruição de vários primórdios teciduais, o que é garantido por:

Morte de células nos espaços interdigitais;

A morte do “excesso” de células epiteliais durante a fusão dos processos palatinos, quando se forma o palato duro;

Morte celular na parte dorsal do tubo neural durante o fechamento, necessária para atingir a unidade do epitélio dos dois lados do tubo neural e do mesoderma associado.

A interrupção da apoptose morfogenética nessas três localizações leva, respectivamente, ao desenvolvimento de sindactilia, fenda palatina e espinha bífida.

Apoptose histogenética ocorre durante a diferenciação de tecidos e órgãos, por exemplo, durante a diferenciação dependente de hormônios de órgãos genitais de primórdios de tecido. Assim, as células de Sertoli nos testículos de um feto masculino sintetizam um hormônio que provoca, por apoptose, a regressão dos ductos de Müller, a partir dos quais nas mulheres se formam as trompas de falópio, o útero e a parte superior da vagina.

Apoptose filogenética participa da remoção de estruturas rudimentares do embrião, como o propensofros.

2. Involução de órgãos dependente de hormônios em adultos, por exemplo, rejeição de células endometriais durante o ciclo menstrual, atresia de folículos nos ovários durante a menopausa, regressão da glândula mamária após cessação da lactação.

3. Estabilização do número de células e suas populações em tecidos em proliferação ativa, por exemplo, células do epitélio intestinal, sangue e sistema imunológico; remoção de células senescentes que completaram seu ciclo de vida.

4. Eliminação de algumas células tumorais durante a regressão espontânea dos tumores.

5. Morte de células do sistema imunológico (linfócitos B e T) devido à hipossecreção de citocinas, células T autorreativas no timo - devido à sua deleção clonal.

6. Atrofia patológica de órgãos dependentes de hormônios, por exemplo, atrofia da próstata após castração; depleção de linfócitos no timo durante a terapia com glicocorticóides.

7. Atrofia patológica de órgãos parenquimatosos após obstrução dos ductos excretores, por exemplo, no pâncreas e glândulas salivares, rins.

8. Morte celular causada pela acção de linfócitos T citotóxicos, em particular durante a rejeição de transplantes e doença do enxerto contra hospedeiro.

9. Eliminação de células infectadas por vírus (por exemplo, na hepatite viral, fragmentos de células apoptóticas são encontrados no fígado na forma de corpos de vereadores).

10. Eliminação de células danificadas sob a influência de fatores químicos e físicos (alta e baixa temperatura,

radiação ionizante, medicamentos antitumorais, etc.) em dose insuficiente para o desenvolvimento de necrose.

A apoptose é um processo ativo de autodestruição celular, de acordo com características morfológicas e outras, difere significativamente da necrose (ver Tabela 3-2). As manifestações mais características da apoptose são determinadas pelo fato de os primeiros eventos associados à sua implementação começarem no núcleo. Estes incluem a condensação da cromatina com a formação de aglomerados (na forma de fitas, caroços) adjacentes à membrana nuclear (marginação da cromatina) e o aparecimento de depressões da membrana nuclear, levando à fragmentação do núcleo (cariorrexe) e à formação de corpos apoptóticos - fragmentos extracelulares do núcleo rodeados por uma membrana. A condensação e o encolhimento dos grânulos ocorrem no citoplasma. A membrana celular perde suas vilosidades, forma inchaços vesiculares e expressa várias moléculas reconhecidas pelos fagócitos (fosfatidilserina, trombospondina, glicoconjugados de membrana dessialilados). Pequenas vesículas cheias de conteúdo citoplasmático (mitocôndrias, ribossomos, etc.) e rodeadas por uma bicamada lipídica de membrana se separam da superfície da célula apoptótica. A célula diminui gradativamente de volume, torna-se arredondada e perde os contatos intercelulares. As células apoptóticas e seus fragmentos (corpos apoptóticos, vesículas) são absorvidos por macrófagos, neutrófilos e outras células vizinhas que não são fagócitos “profissionais”. Como resultado da endocitose, o conteúdo das células apoptóticas não é liberado no espaço intercelular, como acontece durante a necrose, na qual seus componentes intracelulares ativos, incluindo enzimas, se acumulam ao redor das células mortas, o ambiente é acidificado, o que contribui para danificar as células vizinhas. células e o desenvolvimento de uma reação inflamatória, ou seja, a apoptose de uma única célula não afeta seu entorno.

Indutores clássicos apoptose exógena são hormônios esteróides (sexo, tireóide, calcitriol, mineralocorticóides, retinóides), antígenos, anticorpos, mitógenos, citocinas (fator de necrose tumoral (TNF) α, interleucina (IL) 1, IL-10, interferon (INF) γ, β-tocoferol e etc.). Seu efeito pró-apoptogênico é realizado através de receptores nucleares (por exemplo, GR - receptor de glicocorticóide), “receptores de morte” de membrana especializados (Fas, TNF-RI, TNF-RII, DR-3, DR-5, etc.) e receptores que desempenhar outras funções, como função de ativação celular (receptor de células T (TCR),

receptores de citocinas), que é acompanhado pelo desenvolvimento de apoptose de ativação.

Situação iniciação endógena do programa de morte celular possível quando é privado de fatores de crescimento (IL-2, IL-3, IL-4, INF-α, fatores estimuladores de colônias - granulócitos-macrófagos (GM-CSF), granulócitos (G-CSF), eritropoietina, etc. ), interrupção dos contatos com a matriz extracelular e outras células, acúmulo de quebras de DNA não reparadas (por exemplo, quando as células são danificadas por vírus, radiação ionizante, radiação ultravioleta, toxinas, etc.). Neste último caso, um papel importante é desempenhado pela proteína nuclear p53 (ver abaixo).

Como resultado da ativação de genes indutores de apoptose (P53, BAX, PIG, FAS/APO-1, IGF-BP3, etc.) por um sinal apoptogênico (exógeno ou endógeno) e/ou inibição de genes inibidores de apoptos (genes do Família BCL-2) na célula, altera-se o conjunto de RNAs e proteínas intracelulares, enzimas capazes de destruir proteínas celulares (proteases - caspases, catepsinas, calpaínas, granzimas) e ácidos nucleicos (nucleases - endonuclease dependente de Ca 2+ /Mg 2+ , etc.) são sintetizados e ativados. A principal manifestação de alterações destrutivas nas células durante a apoptose é a degradação da cromatina, que se baseia na clivagem do DNA.

Atualmente, existem vários principais mecanismos de apoptose:

1) Receptor. É realizado por meio de “receptores de morte” (ver acima) com interação ativadora com os ligantes correspondentes, muitos dos quais pertencem à superfamília do fator de necrose tumoral. A interação do receptor com o ligante leva à ativação de proteínas adaptadoras associadas a “domínios de morte” (FADD - domínio de morte associado a Fas, TRADD - domínio de morte associado a TNF-R) e procaspase 8, cujo produto, a caspase 8 (iniciadora), ativa a caspase 3 (efetora), que, por sua vez, provoca a ativação de endonucleases que fragmentam o DNA.

2) Mitocondrial. A participação das mitocôndrias na apoptose é garantida pela presença em sua matriz e espaço intermembranar de um grande número de substâncias biologicamente ativas (citocromo C (Cyt C); procaspases 2, 3, 9; fator indutor de apoptose (AIF), que possuem um efeito apoptogênico pronunciado. O fator de ativação da apoptose é a liberação dessas substâncias

para o citoplasma quando o potencial transmembrana das mitocôndrias diminui devido à abertura de poros mitocondriais gigantes (atuando como canais dependentes de Ca 2 +-, pH-, potencial-, NADP2H/NADP+- e redox) e aumento da permeabilidade das membranas mitocondriais. A abertura dos poros é causada pela depleção de glutationa reduzida, NADPH, ATP e ADP nas células, formação de espécies reativas de oxigênio, desacoplamento da fosforilação oxidativa e aumento do conteúdo de Ca 2 + no citoplasma. A entrada de proteínas intermembrana e a ativação da apoptose também são possíveis quando a membrana mitocondrial externa se rompe devido à hiperpolarização da membrana interna.

3) mediado por p53. A p53 é uma proteína multifuncional que desempenha um papel importante no monitoramento de sinais sobre o estado da célula, a integridade do seu genoma e a atividade dos sistemas de reparo do DNA. Danos no DNA levam ao acúmulo da proteína p53 na célula. Isso determina a parada do ciclo celular nas fases G 1 e G 2, evita a replicação, ativa a síntese e o reparo do DNA e, portanto, cria condições para a restauração da estrutura nativa do DNA e evita o aparecimento de células mutantes e aneuploides no corpo. Se houver insuficiência dos sistemas de reparo do DNA e os danos ao DNA persistirem, a célula sofre apoptose. Em particular, a proteína p53 é capaz de induzir a transcrição de fatores apoptogênicos como Bax, receptor Fas, DR-5, etc.

4) Granzima perforina. Os linfócitos T citotóxicos (células T assassinas) induzem a apoptose de células-alvo (por exemplo, células infectadas) usando a proteína perforina. Polimerizando, a perforina forma canais transmembrana na membrana citoplasmática da célula-alvo, através dos quais granzimas (fragmentinas) secretadas pelo T-killer - uma mistura de serina proteases - entram na célula. O principal componente desta mistura é a granzima B, uma enzima proteolítica que ativa a caspase 3.

Um papel importante no processo transmissão de sinal apoptogênico E regulação da apoptose Os seguintes fatores intracelulares (mensageiros) desempenham um papel:

Concentração de íons Ca (Ca 2+ ativa serina e cisteína proteases, endonuclease dependente de Ca 2+ /Mg 2+);

Proteínas quinases A (mediador da apoptose) e C (inibidor da apoptose);

Ceramida (estimula quinases, fosfatases);

Espécies reativas de oxigênio (causam diminuição do potencial transmembrana das mitocôndrias, aumento da concentração intracelular de Ca 2 + e formação de AMPc);

Monóxido nítrico (media alterações na expressão do p53, abertura de poros gigantes nas mitocôndrias e diminuição do potencial mitocondrial).

Em vários processos patológicos no corpo (infecção, inflamação, imunodeficiências, anemia hipo e aplástica, tumores, etc.), podem ser observadas aceleração e desaceleração da apoptose.

Exemplos de algumas doenças cuja patogênese inclui apoptose são apresentados na Tabela. 3-3.

Tabela 3-3. Exemplos de doenças associadas à inibição ou aumento da apoptose

Resposta celular universal a danos. Uma característica do desenvolvimento de alterações patológicas nas células em resposta a uma variedade de efeitos adversos é a semelhança dessas alterações, o que permitiu a D.N. Nasonov e V.Ya. Aleksandrov apresentou em 1940 uma teoria sobre uma reação inespecífica das células aos danos. A sua essência resume-se ao seguinte - não importa qual seja o agente prejudicial e não importa em que células ele atue, a resposta das células de acordo com vários indicadores é a mesma. Esses indicadores incluem:

1) redução da dispersão dos colóides do citoplasma e do núcleo;

2) aumento da viscosidade do citoplasma, às vezes precedido de ligeira diminuição;

3) aumentar a afinidade do citoplasma e do núcleo por vários corantes. Em muitos casos, também é detectado inchaço celular,

alterações na permeabilidade iônica das membranas plasmáticas e intracelulares, liberação de metabólitos da célula, alterações na fluorescência, aumento da acidez do citoplasma, etc. A existência de tal estereótipo de alterações nas propriedades físico-químicas das células quando são danificadas se deve ao fato de que os mecanismos celulares moleculares de dano são semelhantes, embora as razões que causaram o dano possam ser muito diferentes. Em quase todas as células, quando expostas a agentes nocivos, observa-se um aumento acentuado na permeabilidade das membranas celulares aos íons cálcio. Isto é acompanhado pela ativação de várias enzimas e processos intracelulares: proteínas quinases, fosfolipases, fosfodiesterase de nucleotídeos cíclicos, sistema de biossíntese de proteínas, etc. Essas alterações podem ser reversíveis, mas no final, com exposição forte e prolongada a um fator prejudicial, ocorre uma perturbação permanente das funções das células e, conseqüentemente, do tecido e do órgão como um todo.

3.2. MECANISMOS DE DANOS ÀS ESTRUTURAS DA MEMBRANA CELULAR

As primeiras mudanças nas propriedades e comportamento das células sob a influência de agentes prejudiciais estão associadas a mudanças no funcionamento das estruturas da membrana da célula: a membrana citoplasmática, a membrana interna das mitocôndrias, as membranas do retículo endoplasmático e outras estruturas intracelulares (ver Tabela 3-4).

As membranas biológicas desempenham muitas funções, e a violação de qualquer uma delas pode levar a alterações no funcionamento da célula como um todo e até à sua morte. Na Fig. A Figura 3-1 mostra uma representação esquemática de uma membrana típica, indicando aqueles de seus elementos, cujos danos podem ocorrer na patologia e estão subjacentes ao desenvolvimento de várias doenças.

Tabela 3-4. Mudanças precoces no funcionamento das estruturas intracelulares após danos

As consequências mais graves são causadas por danos à camada lipídica (ou bicamada) da membrana. A camada lipídica das membranas citoplasmática e intracelular desempenha duas funções principais - barreira E matriz (estrutural). Danos à barreira levam à desregulação dos processos intracelulares e graves distúrbios das funções celulares.

O estudo dos efeitos de vários tipos de agentes prejudiciais em células isoladas (por exemplo, glóbulos vermelhos), mitocôndrias, vesículas fosfolipídicas (lipossomas), membranas lipídicas planas de bicamada e outros objetos modelo mostrou que, em última análise, existem apenas quatro processos principais que

Arroz. 3-1. Elementos das membranas biológicas suscetíveis a danos: 1 - bicamada lipídica; 2 - monocamada de moléculas lipídicas; 3 - glicolipídios; 4 - glicoproteínas; 5 - microfilamentos; 6 - microtúbulos; 7 - canal iônico; 8 - bomba de íons

Alguns causam diretamente uma violação da integridade da bicamada lipídica na patologia:

1) alongamento mecânico (osmótico) da membrana;

2) peroxidação lipídica;

3) ação das fosfolipases de membrana;

4) adsorção na camada lipídica de polieletrólitos, incluindo algumas proteínas e peptídeos.

A compreensão do papel das membranas no desenvolvimento de uma determinada condição patológica pressupõe o conhecimento das condições químicas e físicas para a ocorrência dos processos acima e dos resultados de sua ação nas estruturas da membrana, incluindo o conhecimento dos mecanismos moleculares de ação de cada um deles. e consequências biológicas.

consequências do dano à membrana para a vida da célula e do organismo como um todo.

3.2.1. Comprometimento da função de barreira das membranas biológicas

Seus processos desempenham um papel importante no dano à membrana. alongamento mecânico como resultado de perturbação do equilíbrio osmótico nas células. Se você colocar glóbulos vermelhos em uma solução hipotônica, a água entrará nas células, elas assumirão uma forma esférica e então ocorrerá hemólise. As mitocôndrias também incham em ambientes hipotônicos, mas apenas a membrana externa se rompe; o interno permanece intacto, embora perca a capacidade de reter pequenas moléculas e íons. Como resultado, as mitocôndrias perdem a capacidade de sofrer fosforilação oxidativa.

Fenômenos semelhantes são observados em células e tecidos inteiros sob condições patológicas. Assim, como resultado da ativação da fosfolipase A 2, as membranas mitocondriais durante a hipóxia tornam-se permeáveis ​​aos íons potássio. Se a oxigenação dos tecidos for restaurada nessas condições, o potencial de membrana nas membranas mitocondriais será restaurado (com um sinal negativo no interior) e as mitocôndrias “bombearão” íons de potássio, após os quais o fosfato entra na matriz. A concentração de íons dentro das mitocôndrias aumenta e as organelas incham. Isso leva ao estiramento da membrana e a mais danos.

Mecanismos moleculares para aumentar a permeabilidade da camada lipídica das membranas aos íons. Ao estudar a base molecular da permeabilidade da camada lipídica, sistemas de membrana modelo são amplamente utilizados: estruturas de membrana isoladas (eritrócitos, mitocôndrias, vesículas do retículo sarcoplasmático), bem como membranas fosfolipídicas artificiais (membranas lipídicas de bicamada e vesículas fosfolipídicas - lipossomas ). O estudo de tais sistemas mostrou que a própria camada lipídica é praticamente impermeável aos íons. Sob a influência de vários fatores químicos e físicos, torna-se permeável por uma das três razões (ou combinações delas):

1. Na bicamada lipídica, cuja microviscosidade é próxima à viscosidade do azeite, surge uma substância lipossolúvel que pode ligar-se a íons. O mecanismo de transferência de íons, neste caso, assemelha-se ao “transporte de passageiros em um barco de uma costa para outra.

outro" e é chamado de "shuttle", ou transferência com a ajuda de um transportador móvel. Um exemplo de carreador móvel é o antibiótico ionóforo valinomicina, que forma um complexo com íons potássio, solúvel na fase lipídica da membrana. Os transportadores móveis podem incluir produtos solúveis em água da peroxidação lipídica, cuja presença, como se constatou, aumenta a permeabilidade da membrana aos íons hidrogênio.

2. Na camada lipídica aparecem substâncias cujas moléculas, quando reunidas, formam um canal através da membrana. Através desse canal, os íons podem passar de um lado para o outro da membrana. Os canais são formados por certas moléculas de antibióticos, como a gramicidina A e a polimixina. Os produtos da peroxidação lipídica também podem formar canais na camada lipídica se houver íons cálcio na solução. Os produtos da clivagem de alguns fosfolipídios (em particular, cardiolipina) pela fosfolipase A 2 formam canais para cátions monovalentes.

3. A resistência elétrica da camada lipídica da membrana diminui e sua seção é destruída pela corrente elétrica, que ocorre sob a influência da diferença de potencial existente na membrana. Este fenômeno é denominado “colapso elétrico” (veja abaixo). A formação de “poros” na membrana com a indução da quebra da membrana está subjacente às violações da função de barreira da membrana durante a adsorção de polieletrólitos, proteínas estranhas à célula e anticorpos na bicamada lipídica.

Radicais livres. Radicais livres (peroxidação lipídica). É bem sabido que nas moléculas orgânicas (incluindo aquelas que constituem o nosso corpo), os elétrons na camada eletrônica externa estão dispostos em pares: um par em cada orbital. Os radicais livres diferem das moléculas comuns porque possuem um elétron desemparelhado (único) em sua camada eletrônica externa. Isto os torna quimicamente ativos enquanto procuram recuperar o elétron perdido, afastando-o das moléculas circundantes e, assim, danificando-as. Os radicais livres reagem com compostos inorgânicos e orgânicos - proteínas, lipídios, carboidratos, ácidos nucléicos e iniciam reações autocatalíticas, durante as quais as moléculas com as quais reagem também se transformam em radicais livres. Por isso,

Os radicais livres são moléculas altamente ativas que podem destruir estruturas celulares.

A principal fonte de radicais é o oxigênio molecular. PARA radicais de oxigênio incluem: NO* (óxido nítrico ou nitróxido), RO* (radical alcóxi), RO* 2 (radical peróxido ou peróxido), O* 2 - (radical ânion superóxido ou superóxido), HO* 2 (radical hidroperóxido, HO* ( radical hidroxila).

Em geral, todos os radicais formados no corpo humano podem ser divididos em naturais e estranhos. Por sua vez, os radicais naturais podem ser divididos em primários, secundários e terciários (Fig. 3-2).

Radicais primários- aqueles radicais cuja formação se realiza com a participação de determinados sistemas enzimáticos (NADPH oxidase, NO sintase, ciclooxigenase, lipoxigenase, monooxigenase, xantina oxidase, etc.). Em primeiro lugar, os radicais primários incluem semiquinonas formadas nas reações de transportadores de elétrons como a coenzima Q (denotamos o radical como Q*) e flavoproteínas, O* 2 -, NO*.

Arroz. 3-2. Classificação dos radicais no corpo humano

A partir do radical primário - O* 2 -, bem como como resultado de outras reações no organismo, formam-se compostos moleculares muito ativos: peróxido de hidrogênio (H 2 O 2), hipoclorito (HOCl), hidroperóxidos lipídicos. Sob a influência de íons metálicos de valência variável, principalmente Fe 2 +, essas substâncias formam radicais secundários(HO*, radicais lipídicos), que têm efeito destrutivo nas estruturas celulares.

Para se proteger contra os efeitos nocivos dos radicais secundários, o corpo utiliza um grande grupo de substâncias chamadas antioxidantes (ver abaixo), que incluem “armadilhas” (“interceptadores”) de radicais livres. Exemplos destes últimos são alfa-tocoferol, tiroxina, ubiquinona reduzida (QH 2) e hormônios esteróides femininos. Reagindo com os radicais lipídicos, essas próprias substâncias se transformam em radicais antioxidantes, que podem ser considerados como radicais terciários.

Junto com esses radicais, que se formam constantemente em quantidades variadas nas células e tecidos do corpo humano, os radicais que aparecem sob influências como radiação ionizante, irradiação ultravioleta ou mesmo iluminação com luz visível intensa, como a luz laser, podem ter um efeito destrutivo. Esses radicais podem ser chamados de estrangeiros. Estes também incluem radicais formados a partir de compostos estranhos e xenobióticos que entram no corpo, muitos dos quais têm um efeito tóxico precisamente devido aos radicais livres formados durante o metabolismo destes compostos.

No entanto, não se deve presumir que os radicais livres sejam apenas um fator prejudicial às células. Um exemplo do papel positivo destes compostos é o sistema imunológico celular. Por exemplo, leucócitos fagocíticos (que incluem granulócitos e monócitos do sangue e células teciduais - macrófagos), em contato com a superfície das bactérias no local da inflamação, são ativados e, com a ajuda da NADPH oxidase, uma enzima incorporada ao membrana celular e vesículas-fagossomas intracelulares, geradas a partir do radical ânion superóxido O 2, que tem efeito bactericida (Fig. 3-3). O nitróxido (NO*), liberado pelas células fagocitárias junto com os radicais superóxido, é usado para combater micróbios fúngicos. Para desempenhar suas funções assassinas, os fagócitos também utilizam hipoclorito (OCl -) formado a partir de peróxido de hidrogênio. Reação

Arroz. 3-3. Reações radicais superóxido

A formação de hipoclorito é catalisada por uma enzima especial - mieloperoxidase: H 2 O 2 + Cl - - H 2 O + OO - . O hipoclorito em si não é um radical livre (pertence ao grupo dos metabólitos ativos do oxigênio de natureza não radical), mas interage com moléculas orgânicas por meio de mecanismos radicais. Com a participação do hipoclorito, formam-se moléculas altamente ativas como o radical hidroxila (Fe 2 + + OCl - + H+ - Fe 3 + + HO "+ Cl -), oxigênio singleto (IO 2). Nos leucócitos ativados, o radical hidroxila ( HO") também pode ser formado durante a decomposição do peróxido de hidrogênio na presença de íons de ferro divalentes (H 2 O 2 + Fe 2 + - Fe 3 + + HO "+ HO"). O efeito citotóxico de OCl - e HO" reside na sua capacidade de destruir grupos SH e outros resíduos de aminoácidos de proteínas, induzir quebras de cadeias de DNA e RNA, aumentar a atividade de peroxidação lipídica, proteinases, proteínas do sistema complemento e inibir proteínas de fissão e enzimas bacterianas.

Os radicais livres também desempenham outras funções, inclusive regulatórias. Assim, alguns tecidos, em particular o cérebro, são caracterizados pelo aumento da síntese de prostaglandinas, tromboxanos e leucotrienos, formados a partir do ácido araquidônico durante a indução da peroxidação lipídica com a participação do ânion superóxido. O radical ubiquinona (coenzima Q) - semiquinona (HQ") está envolvido na cadeia de transporte de elétrons; se a cadeia respiratória for interrompida, pode se tornar uma fonte de outros radicais, principalmente radicais de oxigênio.

Além disso, os radicais livres participam ativamente dos processos de transmissão do sinal celular e podem atuar como secundários

mensageiros ricos em cascatas de sinalização desencadeadas por angiotensina II, endotelina, etc. Assim, o “NO”, formado pelas células das paredes dos vasos sanguíneos (endotélio) com a participação da enzima NO sintase contendo heme, desempenha um papel fundamental em a regulação do tônus ​​​​vascular e da pressão arterial: sua deficiência leva à hipertensão, o excesso leva à hipotensão. O metabolismo prejudicado do NO causa doenças associadas a alterações na pressão arterial. a regulação do processo proliferativo.

Em condições normais, os radicais de oxigênio não se acumulam nas células. A condição das células caracterizada por um conteúdo excessivo de radicais de oxigênio nelas é chamada estresse oxidativo. O estresse oxidativo se desenvolve quando a homeostase redox (homeostase ou equilíbrio redox) em uma célula é perturbada. Este desequilíbrio pode ser devido à superprodução de espécies reativas de oxigênio ou à insuficiência do sistema de defesa antioxidante, que inclui compostos de baixo peso molecular de origem vegetal e animal (contidos no plasma sanguíneo, citoplasma ou membranas celulares). Existem vários grupos principais de antioxidantes:

1) enzimático - superóxido dismutase, catalase, enzimas do ciclo da glutationa (glutationa peroxidase, glutationa redutase, glutationa-S-transferase);

2) fenólicos - vitamina E, coenzima Q, flavonóides (quercetina, rutina, hesperetina, etc.);

3) carotenóides - pigmentos vegetais solúveis em gordura que fazem parte de vegetais e frutas (cenoura, espinafre, manga, damasco, etc.);

4) ácido ascórbico (vitamina C) - encontrado em vegetais frescos, frutas e bagas (salsa, repolho jovem, roseira brava, groselha preta, limão, laranja, mamão, maçã, etc.), no corpo é encontrado em grandes quantidades nas glândulas supra-renais, glândula pituitária, glândula timo;

6) quelantes de íons metálicos de valência variável - transferrinas, ferritina, ceruloplasmina, metalotioneínas, ácido úrico, etc.

Com base no princípio da ação antioxidante, distinguem-se os antioxidantes de ação direta (dirigida) e indireta (mediada). A eficácia deste último se manifesta apenas em sistemas vivos (na Vivo), enquanto os compostos direcionados podem suprimir processos oxidativos envolvendo metabólitos ativos de oxigênio, como na Vivo, então e em vitro.

Em condições naturais, os antioxidantes (superóxido dismutase, catalase, taurina, etc.) protegem os fagócitos da autodestruição pelos seus próprios radicais (superóxido, hipoclorito, radical hidroxila), coordenam a geração de mediadores inflamatórios por neutrófilos e macrófagos (prostaglandinas, IL-6, TNF-α, etc.). Os efeitos de alguns antioxidantes são apresentados na tabela. 3-5.

Tabela 3-5. Os antioxidantes mais famosos

As principais etapas da oxidação da cadeia. A reação de oxidação em cadeia de lipídios desempenha um papel excepcional na patologia celular. Ocorre em vários estágios: iniciação, continuação, ramificação e terminação da cadeia (Fig. 3-4).

Arroz. 3-4. Reação em cadeia de peroxidação lipídica: 1 - cadeia de oxidação antiga, 2, 3 - novas cadeias de oxidação

O início de uma reação em cadeia começa com a introdução de um radical livre na camada lipídica das membranas ou lipoproteínas. Na maioria das vezes, este é um radical hidroxila. Por ser uma pequena partícula sem carga, é capaz de penetrar na espessura da camada lipídica hidrofóbica e entrar em interação química com ácidos graxos poliinsaturados (geralmente chamados de LH), que fazem parte das membranas biológicas e das lipoproteínas do plasma sanguíneo. Neste caso, os radicais lipídicos são formados:

HO" + LH - H 2 O + L".

O radical lipídico (L) reage com o oxigênio molecular dissolvido no meio, resultando na formação de um novo radical livre - radical peróxido lipídico (LOO):

Este radical ataca uma das moléculas vizinhas de fosfolipídios para formar o hidroperóxido lipídico LOOH e um novo radical L:

LOO"+ LH - LOН + L"

A alternância das duas últimas reações é precisamente uma reação em cadeia do LPO (ver Fig. 3-4).

Uma aceleração significativa da peroxidação lipídica é observada na presença de pequenas quantidades de íons de ferro ferroso. Neste caso, a ramificação da cadeia ocorre como resultado da interação do Fe 2 + com hidroperóxidos lipídicos:

Fe 2 + + LOOH - Fe 3 + + HO - + LO"

Os radicais LO resultantes iniciam novas cadeias de oxidação lipídica (ver Fig. 3-4):

LO" + LH - LOН + L"; eu"+ O 2 - LOO" - etc.

Nas membranas biológicas, as cadeias podem consistir em uma dúzia de elos ou mais. Mas, no final, a cadeia se rompe como resultado da interação dos radicais livres com antioxidantes (InH), íons metálicos de valência variável (por exemplo, o mesmo Fe 2 +) ou entre si:

LOO" + Fe 2 + + H+ - LOOH + Fe 3 +

LOO" + InH - In"+ LOOH

LOO + LOO - produtos moleculares

Efeitos prejudiciais da peroxidação lipídica. Na Fig. As Figuras 3-5 mostram os principais alvos da LPO nas estruturas de membrana das células. As estruturas proteicas ou a bicamada lipídica como um todo são danificadas. Recentemente, os cientistas têm prestado cada vez mais atenção à interação das membranas com os ácidos nucléicos no núcleo e nas mitocôndrias. Aparentemente, um dos resultados da peroxidação lipídica pode ser o dano a essas moléculas, com todas as consequências decorrentes.

Os mais sensíveis à peroxidação lipídica são os grupos sulfidrila, ou tiol (SH), das proteínas de membrana: enzimas, canais iônicos e bombas. A oxidação de grupos tiol produz radicais (S), que então reagem entre si para formar dissulfetos (SS) ou se combinam com oxigênio para formar sulfitos e sulfatos (SO 3 e SO 4). Também desempenha um papel importante na patologia celular

Arroz. 3-5. Efeito prejudicial da peroxidação lipídica nas membranas biológicas

danos a enzimas transportadoras de íons (por exemplo, Ca 2 +, Mg 2+ -ATPase), cujo centro ativo inclui grupos tiol (Fig. 3-5, 1). A inativação da Ca 2 + -ATPase leva a uma desaceleração no bombeamento de íons cálcio da célula e a uma aceleração de seu “vazamento” para dentro da célula (onde sua concentração é menor). Isso causa um aumento no nível de íons cálcio no citoplasma e danos às estruturas celulares.

A oxidação de grupos tiol de proteínas de membrana leva ao aparecimento de defeitos nas membranas das células e nas mitocôndrias. Sob a influência de um campo elétrico, os íons sódio entram nas células através desses defeitos e os íons potássio entram nas mitocôndrias. Como resultado, ocorre um aumento da pressão osmótica no interior das células e das mitocôndrias e seu inchaço. Isto leva a danos ainda maiores nas estruturas da membrana.

Juntamente com as proteínas e os ácidos nucleicos, a própria bicamada lipídica serve como alvo para os efeitos prejudiciais da LPO. Foi demonstrado que os produtos LPO tornam a fase lipídica das membranas permeável aos íons hidrogênio e cálcio (Fig. 3-5, 2-3). Isso leva ao fato de que a oxidação e a fosforilação nas mitocôndrias são desacopladas, e a célula se encontra em condições de falta de energia. Ao mesmo tempo, os íons cálcio são liberados das mitocôndrias para o citoplasma, danificando as estruturas celulares.

Talvez o resultado mais importante da peroxidação seja a diminuição da estabilidade elétrica da camada lipídica, que

Isto leva à ruptura elétrica da membrana pelo seu próprio potencial de membrana (Fig. 3-5, 4). A ruptura elétrica faz com que a membrana perca completamente suas funções de barreira.

Estabilidade da camada lipídica das membranas e fenômeno de ruptura elétrica. Como se sabe, as membranas apresentam uma certa resistência R à corrente elétrica I, que, com uma pequena diferença de potencial φ entre os dois lados da membrana, é um valor constante. Em outras palavras, a lei de Ohm é observada para a membrana: I = φ / R. Isso significa que a relação entre a tensão através da membrana φ e a corrente através da membrana I é linear. No entanto, esta dependência permanece em valores relativamente pequenos de |φ|: não superiores a 200-300 mV. A uma certa diferença de potencial crítica, a corrente aumenta acentuadamente, o que pode causar a destruição da membrana. Este fenômeno é chamado colapso elétrico.

A quebra elétrica da membrana é baseada na geração espontânea (devido ao movimento térmico das moléculas) de defeitos na bicamada lipídica - poros através dos quais moléculas e íons solúveis em água podem passar. Na ausência de diferença de potencial na membrana, não ocorre aumento no tamanho dos poros formados espontaneamente, pois esse processo é acompanhado por aumento na área da interface lipídio-água e requer gasto de energia para superar o forças de tensão superficial na interface. Porém, à medida que a diferença de potencial através da membrana aumenta, a quantidade de energia necessária para formar e aumentar o tamanho do poro diminui, o que contribui para o seu maior crescimento, que, após superar uma determinada barreira energética, torna-se espontâneo e leva à destruição completa. da membrana (Fig. 3-6). Nos pequenos potenciais de membrana que existem numa célula viva (-70 mV na membrana citoplasmática e -175 mV na membrana mitocondrial interna), isso não acontece porque a barreira energética é bastante elevada. Além disso, em condições normais, sob a ação de forças de tensão superficial, o defeito resultante é “apertado” e a membrana permanece intacta. A magnitude da barreira diminui com o aumento da polarização da membrana. O potencial no qual a ruptura elétrica começa é chamado potencial de ruptura e geralmente é denotado como U* ou φ*. O potencial de quebra é diferente para membranas com diferentes composições de proteínas e lipídios e pode servir como uma medida quantitativa de energia elétrica.

Arroz. 3-6. Quebra elétrica das membranas: A - aparecimento na bicamada lipídica da membrana de um poro preenchido com água; B - o tamanho da superfície interna do poro é proporcional ao seu raio; B é a energia da membrana com o poro dependendo do seu raio (o valor da barreira de potencial diminui à medida que o poro cresce); G - aumento da corrente dependendo do potencial de ruptura

estabilidade da membrana. Quanto mais estável for a membrana, maior será o seu potencial de ruptura (ou seja, |φ*|).

Nas células vivas, o potencial de ruptura é superior ao potencial de membrana (|φ*|>|φ|), caso contrário as membranas seriam rompidas pelo seu próprio potencial e a célula não poderia existir. No entanto, a margem de segurança elétrica é pequena - 20-30 mV. Isso significa que para |φ*|<|φ|, т.е. при снижении электрической прочности, может произойти «самопробой» мембраны.

Conforme mencionado acima, as principais razões para a violação das propriedades de barreira das membranas na patologia são o seu estiramento mecânico (osmótico), a ativação da peroxidação lipídica, a hidrólise de fosfolipídios e a adsorção de polieletrólitos na superfície. Um estudo da influência desses fatores na resistência elétrica das membranas mostrou que todos eles reduzem as forças de tensão superficial na interface entre a camada lipídica da membrana e a solução aquosa circundante e, conseqüentemente, a magnitude do potencial de ruptura ( Figura 3-7). Por isso, A ruptura elétrica é um mecanismo universal para perturbar a função de barreira das membranas na patologia.

Sistemas de membrana para proteção contra falhas elétricas. Existem dois fatores conhecidos pelos quais as células vivas aumentam a estabilidade elétrica de suas estruturas de membrana:

Arroz. 3-7. Diminuição da resistência elétrica de uma membrana lipídica de bicamada (BLM) sob a influência da radiação ultravioleta (UV), fosfolipase A2, peptídeos e estiramento da membrana causado por uma diferença na pressão hidrostática (ΔΡ)

1. Potencial superficial assimétrico. O potencial de superfície ocorre na membrana quando grupos químicos carregados, como carboxila ou fosfato, aparecem na superfície da camada lipídica. A bicamada lipídica é diretamente afetada por um potencial igual à diferença entre o potencial de membrana (ou seja, o potencial entre o meio aquoso que lava a membrana) e o potencial de superfície (Fig. 3-8). Devido à densidade de carga desigual na superfície da membrana, a diferença de potencial real aplicada à bicamada lipídica difere da diferença de potencial transmembrana. Isto reduz a probabilidade de quebra da membrana pelo seu próprio potencial.

2. Colesterol. Foi demonstrado que a inclusão de moléculas de colesterol na bicamada fosfolipídica aumenta significativamente a resistência elétrica das membranas, ou seja, aumenta o potencial de ruptura (ver Fig. 3-6, D). O efeito do colesterol nas membranas danificadas é especialmente perceptível. As propriedades protetoras do colesterol contra a quebra elétrica da membrana podem ser explicadas pelo seu efeito na viscosidade da bicamada lipídica. Sabe-se que a introdução de colesterol na bicamada fosfolipídica aumenta a viscosidade desta em 2 a 3 vezes. Isso leva a uma desaceleração na formação e crescimento de defeitos (poros) na bicamada lipídica das membranas, que estão na base do fenômeno de ruptura elétrica.

Arroz. 3-8. A influência do potencial de superfície (cp S) na diferença de potencial na camada lipídica das membranas (cp L) no mesmo potencial de membrana (φ)

Critérios para avaliar violações da função de barreira da membrana citoplasmática. Os principais critérios para julgar uma violação das propriedades de barreira da membrana citoplasmática e um aumento na sua permeabilidade são: uma diminuição na resistência elétrica do tecido, a penetração de um corante solúvel em água no citoplasma, uma diminuição no repouso potencial de membrana, desequilíbrio no equilíbrio iônico, liberação de metabólitos intracelulares no meio ambiente e inchaço celular.

Reduzindo a resistência elétrica (impedância) do tecido. Um método para avaliar o estado das membranas plasmáticas e intracelulares pode ser a medição da resistência elétrica - impedância tecidual, que inclui componentes ôhmicos e capacitivos, uma vez que cada célula é como um sistema de capacitores (membranas biológicas) e resistores (membranas biológicas, intercelulares). fluido e citoplasma). Quando as células são danificadas ou envelhecidas, é registrada uma diminuição na capacitância do tecido, que está associada principalmente a uma violação do estado das membranas celulares. Quando as células sofrem inchaço ou estrição, o componente ôhmico (alta frequência) da impedância muda. Para quantificar essas violações, B.N. Tarusov propôs uma definição do coeficiente de viabilidade celular (K) como a razão entre a resistência do tecido à corrente alternada com frequência de 104 Hz (R104) e a resistência do tecido quando exposto a corrente com frequência de 106 Hz (R106): K = R104 / R106.

Coloração do citoplasma com vários corantes. Os corantes solúveis em água não penetram bem através das membranas das células intactas, ligam-se fracamente às estruturas intracelulares e, portanto, coram-nas fracamente. Um aumento na permeabilidade das membranas plasmáticas e intracelulares leva a um aumento na quantidade de corante que entra na célula e se liga aos componentes do citoplasma. Consequentemente, a coloração celular com corantes aumenta quando está danificada. Esta é a base para muitos métodos histoquímicos para determinar a viabilidade celular (usando azul neutro, eosina, etc.).

Diminuição do potencial de membrana em repouso. A diferença de potencial elétrico entre o conteúdo da célula e o meio ambiente (potencial de membrana em repouso), como se sabe, é criada principalmente pela difusão de íons potássio da célula para o meio ambiente. Distribuição desigual de íons entre a célula e o ambiente

O ambiente subjacente à geração de potenciais elétricos na membrana é garantido pela operação constante de uma bomba de íons moleculares (Na + /K + -ATPase) embutida na membrana plasmática das células.

Assim, dentro das células, o conteúdo de íons potássio é 20-40 vezes maior e de íons sódio - 10-20 vezes menor do que no fluido extracelular. Devido à diferença na concentração de íons na célula e no ambiente na membrana plasmática, há uma diferença de potencial com sinal negativo dentro da célula (cerca de -70 mV para células nervosas e musculares). Uma diminuição na polarização da membrana sob a influência de fatores prejudiciais ocorre tanto como resultado de um aumento inespecífico na permeabilidade iônica quanto como resultado de uma diminuição nos gradientes de concentração iônica devido ao desligamento das bombas iônicas.

Este último ocorre tanto com dano direto à Na+/K+- ATPase, quanto com diminuição dos níveis de ATP devido à interrupção dos processos bioenergéticos nas mitocôndrias. Por exemplo, foi estabelecida uma diminuição no potencial de membrana em repouso das células do fígado em animais de laboratório durante a asfixia. Uma diminuição no potencial de membrana também é observada durante o frio, radiação, danos alérgicos, tóxicos e outros danos às células e estruturas subcelulares.

Liberação de íons de potássio das células. Devido à diferença de potencial entre o conteúdo interno da célula e o fluido circundante, os íons potássio entram na célula. Esse fluxo constante de K+ para dentro da célula compensa a liberação espontânea de potássio para fora, que ocorre devido à difusão desses cátions de uma área com maior concentração de potássio para uma área com menor concentração. O dano à célula é acompanhado por diminuição do conteúdo de ATP nela, inibição da Na + /K + -ATPase, queda do potencial elétrico na membrana plasmática, aumento do conteúdo de Ca 2 + intracelular e liberação de potássio das células. A liberação de potássio das células tem sido descrita durante traumas mecânicos, diversas intoxicações, condições alérgicas, hipóxia, hipotermia e muitos outros danos a órgãos e tecidos. A diminuição do conteúdo de K+ na célula também pode ocorrer sob a influência de grandes doses de hormônios mineralocorticóides, sob a ação de certos medicamentos, como os glicosídeos cardíacos. Por sua vez, um aumento na concentração de potássio no ambiente extracelular leva a uma diminuição no potencial de membrana

la células vizinhas intactas, que no caso de tecidos eletricamente excitáveis ​​podem causar a geração de potenciais de ação. Assim, um aumento na concentração de potássio no local do infarto do miocárdio pode ser uma das causas da fibrilação cardíaca.

Acúmulo de íons cálcio no citoplasma. Nas células normais, a concentração de íons cálcio no citoplasma é extremamente baixa: 10 -7 M ou mesmo 10 -8 M, enquanto o ambiente que circunda a célula contém 10 -3 M íons de cálcio. Deve-se ter em mente que os íons de cálcio entram na célula não apenas espontaneamente (o processo de “vazamento” através da membrana), mas também em algumas células através dos canais de cálcio na membrana. Esses canais podem se abrir em resposta à despolarização da membrana (canais de cálcio dependentes de voltagem) ou à ligação de hormônios e transmissores a receptores de membrana (canais de cálcio dependentes de receptor). A entrada de Ca 2+ na célula é compensada pelo trabalho de três tipos de sistemas de transporte de cálcio: a bomba de cálcio (Ca 2+ /Mg 2+ -ATPase) na membrana do retículo sarcoplasmático e plasmalema, o acúmulo de Ca 2+ nas mitocôndrias e em algumas células do trocador Na+/Ca 2+. , incorporado ao plasmalema.

Quando a célula é danificada, o funcionamento das mitocôndrias é perturbado: o potencial de membrana da membrana mitocondrial interna diminui e a fosforilação oxidativa é interrompida. Como consequência da diminuição do potencial de membrana, a absorção de íons cálcio pelas mitocôndrias diminui. Uma diminuição na concentração de ATP na célula leva à inibição da Ca 2+ /Mg 2+ -ATPase da membrana plasmática e da membrana do retículo sarcoplasmático. Um aumento na concentração de Na+ na célula devido à inibição da bomba de sódio com falta de ATP leva ao desligamento e até mesmo à reversão da direção da troca Na+/Ca 2+ através da membrana plasmática. Como resultado, a concentração de cálcio aumenta de 10 -8 M - 10 -7 M para 10 -6 M - 10 -5 M, o que leva à ativação de um grande número de enzimas dependentes de cálcio (proteínas quinases, fosfatases, fosfolipases , fosfodiesterases de nucleotídeos cíclicos, etc.), distúrbios do citoesqueleto (ver seção 3.4), formação de inclusões de cálcio insolúveis na matriz mitocondrial, danos às membranas intracelulares e desorganização geral do metabolismo. Morfologicamente, isso se manifesta na desaceleração do movimento browniano de várias inclusões no interior da célula (aumento da “viscosidade do protoplasma”) e no aumento da dispersão da luz; os corantes começam a penetrar mais facilmente

célula e se ligam em grandes quantidades às estruturas intracelulares. Todos esses sinais são típicos de uma “resposta celular inespecífica ao dano”, de acordo com D.N. Nasonov e V.Ya. Alexandrov (veja acima).

Liberação de metabólitos. Um aumento na permeabilidade da membrana celular e uma deterioração no funcionamento das bombas iônicas levam à liberação de componentes citoplasmáticos no meio ambiente. As substâncias liberadas pelas células não são de forma alguma indiferentes a outras células, tecidos e órgãos. Assim, entre as substâncias liberadas pelas células danificadas em decorrência de isquemia (fluxo sanguíneo prejudicado) ou queimadura, existem polipeptídeos que têm a capacidade de causar parada cardíaca (isquêmica, queimar toxinas). A detecção destas substâncias é realizada por vários métodos, incluindo a medição da quimiluminescência do plasma sanguíneo, cuja intensidade diminui na presença de toxinas polipeptídicas.

Aumento do volume (inchaço) das células. O aumento do volume celular é um dos primeiros sinais de dano celular, que se manifesta, por exemplo, quando há falta de oxigênio no tecido - hipóxia tecidual. A preservação da forma e do volume normais das células está associada ao estado do citoesqueleto e à manutenção de uma certa relação entre a pressão osmótica das proteínas e eletrólitos dentro e fora da célula. Nesse caso, a forma da célula é determinada em maior medida pelo citoesqueleto, enquanto o volume é determinado pela manutenção do equilíbrio osmótico. Como todas as membranas biológicas são bem permeáveis ​​à água, mas pouco permeáveis ​​à maioria das substâncias dissolvidas na água, incluindo sais, as células, bem como as estruturas intracelulares, como as mitocôndrias, têm a propriedade de um osmômetro: seu volume muda com mudanças na concentração de íons e moléculas dentro e fora das células ou organelas. Em condições normais, a proporção das concentrações de todos os íons e moléculas dentro e fora da célula é estritamente mantida. Assim que a concentração de íons ou moléculas no citoplasma começa a aumentar, o volume da célula aumenta à medida que a água entra. O bombeamento de íons por bombas e trocadores de membrana é acompanhado pela restauração de seu volume devido à liberação do excesso de água seguindo os íons.

O inchaço celular está associado a uma violação da regulação do seu volume por parte da membrana plasmática. Nas células normais, a concentração de proteínas é maior do que nas células externas, como resultado das células de mamíferos terem uma maior concentração intracelular.

pressão coloidosmótica (oncótica) do que o fluido extracelular. Isto levaria inevitavelmente a um aumento no volume celular se, para equilibrar esse “excesso” de pressão, os íons sódio não fossem removidos (bombeados) da célula devido ao trabalho da Na + /K + -ATPase dependente de energia. Como a membrana celular é altamente permeável aos íons cloro, o cloro também sai junto com o sódio devido à diferença de potencial através da membrana. Em outras palavras, a bomba de sódio remove o NaCl da célula e reduz a concentração de íons no citoplasma, o que leva à diminuição do volume celular. Este processo é combatido pelo processo de entrada espontânea de sódio na célula através de defeitos na bicamada lipídica, canais de sódio, transportadores que acoplam a entrada de sódio ao transporte de açúcares e aminoácidos para dentro da célula, Na + /H + - e trocadores Na + /Ca 2+, bem como cotransportador Na + / K + /2C1-.

Assim, uma célula viva encontra-se em estado de equilíbrio dinâmico, no qual o “vazamento” da membrana celular é compensado pelo funcionamento constante da bomba de íons (esta é a chamada hipótese de vazamento e bomba).

Na patologia, pode ocorrer um aumento na permeabilidade iônica da membrana celular (um aumento no “vazamento”) ou uma interrupção no funcionamento das bombas iônicas, por exemplo, com falta de fornecimento de energia devido à hipóxia, a ação de cianeto ou desacopladores de fosforilação oxidativa (dinitrofenol). Em experimentos com células isoladas do fígado, rins e cérebro, foi demonstrado que o envenenamento com sais de mercúrio ou outros metais pesados ​​leva a um aumento na permeabilidade iônica da membrana celular (aumento do “vazamento”), interrupção do transporte dependente de ATP e um aumento no volume celular (ou seja, inchaço dos tecidos).

O segundo mecanismo de inchaço celular durante a hipóxia é um aumento na carga osmótica intracelular causada pelo acúmulo de metabólitos (catabólitos), como fosfato inorgânico, lactato e nucleosídeos de purina.

O inchaço celular é um processo que está longe de ser indiferente ao funcionamento das células e dos tecidos como um todo. O primeiro resultado disso é a compressão dos vasos sanguíneos e a obstrução da circulação sanguínea. Assim, durante a isquemia, ocorre inchaço celular, e a subsequente retomada geral da circulação sanguínea não leva imediatamente e nem sempre leva à restauração da atividade tecidual, porque o sangue não penetra nos pequenos vasos sanguíneos.

vasos comprimidos por células inchadas. A mesma coisa acontece com o transplante de órgãos. Às vezes, é utilizada a lavagem preliminar do órgão transplantado com solução hipertônica, que restaura o volume celular anterior e normaliza a microcirculação.

3.2.2. Violação das propriedades estruturais (matriz) da bicamada lipídica

As mais estudadas são três características da camada lipídica das membranas, das quais dependem suas propriedades como fase líquida (matriz) garantindo o funcionamento das proteínas e receptores da membrana: carga superficial, viscosidade e área da camada lipídica. Todas essas características são estudadas utilizando sondas fluorescentes e de spin.

A peroxidação e a ação das fosfolipases de membrana levam ao acúmulo de ácidos graxos poliinsaturados na fase lipídica das membranas, que conferem à membrana uma carga negativa em pH neutro. Um aumento nas cargas negativas na superfície da membrana facilita a ligação de íons e moléculas de proteínas que transportam cargas positivas para a membrana e, inversamente, reduz a interação da membrana com moléculas carregadas negativamente ou outras membranas. Ao se ligarem mais Ca 2 +, as membranas com grande número de cargas negativas na superfície tornam-se mais acessíveis à ação das fosfolipases, mas ao mesmo tempo se ligam menos aos íons de ferro divalentes, que aceleram a peroxidação lipídica.

Por outro lado, durante a peroxidação lipídica, a viscosidade da camada lipídica das membranas aumenta. Um aumento na viscosidade leva à interrupção do funcionamento dos receptores de membrana, canais iônicos, bem como enzimas incorporadas às membranas, como Na + /K + -ATPase e Ca 2+ /Mg 2+ -ATPase. Por sua vez, isso altera o equilíbrio iônico da célula e pode levar a distúrbios metabólicos.

Utilizando sondas fluorescentes, foi demonstrado que durante a peroxidação lipídica ocorre diminuição da área superficial da camada lipídica da membrana, bem como da área ocupada pelos fosfolipídios na superfície das lipoproteínas do plasma sanguíneo. Isto se deve à oxidação de parte das cadeias de ácidos graxos dos fosfolipídios e sua liberação na fase aquosa. Um dos resultados deste fenômeno é

aumento da concentração relativa de colesterol na monocamada lipídica da superfície das lipoproteínas submetidas à peroxidação. Como resultado, as lipoproteínas de baixa densidade (LDL) transferem ainda mais colesterol para as membranas celulares da parede vascular do que o LDL não oxidado, e a sua aterogenicidade aumenta. As lipoproteínas de alta densidade (HDL), que normalmente têm efeito antiaterogênico, como resultado da peroxidação perdem completamente a capacidade de aceitar o colesterol das membranas celulares, o que contribui para o desenvolvimento da aterosclerose.

3.3. ALTERAÇÕES NO METABOLISMO INTRACELULAR DURANTE O DANO

Acidose. Qualquer dano à célula é acompanhado por acidose de seu citoplasma (o pH cai para 6 e abaixo). A acidose prejudicial é consequência do acúmulo de certos produtos metabólicos (por exemplo, ácido láctico) na célula. A acidose nos tecidos danificados ocorre sob a influência de vários agentes patogênicos: fatores físicos, produtos químicos (por exemplo, óleo de mostarda), toxinas bacterianas (bacilo da disenteria, estafilococos hemolíticos). Danos por acidose também ocorrem nos tecidos durante a hipóxia.

Ativação de proteases. As proteases com atividade ideal na região de valores de pH neutro incluem: proteases dependentes de ATP, dependentes de ubiquitina, dependentes de Ca 2 + (calpaína). As calpaínas estão presentes em quase todas as células dos mamíferos. Eles estão localizados fora dos lisossomos em estruturas de membrana na forma de um complexo inativo com proteínas inibitórias (calpastatinas). As principais funções das calpaínas são a reparação do citoesqueleto e das membranas celulares, a destruição de proteínas receptoras e sua renovação, a ativação de certas enzimas e a participação nos processos de mitose. Foram identificadas duas isoformas de enzimas - com alta e baixa afinidade pelo cálcio; ambos são ativados por este íon. O experimento mostrou que a ativação persistente e descontrolada de calpaínas pelo cálcio leva a danos aos microfilamentos do citoesqueleto plaquetário, membrana eritrocitária, morte de células hepáticas, cardiomiócitos, etc.

Ativação de endonucleases. Como mencionado acima, quando uma célula completa seu ciclo de vida, o processo de morte celular fisiológica programada – apoptose – é ativado. Nos estágios iniciais, alterações morfológicas aparecem em uma célula apoptótica: “ebulição” das membranas celular e nuclear, condensação da cromatina. O marcador mais confiável do processo de desenvolvimento é a ativação de endonucleases (DNases citoplasmáticas e nucleares) - enzimas que decompõem a cromatina em fragmentos (oligonucleossomos). A activação de endonucleases é observada, por exemplo, durante a morte de timócitos e linfócitos num organismo irradiado. Foi estabelecido que o cálcio está envolvido na ativação de endonucleases. O aumento persistente do teor de Ca 2 + no citoplasma dos timócitos está associado, por exemplo, à fragmentação do DNA e à morte dessas células sob a ação dos glicocorticóides. Além disso, o processo de fragmentação do DNA ligado ao Ca 2 + nos timócitos está na base da atrofia do timo de animais experimentais durante o envenenamento por dioxina. A ativação de endonucleases também pode ser a causa da morte das células do fígado, do miocárdio e dos rins durante o envenenamento por muitos produtos químicos.

3.4. PERTURBAÇÃO DA ESTRUTURA E FUNÇÃO DAS ORGANELAS INTRACECULARES DURANTE O DANO

Estruturas intracelulares como mitocôndrias, ribossomos e polissomos, lisossomos e elementos do citoesqueleto exibem alta sensibilidade aos efeitos prejudiciais de fatores patogênicos.

Mitocôndria. A interrupção das funções bioenergéticas das mitocôndrias é uma das primeiras manifestações de dano celular. Por exemplo, após a cessação da circulação sanguínea, ocorre uma violação da fosforilação oxidativa nas mitocôndrias após 20-30 minutos no fígado e após 30-60 minutos nos rins. Na mesma época, aparecem outros sinais de danos celulares.

Os sinais de disfunção mitocondrial incluem:

1. Redução do consumo de oxigênio. Uma diminuição na taxa de consumo de oxigênio pelas mitocôndrias, associada à interrupção dos transportadores de elétrons, é observada quando exposta a

muitos compostos tóxicos, por exemplo, íons de metais pesados, como mercúrio ou prata, vários compostos hidrofóbicos, vários derivados de hidrocarbonetos, durante a peroxidação lipídica. Também pode ser consequência do inchaço das mitocôndrias e da ruptura de sua membrana externa, fazendo com que o citocromo C, um dos transportadores de elétrons da cadeia respiratória, deixe as mitocôndrias.

2. Aumento da permeabilidade da membrana mitocondrial interna. Ocorre quando as mitocôndrias são danificadas devido à hipóxia ou LPO.

3. Diminuição da capacidade de acumular cálcio. Paralelamente ao desacoplamento da fosforilação oxidativa, ocorre uma perda da capacidade das mitocôndrias de acumular íons de cálcio. Na presença de excesso de substratos respiratórios e na presença de oxigênio e ortofosfato, as mitocôndrias do fígado são capazes de acumular na matriz uma quantidade de fosfato de cálcio, cuja massa excede a massa das mitocôndrias em centenas e até mil vezes! Danos às mitocôndrias levam a uma queda na diferença de potencial através da membrana mitocondrial. Íons de cálcio carregados positivamente, mantidos na matriz pelo campo elétrico, começam a emergir das mitocôndrias danificadas.

O desacoplamento da fosforilação oxidativa e a liberação de cálcio das mitocôndrias têm as consequências mais dramáticas para a célula (ver acima). Uma diminuição no nível de ATP na célula leva ao desligamento das bombas iônicas do plasmalema, à entrada de íons sódio e cálcio do meio ambiente na célula e à liberação de potássio. Isto causa a estimulação de todo um complexo de sistemas enzimáticos ativados por íons cálcio, incluindo fosfolipases, proteínas quinases, fosfatases, proteases e muitos sistemas de biossíntese de proteínas; O metabolismo celular é primeiro ativado e depois desorganizado. É o dano às mitocôndrias que, segundo os conceitos modernos, é o ponto de viragem após o qual as alterações na célula causadas pelo agente prejudicial tornam-se irreversíveis e a célula morre.

4. Inchaço das mitocôndrias. Um sinal morfológico muito importante de dano mitocondrial é o seu inchaço. O inchaço das mitocôndrias é observado, por exemplo, nas células do miocárdio durante a insuficiência cardíaca, bem como durante muitos processos infecciosos, hipóxicos, tóxicos e outros processos patológicos. O inchaço das mitocôndrias ocorre quando as células são colocadas em um ambiente higiênico.

ambiente potônico, sob influência de radiações ionizantes, toxinas bacterianas, quando a célula é exposta a venenos químicos e outros agentes patogênicos. O inchaço leva primeiro à ruptura das membranas externas das mitocôndrias e depois à sua destruição completa.

Experimentos com mitocôndrias isoladas mostraram que existe dois tipos de inchaço: passivo e ativo. Em contraste com a membrana plasmática, que é relativamente permeável aos íons potássio e cloreto, as membranas internas das mitocôndrias são impermeáveis ​​aos íons, com exceção do Ca 2 + e, possivelmente, dos íons ferro. Em uma solução isotônica de KS1, as mitocôndrias intactas retêm seu volume, apesar do fato de que a concentração de íons potássio e cloro dentro dessas organelas é significativamente menor do que fora: a pressão osmótica interna é criada por outros íons, bem como pelas proteínas da matriz. Portanto, o inchaço passivo das mitocôndrias na ausência de fontes de energia (substratos respiratórios, oxigênio, ATP) ocorre apenas sob influências que aumentam a permeabilidade das membranas mitocondriais simultaneamente para cátions e ânions (por exemplo, para K + e C1 -). Tais agentes incluem íons de metais pesados ​​(mercúrio, prata, chumbo). O aumento da peroxidação lipídica nas membranas mitocondriais tem o mesmo efeito. Com o aumento simultâneo da permeabilidade aos íons potássio e cloro, eles começam a se difundir nas mitocôndrias, o que leva ao aumento da pressão osmótica, entrada de água e inchaço das organelas, o que é chamado de passivo, pois não depende de respiração e energização .

Em condições de células vivas, ocorre frequentemente outro tipo de inchaço - inchaço ativo associado à operação da cadeia de transporte de elétrons. Os danos às mitocôndrias ocorrem sob a influência de pequenas doses de metais pesados, ativação de sua própria fosfolipase em condições hipóxicas, durante a peroxidação lipídica e se devem principalmente ao aumento da permeabilidade da membrana interna aos cátions. Na presença de fontes de energia (substratos respiratórios e oxigênio, ATP), uma diferença de potencial de cerca de 170-180 mV é gerada nas membranas mitocondriais com um sinal negativo na matriz, sob a influência da qual os íons K+ entram nas mitocôndrias danificadas. Juntamente com o potássio, o ortofosfato entra na matriz, que é transferida de forma eletricamente neutra através da membrana interna usando um transportador proteico especial. Ativo (ou seja, associado a

gasto energético), o acúmulo de fosfato de potássio na matriz é acompanhado pela entrada de água nela e pelo inchaço das mitocôndrias.

Ribossomos e polissomos. Quando ocorrem efeitos tóxicos nas células, a configuração do retículo endoplasmático e dos ribossomos a ele associados muda. Por exemplo, durante o envenenamento por trinitrotolueno nas células do fígado, as membranas do retículo endoplasmático e os ribossomos localizados nelas assumem a forma de vários cachos que não são observados nas células normais. A síntese de proteínas é realizada em polissomas. A inibição da síntese de certas proteínas, por exemplo, a síntese de hemoglobina na anemia hipoplásica nas células da medula óssea, ocorre no contexto de uma diminuição no número de polissomas e sua divisão em ribossomos individuais.

Lisossomos. O sistema lisossomal, rico em enzimas, é uma ferramenta celular especializada utilizada para realizar processos metabólicos e fisiológicos importantes como o catabolismo de proteínas, glico e lipoproteínas e ácidos nucleicos; acúmulo, transformação e remoção de substâncias estranhas do corpo, incluindo drogas, endotoxinas; transporte vesicular e reciclagem de receptores, auto e heterofagocitose, apoptose, adaptação e reconstrução de estruturas celulares, etc. O papel do aparelho lisossômico da célula sob a ação de fatores patogênicos é especialmente importante. Os lisossomos estão envolvidos na proteção das células contra bactérias, corpos estranhos, produtos químicos, nas reações inflamatórias e imunológicas, nos processos de degeneração e necrose.

Vários agentes prejudiciais, como endotoxinas da bactéria tifóide, bem como pequenas partículas inorgânicas (dióxido de silício, dióxido de titânio, pó de diamante), entram nos lisossomos e os destroem. Nesse caso, enzimas (hidrolases, oxidorredutases) contidas nos lisossomos são liberadas no citoplasma, ativadas e causam danos às estruturas subcelulares e macromoléculas, o que pode levar à morte celular.

No entanto, a ativação de enzimas lisossômicas pode ocorrer não apenas sob a influência de certos fatores específicos, mas também como resultado de acidose, característica de uma reação celular inespecífica a um efeito prejudicial. Um dos processos que provoca a liberação de enzimas lisossomais é também a ativação da peroxidação lipídica nas membranas dos lisossomas.

Os efeitos prejudiciais dos fatores lisossômicos estão associados ao desenvolvimento de uma série de doenças do fígado, rins, neoplasias malignas, lúpus eritematoso sistêmico, reumatismo, artrite reumatóide, etc.

O aumento no número e tamanho dos lisossomos é uma das formas de adaptação estrutural e funcional das células aos efeitos prejudiciais. Assim, muitos metais pesados, ao entrarem no corpo por muito tempo ou em altas concentrações, podem não apenas se acumular nas vesículas lisossomais de várias células, mas também induzir o aumento da formação de novos lisossomos primários e seu subsequente inchaço. Isso fornece proteção às células contra danos por meio do acúmulo e liberação de metal tóxico nas vesículas lisossômicas e, em caso de danos às organelas celulares, eliminação rápida de estruturas defeituosas por meio de autofagocitose e apoptose lisossomal.

O efeito de indução da formação de lisossomas, revelado morfologicamente como aumento do seu número e tamanho, foi demonstrado em hepatócitos com cirrose hepática em humanos, em células renais e hepáticas de ovinos intoxicados por cobre, no epitélio dos túbulos proximais de os rins em ratos com administração repetida de sais de cádmio, em várias áreas cérebro após administração de acetato de chumbo em ratos.

Citoesqueleto. O citoplasma de uma célula, além do citosol e das organelas celulares, via de regra, também contém estruturas proteicas filamentosas que formam a maior parte do esqueleto celular. O citoesqueleto é um sistema de filamentos de proteínas que preenchem o citoplasma. É responsável pela arquitetura dinâmica da célula, sua mobilidade e forma. O citoesqueleto consiste em três estruturas principais: microfilamentos, microtúbulos e filamentos intermediários. Cada um deles consiste em uma ou duas proteínas principais: microfilamentos - de actina, microtúbulos - de tubulina, filamentos intermediários - de proteínas especiais, diferentes em diferentes tecidos (queratinas - no epitélio, desmina - nos músculos, vimentina - nos tecidos do ambiente interno: tecido conjuntivo, cartilagem, osso, etc., proteínas de neurofilamentos - em neurônios).

O citoesqueleto é uma formação dinâmica. Sua estrutura pode sofrer alterações devido à polimerização e despolimerização das estruturas que o formam - fios e microtúbulos. Graças a esta polimerização-despolimerização, o citoesqueleto é continuamente reconstruído, o que

está subjacente a mudanças na forma, movimentos celulares, divisão celular, transporte intracelular, secreção, etc. Moléculas “motoras” podem ser ligadas a elementos do citoesqueleto: moléculas de miosina a microfilamentos de actina, moléculas de deneína e cinesina a microtúbulos. Nesse caso, uma extremidade dessa molécula está ligada a um fio ou microtúbulo e a outra a uma organela ou a elementos vizinhos do citoesqueleto. Na presença de ATP, esses “motores” moleculares podem mover organelas ao longo dos elementos do citoesqueleto e umas em relação às outras. Nas células nervosas, microfilamentos e microtúbulos participam da instalação do sistema de transporte axonal anterógrado e retrógrado de substâncias biologicamente ativas.

Como se sabe, as proteínas são sintetizadas no pericário do neurônio e depois transportadas por meio desse sistema para a periferia celular (para a área de contatos sinápticos). O transporte ao longo do axônio também é necessário para garantir as funções da membrana axonal - para a renovação de proteínas globulares na membrana axonal, que desempenham as funções de canais iônicos. O estado das células de Schwann também é controlado por substâncias tróficas transportadas pela corrente axonal. Todo o conjunto de enzimas, neurotransmissores e seus precursores necessários para garantir a transmissão sináptica dos impulsos nervosos se move com a corrente axonal.

É bem sabido que as células são capazes de mudar de um programa de trabalho para outro sob a influência de sinais apropriados: uma célula pode começar ou parar de se dividir, pode se diferenciar ou ativar um programa suicida - apoptose. Nos últimos anos, tem havido evidências que sugerem que um dos factores que regulam estes processos pode ser alterações na tensão do citoesqueleto.

Quando vários agentes alteradores atuam em células isoladas (cultura de tecidos), uma mudança distinta na forma de sua superfície é revelada: aparecem saliências do citoplasma, chamadas vesículas (de bolhas). Tal “borbulhamento” (ou fervura - borbulhando) a membrana celular é um dos sinais precoces e confiáveis ​​de destruição da rede do citoesqueleto. A “ebulição” da membrana é iniciada por substâncias que perturbam a homeostase do cálcio intracelular.

O mecanismo do fenômeno é explicado a seguir. O cálcio está envolvido no processo de manutenção da estrutura do citoesqueleto como um não-

indiretamente e através de uma série de proteínas de ligação ao Ca 2+ e enzimas dependentes de Ca 2 +. O nível de Ca 2 + no citoplasma é especialmente significativo para a formação da associação de proteínas do citoesqueleto com proteínas da membrana plasmática e a interação de vários elementos do citoesqueleto. Um aumento persistente na concentração de cálcio no citosol aparentemente causa o desprendimento dos microfilamentos de actina da actinina, uma proteína que serve como elo intermediário que liga os microfilamentos do citoesqueleto às proteínas da membrana plasmática.

Além disso, o Ca 2+ ativa proteases, que podem clivar proteínas de ligação à actina, destruindo assim os locais de fixação dos filamentos do citoesqueleto à membrana celular. O descolamento do citoesqueleto da membrana leva ao enfraquecimento da fixação desta e à sua “ebulição”, que é detectada quando as células são expostas a diversas toxinas (Fig. 3-9). Substâncias que se ligam ao cálcio intracelular e inibidores de proteases dependentes de Ca 2 + evitam a “ebulição” da membrana plasmática das células tratadas com agentes tóxicos.

Arroz. 3-9. Mecanismos de dano ao citoesqueleto dependentes de Ca 2 + de células tratadas com quinonas

Outro mecanismo para alterar a configuração da membrana plasmática sob a influência de uma concentração excessiva de íons cálcio pode ser o esgotamento das reservas intracelulares de macroergs.

As proteínas do citoesqueleto são danificadas não apenas como resultado do aumento do conteúdo de Ca 2+ no citoplasma, mas também sob a influência de fatores com outros mecanismos de ação. Assim, as citocalasinas, a faloidina (uma das toxinas do cogumelo venenoso), bem como a colchicina, alcalóides da vinca (citostáticos vinblastina, vincristina) interagem diretamente com as proteínas.

O efeito de substâncias nocivas sobre a tubulina do fuso mitótico das células em divisão leva à interrupção da proliferação destas últimas, especialmente das células do sistema sanguíneo. Em experimentos, os alcalóides colchicina e vinca, ao destruir o citoesqueleto dos axônios das células nervosas, interrompem significativamente o fluxo axonal. Provavelmente, efeitos semelhantes podem ocorrer quando o citoesqueleto é danificado por substâncias que perturbam a homeostase do cálcio intracelular.

3.5. DANOS AO APARELHO GENÉTICO DA CÉLULA

Os ácidos nucleicos são muito sensíveis à ação direta de agentes nocivos: físicos (irradiação com radiação ionizante, ultravioleta, luz visível na presença de alguns compostos coloridos - fotossensibilizadores), químicos (mostardas de enxofre e nitrogênio, epóxidos, etilenoimina, sulfonato de metila, etc. .), virais (adenovírus, herpesvírus, oncornavírus, etc.) de natureza. Seu efeito prejudicial ao DNA é chamado de genotóxico.

Em grande medida, os danos aos ácidos nucleicos são corrigidos como resultado da reparação. Caso contrário, ocorrem distúrbios no genoma e no funcionamento do sistema de biossíntese de proteínas. Recentemente, muitas alterações irreversíveis nas células (por exemplo, durante a intoxicação ou durante o processo de envelhecimento) têm sido associadas a danos no aparelho genético das mitocôndrias.

3.6. DANOS CELULARES DURANTE HIPÓXIA

As causas mais comuns de danos celulares são a falta de oxigénio (hipóxia) ou, pelo contrário, a formação excessiva dos seus radicais (stress oxidativo) (ver secção 3.2.1).

A falta de oxigênio leva a uma diminuição na síntese mitocondrial de ATP a partir de ADP e ortofosfato. A falta de ATP impossibilita o funcionamento de muitos sistemas celulares, que requerem gasto de energia na forma de ligações macroérgicas de ATP. É a fome de energia, e não a falta de oxigênio em si, que leva à interrupção do funcionamento das células e, em seguida, aos seus danos. Mas a presença de oxigênio não significa bem-estar completo. A questão não é apenas se há oxigênio nas células, mas também em que ele é gasto. Junto com a oxidação dos substratos respiratórios dos tecidos, cuja etapa final é a transferência de elétrons para o oxigênio na cadeia de transporte de elétrons nas mitocôndrias, existem vias alternativas para a redução do oxigênio nas células, levando ao aparecimento de radicais de oxigênio e lipídios.

Em condições normais, sob a influência da enzima citocromo oxidase, ocorre uma redução de quatro elétrons de uma molécula de oxigênio com a formação de duas moléculas de água. Mas a redução de oxigênio por um elétron por componentes intermediários da cadeia respiratória - ubiquinonas - também é possível. Durante esse processo, forma-se o ânion superóxido (O* 2 -) - um radical livre contendo um elétron desemparelhado.

Normóxia e anóxia ao nível de uma célula individual. Cone de oxigênio. Em experimentos com mitocôndrias isoladas, foi demonstrado que a taxa de consumo de oxigênio por essas partículas na presença de substratos respiratórios é quase constante em todas as concentrações de oxigênio - até a mais baixa, correspondendo à tensão de oxigênio pO 2 = 1-2 mm Hg . A razão para esse fenômeno é a alta afinidade pelo oxigênio do transportador de elétrons final da cadeia respiratória - o citocromo oxidase. Portanto, uma célula individual “seleciona” todo o oxigênio do ambiente até o fim, sem sofrer falta de oxigênio em uma faixa muito ampla de pO 2 - de 70 a 1-2 mm Hg. Isso leva à formação do chamado cone de oxigênio nos tecidos. O cone de oxigênio é mostrado esquematicamente na Fig. 3-10. Para simplificar, o vaso sanguíneo é representado como um tubo, constantemente

Arroz. 3-10. Cone de oxigênio em uma área de tecido

o diâmetro, e o tecido tem a forma de uma estrutura homogênea composta por células idênticas que absorvem oxigênio a uma taxa constante. O sangue que flui através de um vaso sanguíneo o libera continuamente para os tecidos circundantes, como resultado do qual o conteúdo de oxigênio diminui ao longo do vaso ao longo do fluxo sanguíneo.

Por outro lado, o oxigênio que se difunde do vaso para o tecido é absorvido pelas células, de modo que sua voltagem (pO 2) diminui com a distância do vaso sanguíneo. Onde cai para 1-2 mm Hg. (isto é, quase a zero), as células parecem encontrar-se num estado de anóxia completa. Em toda a camada de tecido mais próxima deste limite, eles não sentem desconforto com oxigênio, ou seja, estão em estado de normóxia. Obviamente, quanto menor o conteúdo inicial de oxigênio em uma determinada área do vaso, mais fina é a camada de tecido que “consome” completamente todo o oxigênio. Em outras palavras, à medida que o sangue flui, a espessura da camada de células em estado de normóxia diminui, formando assim um cone de células normalmente supridas de oxigênio. O comprimento do cone aumenta com a aceleração do fluxo sanguíneo e sua largura diminui com o aumento do consumo de oxigênio pelas células.

Assim, no tecido, algumas células estão em estado de normóxia e outras em anóxia. A proporção de células privadas de oxigênio em relação ao número total de células no tecido pode servir como uma característica quantitativa do grau de hipóxia no tecido.

Tanto o fluxo sanguíneo quanto o consumo de oxigênio pelas células podem mudar ao longo do tempo, de modo que a mesma célula pode estar em estado de anoxia em alguns momentos e normóxia em outros. Então podemos falar sobre o grau de hipóxia de uma determinada célula, ou seja, aquela parte do tempo que uma determinada célula passou na ausência de oxigênio.

As mitocôndrias são o principal alvo do dano celular hipóxico. Manter as células em estado de anóxia por 30-90 minutos (para diferentes tecidos) causa danos. Os cientistas há muito se preocupam com a questão de quais estruturas celulares são danificadas primeiro, predeterminando a morte subsequente de toda a célula. O material experimental acumulado até o momento permite afirmar que tais estruturas são as estações de bioenergia da célula - as mitocôndrias. Danos às mitocôndrias durante hipóxia prolongada no tecido são evidenciados por uma diminuição no controle respiratório e em sua capacidade (capacidade) de acumular cálcio (Fig. 3-11).

Íons de cálcio e ativação de fosfolipase durante anóxia. Como é sabido, as fosfolipases estão presentes em quase todas as estruturas de membrana da célula, incluindo mitocôndrias, lisossomos e membrana plasmática. As fosfolipases catalisam a hidrólise dos fosfolipídios que constituem as membranas celulares. Os pesquisadores prestam atenção especial às fosfolipases A 2 - grupo de lipases cuja principal função é remover fosfolipídios danificados da membrana, liberando ácidos graxos que sofreram peroxidação.

As fosfolipases A 2 são enzimas dependentes de Ca 2 + - e calmodulina e, portanto, sensíveis ao aumento das concentrações de cálcio no citoplasma. Nas membranas, as fosfolipases geralmente estão em um estado pouco ativo, pois são ativadas por íons cálcio e inibidas por íons magnésio, enquanto no citoplasma é mantida uma baixa concentração de cálcio (10 -7 M ou menos) e contém relativamente muito magnésio. íons (cerca de 10 -3 M). Um aumento na permeabilidade da membrana plasmática quando a célula está danificada ou, em algumas células, quando os canais de cálcio se abrem, bem como o desligamento das bombas de íons por falta de energia na célula, leva a

a um aumento na concentração de cálcio no citoplasma. Um aumento em sua concentração para 10 -6 M deve ser considerado um mecanismo normal de regulação do cálcio nos processos intracelulares, uma vez que o cálcio é um mensageiro secundário na ação de muitos hormônios e mediadores.

A ativação moderada da fosfolipase A 2 também é um fenômeno fisiológico normal, pois serve como o primeiro elo na cadeia de formação de derivados do ácido araquidônico fisiologicamente ativos. No entanto, um aumento excessivo na concentração de íons cálcio no citoplasma e a ativação da fosfolipase levam ao aumento da destruição dos fosfolipídios da membrana, à perda de suas propriedades de barreira pelas membranas e à interrupção do funcionamento das organelas celulares e da célula como um todo.

Aumento do teor de cálcio no citoplasma, ativação da fosfolipase, aceleração da renovação dos fosfolipídios com posterior morte celular foram observados em cultura de cardiomiócitos e hepatócitos incubados em condições anóxicas. Alterações semelhantes nos hepatócitos foram registradas em lesões hepáticas tóxicas causadas pelo tetracloreto de carbono. Foi estabelecido que a clorpromazina, que inibe a ativação da fosfolipase A 2 pelo complexo Ca 2 + -calmodulina, protege as células dos efeitos prejudiciais da hipóxia e dos citotóxicos que perturbam a homeostase do cálcio intracelular.

Em experimentos com mitocôndrias isoladas, foi demonstrado que quando essas organelas são incubadas, elas são rapidamente danificadas (em 15-20 minutos a 37°C) se não houver oxigênio em seu ambiente e os íons cálcio estiverem presentes em concentrações próximas a 10 - 5 M, aqueles. proporcional à concentração desses íons no citoplasma das células sob condições hipóxicas.

Sequência de distúrbios em uma célula durante a hipóxia. Em condições aeróbicas, existem poucos íons de cálcio ao redor das mitocôndrias (10 -6 -10 -7 M) e a fosfolipase A 2 é moderadamente ativa. Na ausência de oxigênio, o potencial elétrico na membrana mitocondrial, que mantém os íons cálcio na matriz, desaparece e o cálcio é liberado no citoplasma. Ao se ligarem ao centro ativo da fosfolipase A 2 no lado externo da membrana mitocondrial interna, os íons cálcio ativam a enzima. A hidrólise dos fosfolipídios faz com que a membrana perca suas propriedades de barreira e as mitocôndrias perdem a capacidade de fosforilação oxidativa e de bombear cálcio para a matriz.

A sequência de alterações na célula como resultado da cessação do acesso ao oxigênio (anóxia) é a mesma para uma ampla variedade de tecidos. Isto foi demonstrado por experiências com secções de tecido, células isoladas e organelas celulares isoladas, em particular mitocôndrias. Nas células do fígado sob condições anóxicas à temperatura ambiente, a sequência de eventos é a seguinte:

0-5 minutos: diminuição do nível de ATP na célula em 2 a 4 vezes, apesar da ativação da glicólise;

5-15 minutos: aumentando a concentração de Ca 2 + no citoplasma da célula. Ativação de enzimas hidrolíticas, incluindo fosfolipase A 2 das mitocôndrias. O conteúdo de Ca 2+ nas mitocôndrias aumenta, pois ainda não estão danificadas;

15-30 minutos: hidrólise de fosfolipídios mitocondriais pela fosfolipase A 2 e violação das propriedades de barreira da membrana mitocondrial. A reoxigenação dos tecidos nesta fase leva ao inchaço ativo das mitocôndrias. O controle respiratório nas mitocôndrias é prejudicado, a fosforilação oxidativa é desacoplada e a capacidade das mitocôndrias de acumular íons de cálcio é reduzida;

30-60 minutos: restauração parcial da função mitocondrial, aumento temporário do controle respiratório e capacidade de acumular cálcio. O mecanismo dos processos compensatórios que levam à melhora temporária das funções mitocondriais é desconhecido, mas está associado à função da célula como um todo, uma vez que esse fenômeno não é observado durante a incubação anaeróbica de mitocôndrias isoladas;

60-90 minutos: danos irreversíveis às mitocôndrias e morte celular completa.

À temperatura do corpo humano, todos esses processos ocorrem 2 a 3 vezes mais rápido. Além disso, ocorrem em diferentes tecidos em velocidades diferentes: mais rápido no cérebro, mais lento no fígado e ainda mais lento nos músculos.

3.7. “CÍRCULO VICIOSO” DA PATOLOGIA CELULAR

Um aumento no conteúdo intracelular de cálcio e a interrupção das funções bioenergéticas das mitocôndrias são sinais comuns para células danificadas como resultado de uma variedade de fatores desfavoráveis. Esses dois eventos não são

Arroz. 3-12.“Círculo vicioso” da patologia celular

simples consequência de outras alterações nas células danificadas: estão subjacentes à disfunção das células danificadas e podem ser consideradas como os principais elos na cadeia de eventos que conduzem ao desenvolvimento resposta celular inespecífica ao dano. A relação entre danos primários às estruturas celulares, processos bioenergéticos e conteúdo de cálcio no citoplasma é apresentada na forma de um diagrama na Fig. 3-12.

De acordo com o esquema, os principais alvos da ação dos agentes danosos são as estruturas da membrana da célula, nas quais a bicamada lipídica, receptores, proteínas transportadoras de íons e moléculas, canais iônicos, bem como enzimas incorporadas às membranas, incluindo bombas de íons, podem ser destruídas. Aumento da permeabilidade da membrana e supressão das bombas iônicas, causado diretamente pela ação de fatores prejudiciais (compostos tóxicos, radicais livres e pró-

produtos de peroxidação lipídica, falta de ATP, etc.) levam ao aumento da concentração de sódio e cálcio no citoplasma. Este último é acompanhado por um desequilíbrio dos sistemas de sinalização intracelular e pela ativação de uma série de enzimas, incluindo algumas proteases, fosfatases, endonucleases e fosfolipases. A hidrólise dos fosfolipídios da membrana pela fosfolipase leva a uma ruptura adicional das propriedades de barreira da bicamada lipídica, o que causa um aumento ainda mais pronunciado no nível de cálcio no citoplasma, inchaço das mitocôndrias e seus danos. O “círculo vicioso” se fecha e a célula pode morrer.

Uma célula é uma unidade estrutural e funcional de tecidos e órgãos. Nele ocorrem os processos que fundamentam o suporte energético e plástico das estruturas e funções dos tecidos.

Vários fatores patogênicos que atuam na célula podem causar dano. O dano celular é entendido como alterações em sua estrutura, metabolismo, propriedades físico-químicas e funções que levam à interrupção das funções vitais.

Muitas vezes o processo de dano é designado pelo termo alteração, o que não é totalmente exato, pois alteratio é traduzido como mudança, desvio e é, portanto, um conceito mais amplo. Porém, na literatura médica esses termos são geralmente usados ​​como sinônimos.

CAUSAS DE DANOS CELULARES

Danos a uma célula podem ser o resultado da ação de muitos fatores patogênicos sobre ela. Eles são convencionalmente divididos em três grupos principais: físicos, químicos e biológicos.

Entre os fatores natureza física As causas mais comuns de danos celulares são:

influências mecânicas. Eles causam ruptura da estrutura do plasmalema e das membranas das formações subcelulares;

flutuações de temperatura. Um aumento da temperatura do ambiente em que a célula está localizada, até 45-50°C ou mais, pode levar à desnaturação de proteínas, ácidos nucleicos, decomposição de complexos lipoproteicos, aumento da permeabilidade das membranas celulares e outras alterações. Uma diminuição significativa da temperatura pode causar uma desaceleração significativa ou cessação irreversível dos processos metabólicos na célula, cristalização do fluido intracelular e ruptura de membranas;

alterações na pressão osmótica na célula, em particular, devido ao acúmulo nela de produtos de oxidação incompleta de substratos orgânicos, bem como de excesso de íons. Este último, via de regra, é acompanhado pelo fluxo de fluido para dentro da célula ao longo de um gradiente de pressão osmótica, seu inchaço e alongamento (até a ruptura) de seu plasmalema e membranas organelas. Uma diminuição da pressão osmótica intracelular ou um aumento dela no ambiente extracelular leva à perda de líquido pela célula, ao seu enrugamento (picnose) e muitas vezes à morte;

exposição à radiação ionizante, que provoca a formação de radicais livres e a ativação de processos de radicais livres peróxidos, cujos produtos danificam as membranas e desnaturam as enzimas celulares. Fatores gravitacionais, eletromagnéticos e outros fatores físicos também podem ter um efeito patogênico na célula.

O dano celular é frequentemente causado pela exposição a fatores Natureza química. Estes incluem várias substâncias de origem exógena e endógena: ácidos orgânicos, álcalis, sais de metais pesados, produtos de metabolismo prejudicado. Assim, os cianetos inibem a atividade da citocromo oxidase. O etanol e seus metabólitos inibem muitas enzimas celulares. Substâncias contendo sais de arsênico inibem a piruvato oxidase. O uso inadequado de medicamentos também pode causar danos às células. Por exemplo, uma overdose de estrofantina causa uma supressão significativa da atividade da K + - Na + - ATPase do sarcolema das células miocárdicas, o que leva a um desequilíbrio no conteúdo intracelular de íons e fluidos.

É importante que o dano celular possa ser causado tanto pelo excesso quanto pela deficiência do mesmo fator. Por exemplo, o excesso de oxigênio nos tecidos ativa o processo de oxidação dos radicais livres do peróxido lipídico (LPRO), cujos produtos danificam as enzimas e as membranas celulares. Por outro lado, a diminuição do teor de oxigénio provoca uma perturbação dos processos oxidativos, uma diminuição na formação de ATP e, como consequência, uma quebra nas funções celulares.

O dano celular é frequentemente causado por fatores de processos imunológicos e alérgicos. Podem ser causadas, em particular, pela semelhança de antígenos, por exemplo, entre micróbios e células do corpo.

Os danos também podem resultar da formação de anticorpos ou linfócitos T que atuam contra células inalteradas do corpo devido a mutações no hemon dos linfócitos B ou T do sistema imunológico.

Um papel importante na manutenção dos processos metabólicos na célula é desempenhado pelas substâncias que entram nela pelas terminações dos neurônios, em particular neurotransmissores, trofógenos e neuropeptídeos. A redução ou cessação do seu transporte provoca distúrbios metabólicos nas células, perturbação das suas funções vitais e o desenvolvimento de condições patológicas chamadas neurodistrofias.

Além desses fatores, o dano celular é frequentemente causado pelo aumento significativo da função de órgãos e tecidos. Por exemplo, com atividade física excessiva prolongada, pode ocorrer insuficiência cardíaca como resultado da interrupção do funcionamento dos cardiomiócitos.

O dano celular pode ser resultado não apenas de fatores patogênicos, mas também uma consequência de processos geneticamente programados. Um exemplo é a morte da epiderme, do epitélio intestinal, dos glóbulos vermelhos e de outras células como resultado do seu processo de envelhecimento. Os mecanismos de envelhecimento e morte celular incluem mudanças graduais e irreversíveis na estrutura das membranas, enzimas, ácidos nucléicos, esgotamento de substratos para reações metabólicas e diminuição da resistência celular a influências patogênicas.

Com base na sua origem, todos os fatores causais do dano celular são divididos em: 1) exógenos e endógenos; 2) origem infecciosa e não infecciosa.

A ação de fatores prejudiciais sobre a célula é realizada diretamente ou indiretamente. Neste último caso, estamos falando da formação de uma cadeia de reações secundárias, da formação de substâncias - intermediários que exercem o efeito danoso. A acção de um agente prejudicial pode ser mediada através de: - alterações nos efeitos nervosos ou endócrinos nas células (por exemplo, durante stress, choque); - distúrbio circulatório sistêmico (com insuficiência cardíaca); - desvio dos parâmetros físico-químicos (em condições acompanhadas de acidose, alcalose, formação de radicais livres, produtos PSOL, desequilíbrio de íons e líquidos); - reações imunoalérgicas em doenças autoalérgicas; - formação de excesso ou deficiência de substâncias biologicamente ativas (histamina, cininas, prostalandinas). Muitos destes e outros compostos envolvidos no desenvolvimento de processos patológicos são chamados de mediadores (por exemplo, mediadores de inflamação, alergias, carcinogênese, etc.).

Uma célula é uma unidade estrutural e funcional de tecidos e órgãos. Nele ocorrem os processos que fundamentam o suporte energético e plástico das estruturas e funções dos tecidos.

Vários fatores patogênicos que atuam na célula podem causar dano. O dano celular é entendido como alterações em sua estrutura, metabolismo, propriedades físico-químicas e funções que levam à interrupção das funções vitais.

Muitas vezes o processo de dano é designado pelo termo alteração, o que não é totalmente exato, pois alteratio é traduzido como mudança, desvio e é, portanto, um conceito mais amplo. Porém, na literatura médica esses termos são geralmente usados ​​como sinônimos.

1. CAUSAS DE DANOS CELULARES

Danos a uma célula podem ser o resultado da ação de muitos fatores patogênicos sobre ela. Eles são convencionalmente divididos em três grupos principais: físicos, químicos e biológicos.

Entre os fatores natureza física As causas mais comuns de danos celulares são:

influências mecânicas. Eles causam ruptura da estrutura do plasmalema e das membranas das formações subcelulares;

flutuações de temperatura. Um aumento da temperatura do ambiente em que a célula está localizada, até 45-50°C ou mais, pode levar à desnaturação de proteínas, ácidos nucléicos, decomposição de complexos lipoproteicos, aumento da permeabilidade das membranas celulares e outras alterações. Uma diminuição significativa da temperatura pode causar uma desaceleração significativa ou cessação irreversível dos processos metabólicos na célula, cristalização do fluido intracelular e ruptura de membranas;

alterações na pressão osmótica na célula, em particular, devido ao acúmulo nela de produtos de oxidação incompleta de substratos orgânicos, bem como de excesso de íons. Este último, via de regra, é acompanhado pelo fluxo de fluido para dentro da célula ao longo de um gradiente de pressão osmótica, seu inchaço e alongamento (até a ruptura) de seu plasmalema e membranas organelas. Uma diminuição da pressão osmótica intracelular ou um aumento dela no ambiente extracelular leva à perda de líquido pela célula, ao seu enrugamento (picnose) e muitas vezes à morte;

exposição à radiação ionizante, que provoca a formação de radicais livres e a ativação de processos de radicais livres peróxidos, cujos produtos danificam as membranas e desnaturam as enzimas celulares. Fatores gravitacionais, eletromagnéticos e outros fatores físicos também podem ter um efeito patogênico na célula.

O dano celular é frequentemente causado pela exposição a fatores Natureza química. Estes incluem várias substâncias de origem exógena e endógena: ácidos orgânicos, álcalis, sais de metais pesados, produtos de metabolismo prejudicado. Assim, os cianetos inibem a atividade da citocromo oxidase. O etanol e seus metabólitos inibem muitas enzimas celulares. Substâncias contendo sais de arsênico inibem a piruvato oxidase. O uso inadequado de medicamentos também pode causar danos às células. Por exemplo, uma overdose de estrofantina causa uma supressão significativa da atividade da K + -Na + - ATPase do sarcolema das células miocárdicas, o que leva a um desequilíbrio no conteúdo intracelular de íons e fluidos.

É importante que o dano celular possa ser causado tanto pelo excesso quanto pela deficiência do mesmo fator. Por exemplo, o excesso de oxigênio nos tecidos ativa o processo de oxidação dos radicais livres do peróxido lipídico (LPRO), cujos produtos danificam as enzimas e as membranas celulares. Por outro lado, a diminuição do teor de oxigénio provoca uma perturbação dos processos oxidativos, uma diminuição na formação de ATP e, como consequência, uma quebra das funções celulares.

O dano celular é frequentemente causado por fatores de processos imunológicos e alérgicos. Podem ser causadas, em particular, pela semelhança de antígenos, por exemplo, entre micróbios e células do corpo.

Os danos também podem resultar da formação de anticorpos ou linfócitos T que atuam contra células inalteradas do corpo devido a mutações no hemon dos linfócitos B ou T do sistema imunológico.

Um papel importante na manutenção dos processos metabólicos na célula é desempenhado pelas substâncias que entram nela pelas terminações dos neurônios, em particular neurotransmissores, trofógenos e neuropeptídeos. A redução ou cessação do seu transporte provoca distúrbios metabólicos nas células, perturbação das suas funções vitais e o desenvolvimento de condições patológicas chamadas neurodistrofias.

Além desses fatores, o dano celular é frequentemente causado pelo aumento significativo da função de órgãos e tecidos. Por exemplo, com atividade física excessiva prolongada, pode ocorrer insuficiência cardíaca como resultado da interrupção do funcionamento dos cardiomiócitos.

O dano celular pode ser resultado não apenas de fatores patogênicos, mas também uma consequência de processos geneticamente programados. Um exemplo é a morte da epiderme, do epitélio intestinal, dos glóbulos vermelhos e de outras células como resultado do seu processo de envelhecimento. Os mecanismos de envelhecimento e morte celular incluem mudanças graduais e irreversíveis na estrutura das membranas, enzimas, ácidos nucléicos, esgotamento de substratos para reações metabólicas e diminuição da resistência celular a influências patogênicas.

Com base na sua origem, todos os fatores causais do dano celular são divididos em: 1) exógenos e endógenos; 2) origem infecciosa e não infecciosa.

A ação de fatores prejudiciais sobre a célula é realizada diretamente ou indiretamente. Neste último caso, estamos falando da formação de uma cadeia de reações secundárias, da formação de substâncias - intermediários que exercem o efeito danoso. A acção de um agente prejudicial pode ser mediada através de: - alterações nos efeitos nervosos ou endócrinos nas células (por exemplo, durante stress, choque); - distúrbio circulatório sistêmico (com insuficiência cardíaca); - desvio dos parâmetros físico-químicos (em condições acompanhadas de acidose, alcalose, formação de radicais livres, produtos PSOL, desequilíbrio de íons e líquidos); - reações imunoalérgicas em doenças autoalérgicas; - formação de excesso ou deficiência de substâncias biologicamente ativas (histamina, cininas, prostalandinas). Muitos destes e outros compostos envolvidos no desenvolvimento de processos patológicos são chamados de mediadores (por exemplo, mediadores de inflamação, alergias, carcinogênese, etc.).

TÓPICO: Danos celulares

CAUSAS E TIPOS DE DANOS CELULARES

Danos celulares– um processo patológico típico, cuja base são distúrbios da homeostase intracelular, levando a uma violação da integridade estrutural da célula e de suas habilidades funcionais.

Danos celulares– são alterações na sua estrutura, metabolismo, propriedades físico-químicas e função que levam à perturbação da atividade celular.

Causas de danos celulares.

Por natureza fator prejudicial: físico, químico, biológico(Figura 1).

Por origem fatores prejudiciais são divididos em exógeno E endógeno.

Fatores exógenos(atue na célula de fora):

influências físicas(mecânica, térmica, radiação, etc.),

agentes químicos(ácidos, álcalis, etanol, etc.),

fatores infecciosos(vírus, riquétsias, bactérias, helmintos, etc.).

Fatores endógenos(formado e atua dentro da célula):

natureza física(por exemplo, excesso de radicais livres, flutuações na pressão osmótica),

fatores químicos(por exemplo, acúmulo ou deficiência de íons H+, K+, Ca2+, etc., dióxido de carbono, metabólitos, etc.),

agentes biológicos(por exemplo, enzimas lisossomais, imunoglobulinas, deficiência ou excesso de hormônios, enzimas, etc.).

Arroz. 1. Causas de danos celulares

Tipos de danos celulares. Dependendo da velocidade de desenvolvimento das principais manifestações, o dano celular pode ser afiado E crônica. O dano agudo se desenvolve rapidamente, geralmente como resultado de uma influência prejudicial única, mas intensa, enquanto o dano crônico ocorre lentamente e é o resultado de influências patogênicas repetidas, mas menos intensas.

Distinguir imediato (primário) E dano indireto (secundário). Este último surge como consequência de violações primárias da constância do ambiente interno do corpo (hipóxia, acidose, hiper e hipoosmia, hipoglicemia, etc.)

Dependendo do grau de perturbação da homeostase intracelular, ocorrem danos reversível E irreversível. Por exemplo, os danos aos cardiomiócitos podem ser reversíveis durante a isquemia miocárdica de curto prazo (reflexa) (não mais que 10-15 minutos). Se os agentes prejudiciais causarem alterações persistentes na homeostase intracelular, que não podem ser eliminadas quando mecanismos compensatórios de proteção extracelulares e intracelulares estão envolvidos, dano irreversível células, levando, via de regra, à sua morte ou a uma redução significativa do tempo de vida. Os exemplos incluem danos aos miocardiócitos durante a isquemia miocárdica prolongada e às células da pele devido à exposição a altas doses de raios ultravioleta.

Dependendo do período do ciclo de vida durante o qual o agente prejudicial ocorre, o dano celular pode ser mitótico E interfase.

Destaque duas variantes patogenéticas de dano celular:

1. Violento. Ela se desenvolve quando a célula é exposta a fatores patogênicos cuja intensidade excede as influências perturbadoras às quais a célula está adaptada. As mais sensíveis a esse tipo de dano são as células funcionalmente pouco ativas que possuem baixo poder de seus próprios mecanismos homeostáticos.

2. Citopático. Ocorre como resultado de uma violação primária dos mecanismos homeostáticos de proteção e compensação da célula. Nesse caso, o fator que desencadeia os mecanismos de dano são os estímulos perturbadores naturais para uma determinada célula, que se tornam prejudiciais nessas condições. A variante citopática inclui todos os tipos de danos celulares que ocorrem devido à falta de quaisquer componentes necessários (hipóxico, neurotrófico, durante a fome, hipovitaminose, deficiência do sistema antioxidante, defeitos genéticos, etc.). Células funcionalmente ativas (neurônios, cardiomiócitos) são mais sensíveis ao dano citopático.

Manifestações de dano celular poderia ser como específico, ou seja característica apenas de um agente patogênico específico, e inespecífico.

Mudanças específicas. Exemplos de manifestações específicas de danos incluem hemólise imune de eritrócitos na presença de anticorpos anti-eritrocitários específicos no corpo, a formação de radiotoxinas durante danos por radiação, inibição seletiva de enzimas celulares individuais durante danos químicos, por exemplo, supressão da atividade da citocromo oxidase durante o envenenamento por cianeto, inibição da colinesterase por compostos organofosforados.

Mudanças inespecíficas. Ao mesmo tempo, alterações estereotipadas e inespecíficas em sua atividade vital, comuns à ação de diversos agentes danosos, são observadas nas células danificadas. Exemplos de manifestações inespecíficas de danos celulares são inibição de enzimas de membrana, “bombas” celulares, perturbação do metabolismo energético, metabolismo de água e eletrólitos, desenvolvimento de acidose, alterações na estrutura e função de organelas intracelulares: mitocôndrias, lisossomos, retículo endoplasmático, etc.

MECANISMOS de dano celular

Os mecanismos mais importantes de dano celular incluem:

Distúrbios do fornecimento de energia celular;

Danos às membranas e enzimas;

Desequilíbrio de íons e líquido;

Perturbação no genoma ou expressão genética;

Desregulação de processos intracelulares.

1. Distúrbios no fornecimento de energia celular. O fornecimento de energia da célula pode ser interrompido nas fases de ressíntese, transporte e utilização da energia ATP.

Ressíntese de ATPé perturbado como resultado da deficiência de oxigênio e substratos metabólicos, diminuição da atividade das enzimas da respiração tecidual e da glicólise, bem como dano e destruição das mitocôndrias (nas quais as reações do ciclo de Krebs e a transferência de elétrons para oxigênio molecular associado à fosforilação do ADP são realizados).

Transporte de energia. O ATP é normalmente entregue a partir de locais de ressíntese (mitocôndrias) para estruturas efetoras (miofibrilas, bombas de íons, etc.) usando Translocase ADP-ATP E creatina fosfoquinase (KFC). Quando estas enzimas são danificadas, a função das estruturas efetoras é perturbada.

Recuperação de energia pode ser perturbado devido a uma diminuição na atividade de ATPases (miosina ATPase, Na+,K+-ATPase do plasmalema, próton e potássio ATPase, Ca2+-ATPase, etc.), CPK, adenina nucleotídeo transferase.

Assim, a interrupção do funcionamento celular pode ocorrer mesmo sob condições de conteúdo normal ou aumentado de ATP na célula.

Arroz. 2. Mecanismos de interrupção do fornecimento de energia em uma célula danificada

2. Danos às membranas celulares e enzimas. As membranas biológicas desempenham muitas funções, e a violação de qualquer uma delas pode levar a alterações no funcionamento da célula como um todo e até à sua morte.

Os danos às membranas celulares ocorrem devido aos seguintes mecanismos.

Ativação de hidrolases. Sob a influência de fatores patogênicos, a atividade de lipases, fosfolipases e proteases ligadas à membrana, livres (solubilizadas) e lisossomais pode aumentar significativamente (por exemplo, durante hipóxia e acidose). Como resultado, os fosfolipídios e as proteínas da membrana sofrem hidrólise. Isto é acompanhado por um aumento significativo na permeabilidade da membrana e uma diminuição na atividade enzimática.

Distúrbios de reparo de membrana. Quando exposta a fatores prejudiciais, a síntese reparadora de macromoléculas de membrana danificadas ou perdidas é suprimida, o que leva à restauração insuficiente das membranas.

Violação da conformação de macromoléculas(sua estrutura espacial) leva a uma mudança no estado físico-químico das membranas celulares e de seus receptores, o que leva à perda de suas funções.

Ruptura da membrana. Estiramento excessivo e ruptura das membranas das células e organelas inchadas como resultado de sua hiperidratação (consequência de um aumento significativo da pressão osmótica e oncótica), que se deve ao excesso de moléculas hidrofílicas de compostos orgânicos nelas contidas (ácidos láctico e pirúvico, albuminas, glicose, etc.), bem como íons acumulados devido a distúrbios do metabolismo celular.

Reações de radicais livres e peróxidos. Normalmente, as reações de radicais livres e peróxidos são uma parte necessária do transporte de elétrons, da síntese de prostaglandinas e leucotrienos, da fagocitose, do metabolismo das catecolaminas, etc. Ao mesmo tempo, os radicais livres são moléculas altamente ativas que podem destruir estruturas celulares.

A principal fonte de radicais livres no corpo é o oxigênio molecular. PARA radicais de oxigênio incluem: NO* (monóxido de nitrogênio), RO* (radical alcóxi), RO* 2 (radical peróxido), O* 2 - (radical superóxido), HO* 2 (radical hidroperóxido), HO* (radical hidroxila).

Em condições normais, os radicais de oxigênio não se acumulam nas células. A condição das células caracterizada por um conteúdo excessivo de radicais de oxigênio nelas é chamada estresse oxidativo. O estresse oxidativo ocorre quando a homeostase redox em uma célula é perturbada. Esse desequilíbrio pode ser devido à superprodução de espécies reativas de oxigênio ou a uma deficiência no sistema de defesa antioxidante.

Existem vários principais grupos antioxidantes:

1. enzimático– superóxido dismutase, catalase, enzimas do ciclo da glutationa (glutationa peroxidase, glutationa redutase, glutationa-S-transferase);

2. não enzimático– vitamina E, coenzima Q, flavonóides (quercetina, rutina, hesperetina, etc.), carotenóides, ácido ascórbico, compostos contendo SH (glutationa, etc.).

Arroz. 3. Mecanismos gerais de dano à membrana celular

As reações de radicais livres envolvem proteínas, ácidos nucléicos e, principalmente, lipídios (peroxidação lipídica por radicais livres - FROL).

Etapas do SPOL: formação de espécies reativas de oxigênio → geração de radicais livres de substâncias orgânicas e inorgânicas → produção de peróxidos e hidroperóxidos lipídicos. Sob a influência de fatores patogênicos, a geração de radicais livres e SPOL aumenta significativamente, o que aumenta o dano celular.

Efeitos detergentes de anfifílicos. Como resultado da ativação de reações de peróxido lipídico e hidrolases, hidroperóxidos lipídicos, ácidos graxos livres e fosfolipídios se acumulam na célula - anfifílicos (substâncias que podem ser fixadas tanto nas zonas hidrofóbicas quanto hidrofílicas das membranas). Isso leva à formação de extensos aglomerados anfifílicos (os canais transmembranares mais simples), microrupturas e destruição de membranas.

3. Desequilíbrio de íons e água. Um desequilíbrio de íons e água na célula se desenvolve simultaneamente com distúrbios no fornecimento de energia e danos às membranas e enzimas. Como resultado, o transporte transmembrana de muitos íons muda significativamente. Isto se aplica principalmente a K+, Na+, Ca2+, Mg2+, Cl–, ou seja, íons que participam de processos vitais como excitação, condução de potenciais de ação (AP), etc.

As manifestações de desequilíbrio iônico e hídrico incluem: alterações na proporção de íons individuais no citosol; violação da proporção de íons transmembrana; hiperidratação celular; hipohidratação celular; interrupção da eletrogênese.

Mudança na composição iônica(disionia) é causada por danos às ATPases da membrana e defeitos da membrana. Assim, devido à ruptura da Na+,K+-ATPase, o excesso de Na+ acumula-se no citosol e a célula perde K+. Devido à interrupção do mecanismo de troca iônica Na+-Ca2+ (troca de dois íons Na+ que entram na célula por um íon Ca2+ que sai dela), bem como das ATPases de Ca2+, ocorre um aumento no conteúdo de Ca2+ no citosol. Um aumento na concentração de íons Ca2+ no citoplasma causa contratura das estruturas fibrilares da célula (miofibrilas), ativação da fosfolipase A2, desacoplamento da oxidação e fosforilação.

Hidratação excessiva. A principal razão para a hiperidratação das células danificadas é o aumento do conteúdo de íons Na+, bem como de substâncias orgânicas, que é acompanhado por aumento da pressão osmótica e inchaço celular. Isto é combinado com estiramento e microrrupturas de membranas (por exemplo, durante a hemólise osmótica dos glóbulos vermelhos).

Hipohidratação células é observada, por exemplo, com febre, hipertermia, poliúria, infecção (cólera, febre tifóide, disenteria). Essas condições levam à perda de água pelo organismo, que é acompanhada pela liberação de líquidos das células, além de compostos orgânicos e inorgânicos solúveis em água.

Distúrbios de eletrogênese(mudanças nas características do potencial de membrana - MP e potenciais de ação - AP) são significativas, pois muitas vezes são um dos sinais importantes de dano celular. Os exemplos incluem alterações no ECG devido a danos nas células do miocárdio, eletroencefalogramas devido a patologia dos neurônios cerebrais, eletromiogramas devido a alterações nas células musculares.

Arroz. 5. Desequilíbrio de íons e fluido na célula quando ela está danificada

4. Distúrbios no genoma ou na expressão genética. Essas violações incluem:

mutações(por exemplo, uma mutação no gene da insulina leva ao desenvolvimento de diabetes mellitus);

desrepressão de um gene patogênico(por exemplo, a desrepressão de um oncogene é acompanhada pela transformação de uma célula normal numa célula tumoral);

repressão de um gene essencial(por exemplo, a supressão da expressão do gene da fenilalanina-4-monooxigenase causa hiperfenilalaninemia e o desenvolvimento de retardo mental);

transfecção(introdução de DNA estranho no genoma). Por exemplo, a transfecção do ADN do vírus da imunodeficiência conduz ao desenvolvimento da SIDA;

distúrbios mitóticos(por exemplo, a divisão dos núcleos dos eritrocariócitos sem divisão do citoplasma é observada na anemia megaloblástica) e meiose(a divergência prejudicada dos cromossomos sexuais leva à formação de doenças cromossômicas).

5. Desregulação de processos intracelulares. Os mecanismos de desregulação dos processos intracelulares quando danificados incluem:

mudança no número de receptores células a substâncias biologicamente ativas (BAS),

mudança na sensibilidade do receptor células para BAS.

disfunção de mensageiros intracelulares(“mensageiros”) de influências regulatórias.

Os receptores celulares para substâncias biologicamente ativas (substratos materiais de sensibilidade e reatividade celular) são estruturas proteicas geneticamente determinadas, lábeis, que reconhecem o fator ativo com a subsequente transformação desse sinal em uma resposta celular adequada.

Na patogênese de uma série de doenças, inclusive cardiovasculares e oncológicas, é importante a ruptura da relação entre as substâncias biologicamente ativas, o aparelho receptor e as reações celulares à sua interação. Por exemplo, durante a isquemia miocárdica, ocorre diminuição da atividade das fosfodiesterases que destroem o AMPc (mensageiro intracelular), o que leva à interrupção da formação de potenciais de ação nos cardiomiócitos e é uma das possíveis causas do desenvolvimento de arritmias cardíacas. .

Tipos de morte celular. necrose e apoptose

As células morrem normalmente e sob condições patológicas. Existem duas opções fundamentalmente diferentes para a morte celular - necrose(morte de uma célula devido ao seu dano significativo – letal) e apoptose(morte celular como resultado da ativação de um programa especial de morte).

Necrose(Grego necros– morto) é uma forma patológica de morte celular devido ao seu dano irreversível.

A necrose é uma consequência da ação direta ou indireta de fatores prejudiciais de força destrutiva significativa sobre a célula.

Os principais elos na patogênese da necrose são os mesmos do dano celular, mas com o desenvolvimento da necrose eles são intensificados ao máximo e se desenvolvem num contexto de insuficiência de mecanismos protetores e compensatórios. O principal mecanismo de necrose é o dano irreparável à membrana celular, acompanhado pela violação de sua função de barreira, bombas iônicas, equilíbrio eletrolítico, metabolismo energético e função nuclear. A fragmentação das membranas citoplasmática e intracelular, quebras caóticas do DNA, liberação e ativação de enzimas lisossômicas levam à desintegração completa da célula.

O conteúdo da célula entra no espaço tecidual circundante e sofre fagocitose. A necrose se espalha para muitas células, o que leva à formação de uma zona necrótica e ao desenvolvimento de uma reação inflamatória.

A necrose pode ser precedida por períodos paranecrose E necrobiose.

Paranecrose– danos celulares reversíveis (na célula: turvação citoplasmática, vacuolização, aparecimento de sedimentos grosseiros, aumento da penetração de vários corantes na célula).

Necrobiose(de necros- Mortos e BIOS- vivo) – o estado “entre a vida e a morte”; mudanças em uma célula que precedem sua morte. Na necrobiose, diferentemente da necrose, é possível que a célula retorne ao seu estado original após eliminar a causa que causou a necrobiose.

Apoptose(Grego apo- departamentos ptose- queda, “queda de folhas”) é uma forma fisiológica de morte celular controlada geneticamente. Apoptoseé a morte celular programada.

Esta é a diferença fundamental entre apoptose e necrose. A apoptose é um componente de muitos processos fisiológicos. O papel biológico da apoptose é manter um equilíbrio entre os processos de proliferação e morte celular (ou seja, manter a homeostase interna do corpo nos níveis celular, tecidual e sistêmico). A apoptose é um processo dependente de energia. A interrupção ou bloqueio da apoptose pode causar patologia (tumores, imunodeficiências, reações de autoagressão imunológica, etc.).

A apoptose é um processo ativo de autodestruição celular, de acordo com características morfológicas e outras, difere significativamente da necrose (ver tabela).

Mecanismo de apoptose. Durante a apoptose, distinguem-se quatro etapas: iniciação, programação, implementação do programa e remoção da célula morta.

1. Estágio de iniciação. Nesta fase, os sinais de informação são percebidos pelos receptores celulares e os sinais são transmitidos para a célula.

Os fatores desencadeantes da apoptose podem ser fatores externos (extracelulares) e sinais intracelulares. O sinal é percebido pela célula, depois transmitido sequencialmente para moléculas intermediárias (mensageiros) de diversas ordens e chega ao núcleo, onde é ativado o programa de “suicídio” celular.

Indutores apoptose exógena são hormônios esteróides (sexo, tireoide, mineralocorticóides, etc.), antígenos, anticorpos, citocinas. A sua acção realiza-se através de receptores nucleares, “receptores de morte” de membrana especializados (Fas, TNF-RI, TNF-RII, DR-3, etc.) e receptores que desempenham outras funções, por exemplo a função de activação celular (células T). receptor (TCR) , receptores de citocinas), que é acompanhado pelo desenvolvimento de apoptose de ativação.

Iniciação endógena do programa de apoptose celular possível quando é privado de fatores de crescimento (IL-2, IL-3, IL-4, INF-α, fatores estimuladores de colônias - granulócitos-macrófagos (GM-CSF), granulócitos (G-CSF), eritropoietina, etc. ), interrupção dos contatos com a matriz extracelular e outras células, acúmulo de quebras de DNA não reparadas (por exemplo, quando as células são danificadas por vírus, radiação ionizante, radiação ultravioleta, etc.).

Mesa. Sinais diferenciais de necrose e apoptose

2. Estágio de programação.Como resultado da ativação de genes indutores de apoptose (P53, BAX, PIG, FAS/APO-1, IGF-BP3, etc.) por um sinal apoptogênico e/ou inibição de genes inibidores de apoptose (genes da família BCL-2 ) na célula são sintetizados E enzimas são ativadas, capaz destruir proteínas celulares (proteases – caspases, catepsinas, calpaínas, granzimas) e ácidos nucleicos (nucleases – endonuclease dependente de Ca 2+ /Mg 2+, etc.). A principal manifestação de alterações destrutivas nas células durante a apoptose é a degradação da cromatina, que se baseia na clivagem do DNA.

3. Fase de implementação do programa(executivo, efetor) consiste na morte celular, realizada através da ativação de proteases e nucleases.

Os executores diretos de “matar” a célula são Ca2+,Mg2+ - endonucleases dependentes (catalisar a quebra de ácidos nucléicos) e efetores caspases (quebrar proteínas). Ao mesmo tempo, fragmentos contendo restos de organelas, citoplasma, cromatina e citolema são formados na célula e brotam dela - corpos apoptóticos.

4. Estágio de remoção de células mortas. Na superfície dos corpos apoptóticos existem ligantes com os quais interagem os receptores das células fagocíticas. Os fagócitos detectam, engolfam e destroem corpos apoptóticos. Como resultado, o conteúdo da célula destruída não entra no espaço intercelular e durante a apoptose não há reação inflamatória.

Em vários processos patológicos no corpo, podem ser observadas aceleração e desaceleração da apoptose.

Doenças associadas à inibição da apoptose: doenças tumorais (câncer de mama, câncer de próstata, etc.), doenças autoimunes (lúpus eritematoso sistêmico, artrite reumatóide, etc.), infecções virais (herpes, adenovírus).

Doenças associadas ao aumento da apoptose: doenças neurodegenerativas (doença de Alzheimer, parkinsonismo, esclerose lateral amiotrófica), doenças hepáticas tóxicas, anemia hipo e aplástica.

Distinguem-se os seguintes:principais tipos de danos celulares :

1) agudo e crônico;

2) parcial, subtotal, total;

3) reversível, irreversível;

4) específico, inespecífico;

5) displasia;

6) distrofia;

7) paranecrose;

8) necrobiose;

9) necrose.

Agudodano celular sob a influência de fatores patogênicos e condições externas e internas desfavoráveis ​​ocorre rapidamente (segundos, minutos, horas, dias), crônica– lentamente (semanas, meses, anos).

Com parcialdano uma ou outra parte insignificante da célula falha, que geralmente permanece viável, e o dano é reversível. Com subtotal dano A maior parte da célula sofre, cuja viabilidade diminui drasticamente e os danos são muitas vezes irreversíveis. Com total dano ocorre a morte irreversível de toda a célula.

Danos reversíveis as células após a cessação da ação do agente patogênico não são acompanhadas de sua morte. Os distúrbios na homeostase intracelular que ocorrem com eles são geralmente menores e temporários. Eles são eliminados devido à ativação de mecanismos adaptativos-compensatórios-protetores intra e extracelulares. Como resultado, a atividade vital da célula é restaurada. Por exemplo, como acontece com a exposição a uma dose eritematosa de raios ultravioleta (causando vermelhidão da pele), como com uma diminuição de curto prazo no fluxo sanguíneo (isquemia) na pele ou órgãos internos, pequenas alterações parciais no metabolismo, estrutura e função são restauradas aos níveis normais após um certo tempo.

Dano permanente as células são caracterizadas por distúrbios pronunciados e persistentes da homeostase intracelular. Este último não pode ser eliminado nem mesmo pela ativação máxima de mecanismos protetores-compensatórios-adaptativos nas estruturas intra e extracelulares danificadas que ainda permanecem viáveis. Por exemplo, com efeitos prolongados ou pronunciados no corpo dos raios ultravioleta e infravermelho, substâncias radioativas e tóxicas, isquemia do miocárdio, cérebro e medula espinhal, distúrbios graves da estrutura, metabolismo e funções destes últimos ocorrem em várias células, tecidos e órgãos do corpo, levando à diminuição de sua duração vida e morte (necrose). A morte celular geralmente é acompanhada por autólise (devido à liberação dos lisossomos e ativação de enzimas hidrolíticas). No entanto, em alguns casos, a morte celular e tecidual pode ocorrer sem o desenvolvimento de autólise. Isso ocorre quando a morte de um organismo inteiro ocorre de forma rápida (repentina), por exemplo, quando o organismo é exposto a temperaturas ambientais muito altas ou baixas.

Específico dano as células são características de um determinado fator patogênico. Por exemplo, as manifestações específicas de danos celulares incluem: 1) o desenvolvimento de hemólise imunológica de eritrócitos na presença de anticorpos antieritrocitários no corpo; 2) inibição da atividade da colinesterase por compostos organofosforados; 3) supressão da monoamina oxidase por seus inibidores, etc.

Inespecífico O dano celular (estereotípico) ocorre sob a influência de fatores patogênicos de várias etiologias e patogêneses. Por exemplo, as manifestações inespecíficas de danos celulares incluem:

1) aumento de volume (inchaço) das células;

2) inibição do metabolismo energético e plástico;

3) perturbação do metabolismo da água, eletrólitos, vitaminas, lipídios, carboidratos, proteínas em decorrência do desenvolvimento de enzimopatias;

4) desenvolvimento de acidose (primária, secundária);

5) inibição das bombas de Na + , K + , Ca 2+ , ATPase;

6) aumento da concentração extracelular de potássio e da concentração intracelular de cálcio;

7) perturbação da estrutura, metabolismo e funções das membranas celulares e intracelulares (principalmente, aumento da permeabilidade, propriedades de sorção, alterações no potencial elétrico das membranas celulares, desenvolvimento de acidose, etc.

11.4. Manifestações morfológicas e funcionais

dano celular

Aos sinais morfológicos de dano celular incluir:

1) inchaço (aumento) e vacuolização da célula e suas organelas (especialmente mitocôndrias, citoplasma, núcleo);

2) alterações nas membranas celulares e organelas (lisossomos, mitocôndrias, retículo endoplasmático, ribossomos, polissomos, aparelho de Golgi, núcleo, etc.);

3) mudanças destrutivas no núcleo (seu tamanho, forma, estrutura);

4) redução do número de organelas funcionais (ribossomos, mitocôndrias, etc.);

5) redução do número de receptores de membrana celular;

6) violações dos contatos intercelulares;

7) distúrbios do contato celular com estruturas intercelulares;

8) danos às estruturas genéticas da célula (genes, cromossomos, genoma).

Para sinais funcionais de danos células incluir :

1) mudanças nas propriedades físico-químicas e bioelétricas das membranas (por exemplo, aumento na condutividade elétrica do tecido, diminuição na resistência elétrica (ôhmica) das membranas celulares;

2) aumentar a permeabilidade das membranas celulares e organelas para micro e macromoléculas (íons, mono, di e polímeros de proteínas, lipídios, carboidratos;

3) aparecimento e aumento no sangue de enzimas citoplasmáticas (aspartato e alanina aminotransferases, lactato desidrogenase, creatina quinase, fosfatase ácida, etc.) em decorrência de danos às células, principalmente às suas membranas;

4) uma mudança nas propriedades tintoriais das células (um aumento na capacidade das células de serem coradas com corantes vitais como resultado de um aumento nas propriedades de sorção da célula danificada e um aumento na permeabilidade de suas membranas;

5) diminuição da motilidade celular;

6) diminuição da atividade dos receptores celulares;

7) interrupção do processo de divisão celular (redução e distorção da função do núcleo, mitocôndrias e outras estruturas intracelulares e extracelulares);

8) interrupção dos processos bioquímicos nas células e estruturas intercelulares, principalmente diminuição do consumo de oxigênio, do teor de cálcio nas mitocôndrias e do processo de fosforilação oxidativa, levando a distúrbios do metabolismo energético e plástico);

9) o surgimento de novas funções celulares, etc.

11.5. Principais tipos de reações celulares em patologia

Entre eles, os mais frequentemente identificados são os seguintes:

Patologia ultraestrutural de células (membranas celulares e organelas);

Reações de proliferação (inflamatórias, imunogênicas) com diferenciação celular completa e incompleta;

Reações de metamorfose celular (formação de um tipo de célula, por exemplo, epitélio em vez de outro);

Reações de hipertrofia e atrofia celular;

Reações de citocinese (cinética de um grupo ou células individuais, migração de macrófagos, diapedese de células sanguíneas, leucotaxia, linfotaxia, etc.);

Reações de interações intercelulares (tipos imunes e não imunes, informativas, destrutivas, metabólicas, mistas);

Reações de endocitose (pinocitose - absorção de minúsculas gotículas de líquido com substâncias nelas dissolvidas; fagocitose - absorção de partículas sólidas), que podem ser completas ou incompletas;

Displasia celular;

Distrofias celulares.