ГЛАВА 02. ПОВРЕЖДЕНИЯ

ПОВРЕЖДЕНИЕ КЛЕТКИ И МЕЖКЛЕТОЧНЫХ СТРУКТУР

Клетка - структурно-функциональная единица ткани. Повреждение клетки заключается в изменении её структурных, метаболических, физико-химических свойств, которые ведут к нарушению функций. Характер повреждения зависит от причины, механизмов защиты, глубины повреждений и их последствий.

Причинами повреждения клеток могут быть экзогенные или эндогенные факторы. К экзогенным факторам повреждения относятся физические, химические, биологические воздействия.

•  Физические воздействия. Повреждения возникают под действием механических (удар, растяжение, сдавление), термических (высокая или низкая температура) факторов, лучистой энергии.

•  Химические факторы. Действие кислот, щёлочей, солей тяжёлых металлов, лекарственных препаратов.

•  Биологические причины. Действие бактерий, простейших, грибов, паразитов, цитотоксических антител, T-лимфоцитов.

Эндогенными факторами повреждения клеток могут быть различные воздействия, связанные с нарушением метаболизма клеток.

Различают специфичное (цианиды избирательно нарушают работу клеточной цитохромоксидазы; окись углерода образует стойкое соединение с гемоглобином - карбоксигемоглобин) и неспецифичное повреждение, возникающее при действии многих патогенных факторов (нарушение проницаемости капиллярной стенки может быть вызвано самыми различными воздействиями на неё).

Патология структуры и функции клеток возникает также при нарушении регуляции их жизнедеятельности. Различают расстройства положительных и отрицательных обратных связей. Примером положительной обратной связи может быть избыточная продукция гормонов щитовидной железой, надпочечниками, что тормозит работу передней доли гипофиза, которая регулирует эти железы. Расстройства по механизму отрицательных обратных связей возникают при повреждении чувствительных рецепторов, путей передачи информационного сигнала (при опухоли гипофиза происходит неадекватная избыточная продукция его гормонов).

Синдром отмены. Искусственная стимуляция отрицательных обратных связей путём длительного введения какого-либо гормона извне может привести к развитию синдрома отмены. В результате после внезапного прекращения поступления гормона возникает острая его недостаточность, связанная с атрофией желёз, вырабатывавших этот гормон (недостаточность надпочечников при длительном лечении преднизолоном).

Положительная обратная связь также имеет место в биологических системах в условиях нормы и патологии. Например, развитие эмбриона в полости матки способствует росту плаценты и врастанию сосудов, которые в свою очередь содействуют росту эмбриона. Положительные обратные связи могут формировать "порочные круги" патогенеза, участвуя в развитии болезни (высокое кровяное давление в артериях способствует образованию атеросклеротических бляшек, что снижает эластичность сосудов и усугубляет течение гипертензии).

Вне- и внутриклеточные регуляторные влияния имеют антагонистический характер (воздействие возбуждающих и тормозных медиаторов на нервную клетку; действие на сосуды симпатической и парасимпатической вегетативной нервной системы).

В организме имеется иерархическая система регуляции, которая совпадает с уровнями структурной организации организма. Выделяют расстройства регуляции обмена веществ, субклеточных структур, клеток, тканей, органов, систем и организма в целом. По виду влияний различают расстройства нервной, эндокринной, гормоноидной (биологически активными веществами тканевого происхождения) и метаболической регуляции.

Расстройство субординационных отношений может лежать в основе патологии. Например, повреждение центрального мотонейрона головного мозга, высвобождает активность периферического спинального мотонейрона, приводя к спазму мышц при спастическом параличе. При ослаблении тормозных процессов в ЦНС при неврозах, остеохондрозе шейного отдела позвоночника, обостряется чувствительность к афферентным сигналам, приходящим из внутренних органов, и обычные подпороговые сигналы из внутренних органов, могут давать необычные ощущения и чувство боли, которые являются источником жалоб этих больных.

Патологические явления могут реализоваться через висцеро-висцеральный рефлекс. Например, тромбоз ствола лёгочной артерии приводит к фибрилляции сердца; калькулёзный холецистит провоцирует экстрасистолию. Патологические рефлексы закрепляются и возникают по условно-рефлекторному механизму. При этом, патогенным сигналом может стать ранее индифферентный раздражитель. Например, воспоминание ранее пережитых неприятностей или обстановка, в которой они впервые возникли, могут вызвать приступ стенокардии.

НАРУШЕНИЯ МЕЖКЛЕТОЧНЫХ ВЗАИМОДЕЙСТВИЙ

Межклеточные взаимодействия осуществляются с помощью информационных (сигнальных) молекул. Их действия на клетку складываются из этапов:

∨ связывание рецептора с лигандом;

∨ включение каскадных механизмов, приводящих в действие биохимические ответы клетки;

∨ ослабление или устранение сигнала.

Эти этапы действия сигнальных молекул имеют место во всех клетках и работают независимо от типа сигналов. Специфика реакции клетки определяется набором экспрессируемых ею рецепторов и воздействующими внешними сигнальными молекулами (гормоны, биологически активные вещества - первичные мессенджеры). Вторичные мессенджеры находятся внутри клетки, усиливают приходящий сигнал (циклический аденозинмонофосфат, циклический гуанидинмонофосфат, диацилглицерол, инозитолтрифосфат, Са²⁺). Они действуют в течение короткого промежутка времени и потом инактивируются.

После восприятия сигнала клетка не реагирует на поступающий сигнал, если этого не происходит, то она обречена на апоптотическую гибель.

Для отключения сигнала существует несколько путей:

∨ поглощение лиганд-рецепторного комплекса с помощью эндоцитоза;

∨ десенситизация (снижение чувствительности) рецептора, которая часто связана с процессом фосфорилирования. У G-белка десенситизация рецептора связана с фосфорилированием белка на обратной стороне рецептора;

∨ разрушение эффекторной молекулы.

Рецепторы подразделяют на липофильные и гидрофильные.

•  Липофильные рецепторы. Сигнальными лигандами являются стероидные гормоны, ретиноиды (родственные витаминам A, D), гормоны щитовидной железы. Лиганды этих рецепторов жирорастворимые вещества, проходящие через клеточную мембрану. Сами рецепторы расположены в цитоплазме. Лиганд-рецепторный комплекс, проникая в ядро, активирует транскриптазу и синтетические процессы.

•  Гидрофильные рецепторы. Связаны с клеточной мембраной:

∨ рецепторы, сопряжённые с G-белками (активированный G-белок изменяет активность молекулярных мишеней, в частности, аденилатциклазы, фосфолипазы, ионных каналов и цГМФ-фосфодиэстеразы);

∨ рецепторы селективных ионных каналов;

∨ рецепторы предсердного натрийуретического фактора (их активация приводит к входу иона натрия);

∨ рецепторы, активируемые цитозольными тирозинкиназами после образования связи лиганда с поверхностными рецепторами.

Внеклеточная доставка сигнала клеткам может осуществляться эндокринным, аутокринным, паракринным и нейрокринным способами.

•  Аутокринная доставка. Сигнал, вырабатываемый клеткой, воспринимается рецепторами той же клетки.

•  Паракринный способ. Вырабатываемый сигнал доставляется прилежащим клеткам, а затем поступает на рецепторы клетки, инициирующей его (при миелобластном лейкозе трансформированные клетки вырабатывают ИЛ-1, который воздействует на клетки стромального микроокружения костного мозга, продуцирующие факторы роста для злокачественных миелобластов).

Оба вида передачи сигнала представляют собой разновидность положительной обратной связи и используются в растущей опухоли. Этим объясняется относительная автономность опухолевого роста.

Трансмембранные белки (интегрины, катгерины) играют роль рецепторов адгезии. Они связывают внеклеточный матрикс с цитоскелетными белками (винкулином, талином, паксиллином, актиновыми филаментами), влияют на подвижность клеток, их полярность, дифференцировку. Интегрины получают сигналы от рецепторов клеточной поверхности и реализуют действие через различные семейства киназ.

Катгерины - семейство гомологичных трансмембранных гликопротеинов, выступающих над поверхностью клеточной мембраны. Соседние клетки образуют между собой связи по типу молнии ("катгериновая молния").

При изменении структуры интегринов нарушается прикрепление клеток к объектам (например, нарушение способности тромбоцитов образовывать связи с фибриногеном).

ПОВРЕЖДЕНИЕ КЛЕТОЧНЫХ ОРГАНЕЛЛ

Нарушения генетической информации могут возникать в результате воздействия на структуры ДНК физических, химических или биологических факторов. Из физических факторов наиболее сильное влияние на структуры ДНК оказывает лучистая энергия, особенно, высокоэнергетическое коротковолновое излучение.

Нарушение окисления токсинов в пероксисомах ведёт к интоксикации продуктами, поступающими из кишечника, микробными токсинами, продуктами загрязнения окружающей среды, накоплению в организме канцерогенных веществ. С нарушением функции пероксисом связано развитие некоторых тяжёлых наследственных заболеваний (акаталаземия - заболевание, при котором отсутствует фермент каталаза, разрушающий токсичную перекись водорода, образующуюся в пероксисомах).

Нарушения образования и расходования энергии клеткой чаще возникают по причине повреждения механизма окислительного фосфорилирования в митохондриях, потому что в этом процессе образуется почти вся потребляемая клеткой энергия. Только 1/20 часть энергии образуется в процессе гликолиза и в пентозном цикле. Недостаток кислорода, субстрата окисления, снижение эффективности окислительного фосфорилирования приводят к снижению энергообразования и энергетическому дефициту в клетке.

При недостатке кислорода энерготраты частично восполняются за счёт гликолиза, который энергетически менее выгоден. Обычно присутствие кислорода подавляет гликолиз (эффект Пастера). Ферменты гликолиза расположены в цитоплазме. Гликолиз способствует кратковременному выживанию клетки, но он не восполняет полностью энергетического дефицита в отсутствие кислорода. При длительной гипоксии ключевые ферменты гликолиза ингибируются в результате накопления молочной кислоты и снижения pH, что усугубляет энергетический дефицит, приводя к необратимому повреждению клетки.

Энергетический баланс клетки может нарушиться под действием веществ, влияющих на мембранный потенциал митохондрий, к которым относятся разобщители окислительного фосфорилирования. Процесс разобщения сопровождается уменьшением протонного градиента внутренней мембраны митохондрий в результате перехода через неё протонов. Происходит своего рода "короткое замыкание" электрического потенциала внутренней и наружной поверхностей крист митохондрий, в результате которого эффективность фосфорилирования АДФ снижается, и часть энергии рассеивается в виде тепла. Например, тироксин в больших концентрациях может вызывать разобщение окислительного фосфорилирования, изменяя свойства внутренней мембраны митохондрий.

Снижается образование энергии при нарушении работы дыхательных ферментов. Так, блокирование цитохромоксидазы цианидами приводит к нарушению оттока электронов по цепи дыхательных ферментов и развитию тканевой гипоксии.

Состав внутриклеточной среды зависит от транспортной функции и проницаемости цитоплазматических мембран. Ряд веществ (мочевина, газы крови, алкоголь) проникает через мембрану пассивно за счёт градиента концентраций путём диффузии. Напротив, выведение натрия и транспорт в клетку калия, глюкозы, аминокислот, а также кальция из цитоплазмы в саркоплазматический ретикулум являются энергозависимыми процессами. При изменении клеточной энергетики эти процессы нарушаются, что приводит к вторичным морфологическим повреждениям в клетке.

Нарушение проницаемости мембран может быть связано с свободнорадикальным перекисным окислением липидов. Причиной разрушения мембран в этом случае являются свободные радикалы и не редко активация эндогенных фосфолипаз. В малоактивном состоянии фосфолипазы присутствуют во всех мембранных структурах. При увеличении ионной проницаемости мембран фосфолипазы способны активироваться ионами кальция. Обычно повреждаются не только цитоплазматические мембраны, но и мембраны клеточных органелл. Особое значение имеет повреждение митохондрий, что приводит к критическому снижению запасов АТФ в клетке. Через мембраны в клетку и в органеллы поступают соли и вода, что приводит к разрыву органелл и клеток.

Для электровозбудимых тканей большое значение имеет образование мембранного потенциала покоя и распространяющегося потенциала действия. Мембранный потенциал электровозбудимых клеток (нервных и мышечных) поддерживается в основном работой энергозависимого К⁺,Na⁺-насоса. Работа электровозбудимых клеток может быть нарушена при повреждении клеточной мембраны, изменении мембранного потенциала, что приводит к нарушению проведения возбуждения по аксонам нервных клеток и мышечным волокнам.

На действие патогенных раздражителей клетки отвечают защитными процессами. Защитные механизмы предупреждают возникновение повреждения: в клетке постоянно происходит нейтрализация образующихся кислых продуктов с помощью буферных систем. Нейтрофилы защищаются от агрессии микробов путём фагоцитоза. Свободные радикалы, активные формы кислорода и перекиси устраняются пероксидазой, супероксидодисмутазой и системой глютатиона. Для уменьшения потребности в кислороде клетка может ограничить активность, впадая в состояние гипобиоза.

Защитные приспособительные процессы направлены на устранение возникших повреждений: нарушения ДНК устраняются ферментами репарации ДНК (рестриктазы, ДНК-полимеразы, лигазы), иначе возникают болезни репарации ДНК (пигментная ксеродерма, анемия Фанкони). Клетки восстанавливаются за счёт синтеза в эндоплазматическом ретикулуме белков из аминокислот. Сборка субъединиц происходит с помощью белков-чаперонов и требует затрат молекул АТФ. Для восстановления мембраны клеток необходим постоянный синтез мембранных липидов. Для этого в эндоплазматической системе клеток постоянно синтезируются глицеролфосфолипиды (фосфатидилхолин, фосфатидилэтаноламин, фосфатидилсерин, фосфатидилинозитол), сфинголипиды (сфингомиелин), холестероллипиды (липопротеины разной плотности). Новые липиды встраиваются в мембрану эндоплазматического ретикулума, а затем транспортируются к мембранам различных клеточных органелл путями везикулярного транспорта или прямого переноса липидов с поверхности ретикулума к органеллам. При везикулярном переносе пузырьки отпочковываются от мембраны эндоплазматической системы, а затем сливаются с другими мембранами.

Повреждение клеточных органелл может сопровождаться снижением их функции, которое возмещается с помощью не пострадавших внутриклеточных или внеклеточных компенсаторных механизмов (снижение уровня макроэргических фосфатов после повреждения митохондрий компенсируется усилением процессов гликолиза, который служит резервным источником энергии).

Повреждение клетки может быть парциальное и тотальное, обратимое и необратимое.

•  Парциальное нарушение. Повреждение отдельных клеточных структур.

•  Тотальное повреждение. Разрушение всей клетки.

•  Обратимое нарушение. Процесс заканчивается частичным или полным восстановлением жизнедеятельности.

•  Необратимое повреждение. При значительном разрушении структур наступает смерть клетки - некроз (от греч. necros - мёртвый). Состояние, предшествующее гибели клетки - некробиоз.

Нарушения структуры межклеточного матрикса связаны в основном с патологией коллагена. Причиной нарушения его структуры могут быть генетические дефекты, приводящие к неполной сборке коллагеновых волокон, нарушению поперечных связей, нестабильности нитей. При синдроме Гудпасчера синтезируется дефектный коллаген IV типа, к которому начинается выработка антител. В результате страдает базальная мембрана клеток почечных клубочков и лёгочных альвеол, в состав которых входит этот коллаген. При синдроме Альпорта (генетическом заболевании, проявляющемся у мужчин) имеется дефект базальной мембраны почечных клубочков, приводящий к почечной недостаточности. При ревматических заболеваниях соединительная ткань внеклеточного матрикса приобретает свойства аутоантигена, вступающего в иммунопатологическую реакцию с аутоантителами. В результате в соединительной ткани происходит перераспределение гликозаминогликанов и хондроитинсульфатов, коллагеновые волокна становятся гидрофобными, притягивают воду и в них развивается мукоидное, а затем фибриноидное набухание. Эти изменения заканчиваются распадом коллагеновых волокон - фибриноидным некрозом.

Важную роль в патологии играет фибронектин. Этот интегральный трансмембранный белок, выступая над поверхностью клетки, образует связи между клетками, а также связи с компонентами межклеточного матрикса: коллагеном, фибрином, хондроитинсульфатом. Присутствует в жидких средах организма, является хемоаттрактантом для лейкоцитов при воспалении.

ДИСТРОФИИ

Дистрофия (от греч. dys - отклонение от нормы и греч. trophe - питание) - патологический процесс, в основе которого лежит нарушение тканевого и/или клеточного метаболизма, ведущее к структурным изменениям.

Трофика - совокупность механизмов, определяющих метаболизм и структурную организацию клетки или ткани, необходимых для выполнения специализированной функции. Клеточные механизмы поддержания трофики обеспечиваются структурной организацией клетки и её ауторегуляцией, обусловленной генетическим кодом. Внеклеточные механизмы трофики включают транспортные (кровь, лимфа) и интегративные (нервная, эндокринная, гуморальная) системы. Этот вид повреждения может быть обратимым или необратимым, проявляется накоплением, нарушением нормального содержания или физико-химических свойств различных веществ, появлением обычных веществ в нетипичных местах или не встречающихся в норме веществ в клетках, во внеклеточном веществе, стенках сосудов и строме органов.

Этиология: гипоксия, токсические вещества, лекарства, физические и химические агенты, генетические повреждения, приобретённые или наследственные дефекты ферментов (ферментопатии), вирусы, дисбаланс питания, заболевания нервной или эндокринной систем, нарушения состава крови, мочи при заболеваниях внутренних органов и любые другие причины, ведущие к нарушениям клеточных и внеклеточных механизмов трофики.

Классификация: в зависимости от вида нарушенного обмена дистрофии выделяют белковые, жировые, углеводные, минеральные, водные, смешанные.

Исходя из преимущественной локализации метаболических нарушений и отложений, дистрофии могут быть: паренхиматозными, стромально-сосудистыми, смешанными.

В зависимости от влияния генетических факторов дистрофии различают наследственные и приобретённые.

По распространённости процесса выделяют общую и местную дистрофии.

Выделяют разнообразные морфогенетические механизмы развития дистрофий: инфильтрация, декомпозиция, трансформация, извращённый синтез, чапероновый (с помощью стрессорных протеинов), убиквитиновый, карнитинчелночный.

Выделяют морфогенетические механизмы развития дистрофий: инфильтрация, декомпозиция, трансформация, извращённый синтез и др.

•  Инфильтрация. Избыточное проникновение веществ или продуктов обмена в клетки, стенки сосудов, межклеточное вещество и/или нарушение включения их в метаболизм с последующим накоплением (инфильтрация белком эпителия проксимальных канальцев почек при увеличении его количества в первичной моче или метастатическое обызвествление, обусловленное гиперкальциемией). Продукты обмена могут не метаболизироваться, а накапливаться в связи с генетическим дефектом фермента, развиваются болезни накопления (тезаурисмозы). Могут аккумулироваться экзогенные вещества, которые клетка не может ни разрушить с помощью ферментов, ни транспортировать в другое место (частицы угля).

•  Декомпозиция (фанероз). Распад ультраструктур клеток и межклеточного вещества или сложных в химическом отношении веществ, ведущий к нарушению метаболизма и накоплению продуктов нарушенного обмена в клетке. Распад полисахаридно-белковых комплексов лежит в основе фибриноидных изменений соединительной ткани при ревматических болезнях.

•  Трансформация. Переход одного вещества в другое (трансформация углеводов в жиры при сахарном диабете).

•  Извращённый синтез. Образование в клетках или в тканях веществ, не встречающихся в норме (синтез аномального белка амилоида и его отложение в межклеточном веществе).

Механизмы развития дистрофий могут сочетаться.

БЕЛКОВАЯ ДИСТРОФИЯ

Нарушения обмена белка приводят к развитию белковых дистрофий (диспротеинозов). Механизм развития паренхиматозных диспротеинозов может быть опосредован индукцией повреждающими стимулами "стрессовых протеинов" или белков-чаперонов (chaperones). В нормальных условиях чапероны обеспечивают восстановление повреждённых, частично денатурированных белков. Если этого не происходит и возникает опасность дальнейшего повреждения клетки изменёнными белками, то включается убиквитиновый механизм. Необратимо повреждённые белки присоединяются к другому белку убиквитину, который обеспечивает их расщепление до нетоксичных фрагментов нелизосомальными протеиназами. Фрагменты белков накапливаются, в цитоплазме появляются эозинофильные гиалиноподобные белковые глыбки и капли, сливающиеся между собой и заполняющие тело клетки (гиалиново-капельная дистрофия).

Белковая дистрофия часто встречается в почках, реже в печени и очень редко в миокарде. В почках при повреждении гломерулярного фильтра эозинофильные капли в цитоплазме эпителия проксимальных канальцев отражают недостаточность его вакуолярно-лизосомального аппарата и свидетельствуют о реабсорбционной недостаточности извитых канальцев в отношении белков в условиях увеличения белка в первичной моче. Примерами избыточного накопления белка являются также тельца Русселя - производные плазматических клеток и тельца Маллори - эозинофильные включения в клетках печени при алкогольной болезни.

Исход - неблагоприятный. Гиалиново-капельная дистрофия завершается фокальным, а затем тотальным коагуляционным некрозом клетки, функция клетки и органа снижается.

ГИАЛИНОВЫЕ ИЗМЕНЕНИЯ

Гиалиновые изменения - ещё один вид повреждения клеток и внеклеточных структур. Термин "гиалиновые изменения" чаще используется как описательная гистологическая характеристика. Ткань или клетка при гиалиновых изменениях приобретают гомогенное розовое окрашивание, подобное окрашиванию основного вещества гиалинового хряща при использовании гематоксилина и эозина. В качестве примера внутриклеточных гиалиновых депозитов можно привести накопления белка (гиалиново-капельная дистрофия в канальцах почки, тельца Русселя и алкогольный гиалин Маллори).

Гиалиноз - внеклеточное (в стенках сосудов и межклеточном веществе) отложение гиалина. Внеклеточный гиалин - сложное вещество, в состав которого могут входить фибрин, различные белки плазмы, иммуноглобулины, липиды. К развитию гиалиноза ведёт деструкция волокнистых структур и повышение тканево-сосудистой проницаемости в связи с дисциркуляторными, метаболическими и иммунопатологическими процессами. Гиалинозу могут предшествовать плазматическое пропитывание, фибриноидное набухание, воспаление, некроз, склероз.

Мукоидное набухание - увеличение количества и перераспределение мукополисахаридов, преимущественно гликозаминогликанов (за счёт отщепления их от белка), в основном веществе соединительной ткани. Накопление гликозаминогликанов всегда начинается с повреждения сосудов микроциркуляторного русла, что ведёт к развитию тканевой гипоксии, активации гиалуронидазы и ослаблению связи между гликозаминогликанами и белком.

Гликозаминогликаны обладают выраженными гидрофильными свойствами, что на фоне повышенной сосудисто-тканевой проницаемости ведёт к выраженной гидратации (набуханию) основного вещества соединительной ткани. Одновременно увеличивается концентрация протеогликанов и в меньшей степени гликопротеидов.

Для выявления гликозаминогликанов используются специальные окраски (альциановый синий, коллоидное железо). При окраске гематоксилином и эозином они имеют слабо базофильную окраску, так как при ослабевании связи с белком высвобождаются их кислотные радикалы. Чаще всего в практике используют метахроматические катионные красители, которые окрашивают гликозаминогликаны в цвет, отличный от собственного цвета красителя. Толуидиновый синий придаёт гликозаминогликанам (гиалуроновая кислота, хондроитинсульфаты) сиреневый или пурпурный цвет в связи с закислением среды.

Микроскопически коллагеновые волокна обычно сохраняют пучковое строение, но набухают и разволокняются. Набухание и увеличение в объёме основного вещества приводит к тому, что клетки соединительной ткани удаляются друг от друга. Макроскопически органы практически не изменены.

Мукоидное набухание развивается чаще всего в стенках артерий, сердечных клапанах, эндо- и эпикарде, в капсулах суставов при инфекционно-аллергических заболеваниях, ревматических заболеваниях, гипертонической болезни.

Исход может быть двояким. Мукоидное набухание обратимо, при прекращении воздействия патогенного фактора происходит полное восстановление структуры и функции. Если воздействие патогенного фактора продолжается, мукоидное набухание может перейти в фибриноидное набухание.

Фибриноидное набухание - глубокая и необратимая дезорганизация соединительной ткани, в основе которой лежит распад белка (коллагена, фибронектина, ламинина) и деполимеризация гликозаминогликанов, что ведёт к деструкции её основного вещества и волокон, сопровождающейся резким повышением сосудистой проницаемости и образованием фибриноида.

Фибриноид - сложное вещество, образованное за счёт белков и полисахаридов, распадающихся коллагеновых волокон и основного вещества, а также плазменных белков крови и нуклеопротеидов разрушенных клеток соединительной ткани. Обязательным компонентом фибриноида является фибрин.

Микроскопически пучки коллагеновых волокон становятся гомогенными, эозинофильными (вследствие блокирования кислотных радикалов гликозаминогликанов плазменными белками и смещения pH среды в щелочную сторону), резко ШИК-позитивными, что свидетельствует о значительном увеличении в них количества гликопротеидов. Окраска на фибрин всегда положительная, но интенсивность её колеблется. Метахромазия при окрашивании толуидиновым синим отсутствует. Это связано с практически полной деструкцией гликозаминогликанов.

Макроскопически органы и ткани, в которых развивается фибриноидное набухание, мало изменены.

Фибриноидное набухание носит либо системный (распространённый), либо локальный (местный) характер.

Системное поражение отмечено при инфекционно-аллергических заболеваниях (фибриноид сосудов при туберкулёзе с гиперергическими реакциями); аллергических и аутоиммунных болезнях (ревматические болезни, гломерулонефрит); ангионевротических реакциях (фибриноид артериол при гипертонической болезни и артериальных гипертензиях).

При гипертонической болезни наблюдается гиалиноз мелких артериол и артерий в связи с плазматическим пропитыванием и фибриноидным набуханием сосудистой стенки при длительном спазме, сопровождающимся гипоксическим повреждением структур сосудистой стенки.

Локально фибриноид выявляется при хроническом воспалении. Например, в дне хронической язвы желудка, трофических язв кожи.

В исходе фибриноидного набухания иногда развивается фибриноидный некроз, характеризующийся полной деструкцией соединительной ткани. Вокруг очагов некроза обычно выражена реакция макрофагов. В дальнейшем происходит замещение очага деструкции рубцовой соединительной тканью (склероз) или гиалиноз.

Фибриноидное набухание ведёт к нарушению и прекращению функции органа (острая почечная недостаточность при злокачественной гипертонии, которая характеризуется фибриноидными изменениями и некрозом артериол и капилляров клубочков). Развивающиеся в исходе фибриноидного некроза склероз или гиалиноз ведут к нарушению функции клапанов сердца (формированию пороков сердца), неподвижности суставов, сужению просвета и уменьшению эластичности стенок сосудов.

При фибриноидном набухании и гиалинозе функция органа снижается или может прекращаться. Гиалиноз сосудов приводит к сужению просвета, гипоксии, атрофии и склерозу органов. Гиалиноз клапанов лежит в основе ревматического порока сердца.

Внеклеточно в тканях и стенках сосудов может накапливаться амилоид (см. главу 6).

ЖИРОВАЯ ДИСТРОФИЯ

Жировая дистрофия развивается часто. Нарушения обмена липидов проявляются их накоплением или недостатком (при истощении). В клетках могут накапливаться липиды всех классов: триглицериды, эфиры холестерина, фосфолипиды. При некоторых генетических болезнях накопления (болезнь Гоше - аккумулирование аномальных комплексов липидов и углеводов). Чаще всего жировая дистрофия встречается в печени (стеатоз), сердце, мышцах и почках.

ЖИРОВАЯ ДИСТРОФИЯ ПЕЧЕНИ

Стеатоз печени наблюдается при алкоголизме, тучности, сахарном диабете, гипоксии, токсических воздействиях, нарушении питания (недостаток белка в пище). При этом печень увеличена в размерах, дряблая, на разрезе жёлтого цвета, с налётом жира. В случае увеличения количества липидов в крови воротной вены, первые и более крупные жировые включения появляются в периферических отделах долек (крупнокапельное ожирение), а более мелкие - в центральных (средне- и мелкокапельное ожирение). При гипоксии липиды сначала появляются в центре долек.

Слабо выраженное накопление липидов не влияет на функцию печени, их выраженная аккумуляция может необратимо повреждать внутриклеточные процессы.

ЖИРОВАЯ ДИСТРОФИЯ МИОКАРДА

Жировая дистрофия миокарда возникает вследствие гипоксии (при болезнях крови, сердечно-сосудистой недостаточности), интоксикации (при алкоголизме, инфекционных заболеваниях, отравлении фосфором, мышьяком). Механизм развития дистрофии миокарда связан с нарушением окисления жирных кислот под влиянием гипоксии или токсина (особенно при дифтерии).

Механизм действия дифтерийного токсина

Не существует единого представления о механизме кардиотоксичности дифтерийного гистотоксина. Одной из первых концепций биологического действия дифтерийного гистотоксина явилось предположение о том, что токсин способен конкурировать с тканевым дыхательным ферментом - цитохромом "В". Считали, что дифтерийный токсин вместе с ионом двухвалентного железа и порфирином входит в состав цитохрома дифтерийных коринебактерий и может замещать аналогичные структуры системы цитохромов чувствительных клеток, что блокирует процесс переноса электрона в дыхательной цепи и нарушает окислительное фосфорилирование. В результате снижается синтез АТФ, возникает дефицит энергетических и пластических ресурсов клетки, который ведёт к нарушению функций миокарда. Однако концепция о первичном нарушении синтеза белка не объясняет, почему при дифтерии практически не поражаются ткани с высоким белковым обменом, такие как слизистая оболочка желудочно-кишечного тракта, половых органов, а подвергаются дистрофии миокард, нервная система, уровень белкового метаболизма которых значительно ниже. В настоящее время наиболее обоснованной концепцией кардиотоксичности гистотоксина является представление о том, что этот эффект связан с блокадой карнитинчелночного механизма метаболической регуляции основного процесса, обеспечивающего энергией миокард - β-окисления жирных кислот в митохондриях. Роль карнитинчелночного механизма определяется его участием в транспортном каскаде, обеспечивающим поступление энергетических субстратов в митохондрии. Этот механизм состоит из карнитин-ацилкарнитинтранслоказы и двух карнитин-пальмитоилтрансфераз. Карнитиновый челночный механизм обеспечивает активный транспорт длинноцепочечных жирных кислот из цитозоля в митохондрии и контролирует β-окисление КоА-производного жирной кислоты в митохондриальном матриксе, результатом которого является ацетил-КоА, поступающий в дальнейшем в цикл Кребса. Характерное накопление липидов в кардиомиоцитах при дифтерии происходит по ряду причин:

∨ дифтерийная интоксикация сопровождается усилением липолиза и повышением концентрации свободных жирных кислот в крови;

∨ в связи с отсутствием в кардиомиоцитах системы контроля жирных кислот поступление в кардиомиоцит циркулирующих в крови свободных жирных кислот зависит от их концентрации в плазме;

∨ при дифтерии страдает мембранный гомеостаз, о чём свидетельствует внутриклеточное накопление фосфолипидов, высвобождающихся из разрушенных мембран клеточных структур, в том числе митохондрий. Одними из основных факторов, способствующих нарушению мембранного гомеостаза, являются ишемия и ацидоз;

∨ блокада карнитинчелночного механизма препятствует утилизации накопившихся в кардиомиоците жирных кислот. Накопление в саркоплазме большого количества кислот оказывает токсический эффект на клетку и усугубляет разобщение процессов окисления и фосфорилирования.

Следует подчеркнуть неспецифический характер блокады карнитинчелночного механизма гистотоксином. Экзогенный карнитин (L-карнитин и пропионил-L-карнитин) оказывает терапевтическое и кардиопротективное действие не только при дифтерийном миокардите, но и при других кардиомиопатиях, протекающих с застойной сердечной недостаточностью, гипертрофией и ишемией миокарда. Исчезновение гликогена в миокарде - характерный гистохимический признак "дифтерийного сердца". Однако этот признак также не является специфичным для дифтерии. Запасы гликогена в миокарде расходуются при многих патологических состояниях, когда нарушается доступность основного энергетического субстрата в кардиомиоците - жирных кислот. При замедлении процесса окисления жирных кислот, что происходит, при блокаде карнитинчелночного механизма, гликолиз становится основным источником АТФ. Для поддержания интенсивного гликолитического процесса используются запасы гликогена. Однако, если гликолиз не сопряжен с окислением глюкозы, в клетках происходит накопление лактата и протонов. В условиях комбинированной гипоксии при дифтерии (гипоксическая, циркуляторная, гемическая, гистотоксическая) развивается дефицит молекулярного кислорода в тканях миокарда и интенсивность окислительных процессов начинает отставать от интенсивности гликолиза, что приводит к анаэробному гидролизу АТФ и накоплению избыточного количества протонов и, как следствие, к закислению внутриклеточной среды и ацидозу. Гипоксия играет важную роль в патогенезе "дифтерийного сердца", так как молекулярный кислород, являясь конечным акцептором протонов, необходим для синтеза АТФ. Кроме того, связывая протоны, он препятствует развитию ацидоза. Блокада карнитинчелночного механизма также ухудшает процесс окисления глюкозы в миокарде (при сохранении усиленного гликолиза). Таким образом, блокада карнитинчелночного механизма гистотоксином нарушает утилизацию основных энергетических субстратов для кардиомиоцита: свободных жирных кислот и глюкозы. Возникающий дефицит АТФ приводит к нарушению всех внутриклеточных процессов, обеспечивающих сократительную функцию миокарда. Избыток протонов усиливает их обмен на другие катионы (ионизированный кальций), в результате чего возникает перегрузка кардиомиоцитов ионами кальция. Ацидоз ухудшает взаимодействие кальция с тропонином и процесс его депонирования в саркоплазматическом ретикулуме. В результате нарушается процесс диастолического расслабления кардиомиоцитов. Ингибирование Na-K-зависимой АТФ-азы ведёт к нарушению работы натрий-калиевого насоса, следствием которого становятся увеличение количества внутриклеточного натрия, отёк клетки, гипокалигистия. Снижение содержания калия в миокардиоците изменяет трансмембранный потенциал клетки и повышает её возбудимость. Высокие концентрации свободных жирных кислот оказывают при гипоксии вторичный повреждающий и аритмогенный эффект. Важным проявлением своеобразного комплекса метаболических нарушений в миокарде, отражающим специфическое воздействие токсина и типовые реакции повреждённого сердца, является активация перекисного окисления липидов. Последнее оказывает деструктивное воздействие на мембранные структуры клеток. Альтерация миокардиоцита при активации перекисного окисления липидов связана с образованием токсических продуктов, изменением содержания липидов в мембранах, а также нарушением функции рецепторных образований мембраны. Этот процесс рассматривается как один из универсальных механизмов дезорганизации и гибели клеток. В патогенезе поражения сердца при дифтерии также не исключается роль аутоиммунного поражения миокардиоцитов, особенно как механизма прогрессирования процесса. Возможно поражение миокарда в ходе сывороточной болезни в ответ на применение противодифтерийной антитоксической сыворотки. Важную патогенетическую роль играют экстракардиальные факторы: гипоксемия вследствие крупа, обструктивного бронхита, пневмонии, респираторного дистресс-синдрома, нейропатических нарушений дыхания; циркуляторная гипоксия как результат гиповолемии и снижения насосной функции сердца, гемическая гипоксия, ДВС-синдром, гистотоксическая гипоксия, надпочечниковая недостаточность, нарушения вегетативной иннервации сердца.

Особенностями жировой дистрофии миокарда являются мелкокапельный и очаговый характер поражения. При макроскопическом исследовании под эндокардом левого желудочка, особенно в области трабекул и сосочковых мышц, видна жёлто-белая исчерченность, что дало основание сравнивать миокард со шкурой тигра ("тигровое сердце"). При микроскопическом исследовании пылевидные включения липидов обнаруживаются в кардиомиоцитах по ходу венул. Сократительная способность миокарда снижается.

ЖИРОВАЯ ДИСТРОФИЯ ПОЧЕК

В почках жировая дистрофия встречается при нефротическом синдроме и хронической почечной недостаточности.

ОЖИРЕНИЕ И ИСТОЩЕНИЕ

Нарушение обмена нейтральных жиров может проявляться их увеличением или уменьшением в жировых депо.

Ожирение (тучность) - увеличение количества нейтральных жиров в жировых депо, имеющее общий характер.

Ожирение может быть общим и местным. В зависимости от механизма развития различают первичное (идиопатическое) и вторичное ожирение.

Виды вторичного ожирения:

∨ алиментарное (несбалансированное питание и гиподинамия);

∨ церебральное (при опухолях мозга, особенно гипоталамуса, некоторых нейротропных инфекциях);

∨ эндокринное (синдром Иценко-Кушинга, адипозо-генитальная дистрофия, гипотиреоз, гипогонадизм);

∨ наследственное (болезнь Гирке).

По внешним проявлениям различают симметричный, верхний, средний, нижний типы ожирения.

В зависимости от процента превышения массы тела больного выделяют четыре степени ожирения:

I - избыточная масса тела составляет 20-29%;

II - 30-49%;

III - 50-59%;

IV - больше 100%.

В зависимости от количества и размеров адипозоцитов различают гиперпластический и гипертрофический варианты.

•  Гипертрофический вариант. Число жировых клеток не изменено, но размер их увеличен за счёт увеличения содержания триглицеридов.

•  Гиперпластический тип. Увеличено число адипозоцитов. Клиническое течение заболевания при этом варианте более благоприятное.

Наибольшее клиническое значение при ожирении любого генеза имеет ожирение сердца. Размеры сердца увеличены, количество жира под эпикардом увеличено, жировая ткань охватывает сердце в виде футляра и врастает в строму миокарда, что ведёт к атрофии мышечных волокон. Ожирение больше выражено в правой половине сердца. В клинике развивается сердечная недостаточность, в редких случаях возможен разрыв правого желудочка.

Антиподом общего ожирения является истощение (кахексия), в основе которого лежит общая атрофия органов и тканей тела.

Нарушение обмена холестерина и его эфиров характерно для атеросклероза (см. главу 10).

УГЛЕВОДНАЯ ДИСТРОФИЯ

Внутриклеточное накопление гликогена наблюдается в случае нарушения метаболизма глюкозы при сахарном диабете (см. главу 18) и наследственных заболеваниях - гликогенозах (тезаурисмозах).

МИНЕРАЛЬНЫЕ ДИСТРОФИИ

Большое значение для нормального функционирования организма имеют минералы. Наиболее часто встречаются нарушения обмена кальция, фосфора, меди, калия и железа.

НАРУШЕНИЯ ОБМЕНА КАЛЬЦИЯ

Аномальное местное выпадение солей кальция - патологическое обызвествление (кальциноз или известковая дистрофия). Оно может быть дистрофическим и метастатическим.

Дистрофическое обызвествление. Уровень кальция в крови не меняется, соли кальция откладываются местно в участках некроза и склероза, имеющих более щелочную среду, чем окружающие ткани. Кальцификация происходит в фиброзных бляшках с распадом (атероматозом) при выраженном атеросклерозе, в лёгких при заживлении очагов казеозного некроза при туберкулёзе. Фокусы обызвествления приобретают каменистую плотность и называются петрификатами. Дистрофическое обызвествление обычно не вызывает нарушения функций органа, однако в некоторых случаях (при обызвествлении клапанов сердца, при выраженном атеросклерозе) усугубляет течение болезни и может способствовать образованию тромбов на створках клапанов и в сосудах.

Метастатическое обызвествление. Происходит при гиперкальциемии. Соли кальция могут откладываться в различных нормальных тканях, но чаще в интерстиции слизистой оболочки желудка, почек, лёгких, миокарда, артерий и лёгочных вен. Эти ткани при функционировании теряют кислоту и ощелачиваются, что предрасполагает к метастатическому обызвествлению. Обычно оно не вызывает дисфункции органов, однако массивное обызвествление (тканей лёгкого или почек) может нарушить функцию органов.

НАРУШЕНИЯ ОБМЕНА ПИГМЕНТОВ

Повреждение клеток и тканей может быть связано с накоплением окрашенных экзогенных и эндогенных пигментов.

ЭКЗОГЕННЫЕ ПИГМЕНТЫ

Самым распространённым экзогенным пигментом является уголь. Его частицы, попадающие в лёгкие из воздуха, транспортируются макрофагами в регионарные лимфатические узлы и ткань лёгкого, где откладываются в виде включений чёрного цвета (антракоз). При больших отложениях уголь в сочетании с пневмосклерозом может быть причиной развития пневмокониоза.

ЭНДОГЕННЫЕ ПИГМЕНТЫ

К эндогенным пигментам относят липофусцин, меланин и некоторые производные гемоглобина.

Липофусцин

Липофусцин - жёлто-коричневый нерастворимый пигмент, известный также как липохром, или пигмент старения. Он состоит из полимеров липидов и фосфолипидов, связанных с белком. Липофусцин не нарушает функцию клетки. Липофусциноз - нарушение обмена, характеризующееся избыточным накоплением липофусцина, это состояние может быть первичным (наследственным) и вторичным.

Первичный (наследственный) липофусциноз характеризуется избирательным накоплением липофусцина в клетках определённого органа. Примеры первичного липофусциноза: наследственный гепатоз (синдром Дабина-Джонсона) с избирательным накоплением липофусцина в гепатоцитах, нейрональный липофусциноз (синдром Шпильмейера-Шёгрена), который характеризуется накоплением пигмента в нервных клетках, что сопровождается снижением интеллекта, судорогами, нарушением зрения.

При вторичном липофусцинозе пигмент находят в клетках, подвергающихся медленным регрессивным изменениям, чаще у старых людей или у больных с недостаточностью питания или раковым истощением. Обычно происходит уплотнение органа и уменьшение его размеров (бурая атрофия). Наиболее характерные изменения возникают в печени, миокарде, поперечно-полосатых мышцах.

Меланин

Меланин (от греч. melas - чёрный) - пигмент буровато-чёрного цвета синтезируется специализированными органеллами (премеланосомами и меланосомами) в меланобластах, имеющих нейроэктодермальное происхождение. При созревании меланина меланобласты превращаются в меланоциты. Образуется меланин при окислении тирозина под действием фермента тирозиназы, в связи с чем его иногда называют тирозиногенным пигментом. В естественных условиях меланин связан с белками - меланопротеид. Клетки, фагоцитирующие меланин, называют меланофагами. Меланоциты и меланофаги содержатся в эпидермисе, дерме, радужной и сетчатой оболочках глаз, мягкой мозговой оболочке. Усиление меланогенеза - гиперпигментация (меланоз). Процесс может быть приобретённым или наследуемым.

Нарушения обмена меланина бывают врождёнными и приобретёнными, местными и распространёнными.

•  Приобретённый распространённый меланоз - аддисонова болезнь.

•  Врождённый распространённый меланоз - пигментная ксеродерма.

•  Очаговый приобретённый гипермеланоз - меланоз толстой кишки (у людей, страдающих хроническими запорами). Местные гиперпигментации включают веснушки, меланодермию, лентиго, невоклеточный невус  (родинка). Очаговая гиперпигментация кожи встречается при аденомах гипофиза, гипертиреоидизме, сахарном диабете.

Злокачественная опухоль из меланоцитов называется злокачественной меланомой. Уменьшение синтеза меланина проявляется альбинизмом и витилиго.

Меланин - пигмент буровато-чёрного цвета. В гистологических препаратах его выявляют при помощи аргентаффинной реакции, основанной на способности пигмента восстанавливать аммиачный раствор азотнокислого серебра до металлического серебра. Образуется меланин при окислении тирозина в дегидроксифенилаланин (ДОФА) под действием фермента тирозиназы, в связи с чем его иногда называют тирозиногенным пигментом. Синтез меланина активируют гормоны гипофиза (b-липотропин и меланоцитстимулирующий гормон), щитовидной железы, АКТГ, половые гормоны и медиаторы симпатической части вегетативной нервной системы. Образование его стимулируется ультрафиолетовыми лучами. Подавляют синтез пигмента мелатонин и медиаторы парасимпатической части вегетативной нервной системы. Меланин выделяется почками и кишечником. Меланоциты содержатся в эпидермисе, дерме, радужной и сетчатой оболочках глаз, мягкой мозговой оболочке, слизистых оболочках.

Классификация: нарушения обмена меланина бывают врождёнными и приобретёнными, местными и распространёнными, выражаются в гиперпигментации или гипопигментации.

•  Приобретённый распространённый меланоз. Развивается при аддисоновой болезни. Причина заболевания в двухстороннем поражении надпочечников (при аутоиммунном поражении, туберкулёзе, опухолях, метастазах, амилоидозе), приводящем к снижению в крови уровня кортизола и к усилению синтеза АКТГ, обладающего меланин стимулирующим действием, что вызывает активацию тирозиназы и усиление синтеза меланина в коже и слизистых оболочках. Редкое заболевание - первичная аддисонова болезнь, обусловленная аутоиммунным поражением надпочечников.

•  Врождённый распространённый меланоз - пигментная ксеродерма. Заболевание наследуется по аутосомно-рецессивному типу и связано с нарушением способности ДНК клеток кожи к репарации после воздействия ультрафиолета. После воздействия солнечного света возникает мелкая пятнистая гиперпигментация, также отмечаются области депигментации, телеангиэктазии, трещины кожи.

Уменьшение синтеза меланина проявляется альбинизмом и витилиго.

•  Альбинизм - распространённое нарушение пигментации, заболевание с аутосомно-рецессивным типом наследования, для которого характерно отсутствие или уменьшение активности фермента тирозиназы, меланоциты в организме присутствуют.

•  Витилиго - местное проявление гипопигментации, характеризуется отсутствием меланоцитов на чётко ограниченных и часто симметрично расположенных участках, от единичных пятен до почти полной поверхности кожи. Заболевание может иметь семейный характер или развиваться после травм, в связи с эндокринными или аутоиммунными заболеваниями, после воспалительных или некротических процессов в коже (пузырных дерматозов, ожогов, сифилитического поражения).

В группу тирозиногенных пигментов также включают адренохром и пигмент гранул энтерохромаффинных клеток.

Адренохром - тёмно-коричневый пигмент, образующийся при окислении адреналина, находится в виде мелких зёрен в клетках мозгового вещества надпочечников и опухоли из этих клеток, называемой феохромоцитомой. Пигмент выявляется аргентаффинной и хромаффинной (окрашивается хромовой кислотой и восстанавливает бихромат) реакциями.

Пигмент гранул энтерохромаффинных клеток (клеток APUD-системы) тесно связан с синтезом биогенных аминов. Энтерохромаффинные клетки многочисленны, расположены во многих органах, преимущественно в желудочно-кишечном тракте и бронхах, содержат биологически активные вещества, участвующие в регуляции их деятельности (серотонин, гастрин, гистамин).

Группа пигментов, образование которых связано с метаболизмом гемоглобина (гемоглобиногенные), самая большая. Пигменты этой группы выявляются в норме (гемоглобин, ферритин, гемосидерин, билирубин) или только в условиях патологии (гематоидин, гематины, порфирины). Некоторые из них содержат железо (гемоглобин, ферритин, гемосидерин, гематины), другие нет (билирубин, гематоидин, порфирины).

Гемоглобин

Гемоглобин - высокомолекулярный хромопротеин, содержит железо, состоит из гема и белковой части, в состав которой входят две пары полипептидных цепей. Распад эритроцитов с отщеплением гемоглобина называют гемолизом. В результате физиологического распада эритроцитов и гемоглобина образуются пигменты ферритин, гемосидерин и билирубин.

Токсического действия свободный гемоглобин не оказывает, однако при переходе в метгемоглобин или миоглобин под воздействием некоторых факторов (мышьяковистый водород, бертолетовая соль, анаэробная инфекция, синдром длительного раздавливания с распадом мышечной ткани) возникают тяжёлые нарушения тканевого дыхания в силу трудности диссоциации кислорода.

Не используемое для синтеза гемоглобина железо накапливается в виде железосодержащих пигментов - ферритина и гемосидерина.

Ферритин

Ферритин (от лат. ferrum - железо) - сложный белок (металлопротеид), в котором запасается железо в организме животных и человека. В норме встречается окисленная неактивная форма ферритина (SS-ферритин), при недостаточности кислорода происходит его переход в активную форму (SH-ферртин), которая обладает вазопаралитическими и гипотензивными свойствами.

Гемосидерин

Гемосидерин - полимер ферритина, образуется в основном в макрофагах селезёнки, печени, лимфатических узлов и костного мозга, а также в практически любом органе и ткани. Такие клетки называются сидеробластами, при их гибели уже синтезированный пигмент может быть фагоцитирован другими макрофагами, называемыми сидерофагами. Гемосидерин выявляется в клетках при окраске гематоксилином и эозином в виде зёрен золотисто-жёлтого или золотисто-коричневого цвета, при реакции Перлса эти гранулы приобретают зеленовато-синее окрашивание за счёт образования железосинеродистого железа (берлинской лазури).

Избыточное накопление гемосидерина называется гемосидероз, он может быть местным и общим.

•  Местный гемосидероз. Возникает при внесосудистом (экстраваскулярном) гемолизе в очагах кровоизлияний. Накопление гемосидерина не повреждает ткань или орган, но если гемосидероз сочетается со склерозом, функция нарушается.

•  Общий гемосидероз. Развивается при избытке железа из-за внутрисосудистого (интраваскулярного) гемолиза или при повышении всасывания железа из пищи. В этих случаях гемосидерин откладывается преимущественно в гепатоцитах, макрофагах печени, селезёнки, костного мозга и других органов. В большинстве случаев пигмент не повреждает паренхиматозные клетки и не вызывает нарушений функций органа. Если повышенное содержание железа сопровождается повреждением тканей с атрофией паренхимы, склерозом, снижением функции органа, такое состояние называется гемохроматоз.

Гемохроматоз возникает при общем содержании железа в организме свыше 15 г, он может быть первичным и вторичным.

Первичный гемохроматоз. Обусловлен генетическим дефектом, что приводит к усилению всасывания железа пищи, обычно наследуется как аутосомно-рецессивный признак. Типичные проявления: цирроз печени, сахарный диабет, бронзовая окраска кожи (бронзовый диабет), кардиомиопатия с кардиомегалией, поражение слизистых и серозных оболочек, недостаточность экзо- и эндокринных желёз. Коричневатый цвет кожи вызван избытком меланина вследствие двустороннего поражения надпочечников, по аналогии с аддисоновой болезнью. Наряду с гемосидерином могут накапливаться также липофусцин и меланин (вследствие поражения надпочечников).

Вторичный гемохроматоз. Причина: перенасыщенность организма железом (при внутримышечном или парентеральном введении его препаратов, гемотрансфузиях, передозировке витамина С, а также при анемии с эритроидной гиперплазией).

Железосодержащими являются также пигменты гематины, образующиеся при гидролизе оксигемоглобина, к которым относятся гемомеланин, солянокислый гематин и формалиновый пигмент.

Малярийный пигмент

Гемомеланин или гемазоин формируется в результате жизнедеятельности малярийного паразита, мерозоиты которого проникают в эритроциты и гидролизуют гемоглобин. Чёрный цвет пигмента определяет сероватый цвет органов (селезёнки, печени, головного мозга) при малярии.

Солянокислый гематин

Солянокислый гематин образуется в желудке при взаимодействии ферментов и соляной кислоты с гемоглобином. Этот пигмент окрашивает дно эрозий и язв в коричневый цвет и придаёт рвотным массам при желудочном кровотечении вид "кофейной гущи".

Формалиновый пигмент

Формалиновый пигмент имеет буроватую окраску, появляется при фиксации тканей кислым формалином, изменяя их цвет.

Билирубин

Не содержащими железа пигментами являются гематоидин, билирубин и порфирин. Гематоидин образуется при внесосудистом гемолизе в зонах некроза (в центре гематом). Химически пигмент идентичен билирубину.

Билирубин образуется при гемолизе гемоглобина. Превращение гема в билирубин макрофагами можно наблюдать в гематоме: обусловленный гемом пурпурный цвет медленно переходит в жёлтый цвет билирубина.

Непрямой (неконъюгированный, несвязанный) билирубин растворим в липидах. В дальнейшем в печени билирубин ферментативно связывается с глюкуроновой кислотой, формируя водорастворимый прямой (конъюгированный, связанный) билирубин, который экскретируется клетками печени в жёлчь, а затем попадает в кишечник (холебилирубин). В кишечнике благодаря бактериальной активности он преобразовывается в уробилиноген. Уробилиноген выводится одним из трёх путей:

∨ экскретируется с калом (стеркобилин);

∨ при всасывании из кишечника в кровь по воротной вене попадает в печень и повторно экскретируется в жёлчь (энтерогепатическая циркуляция);

∨ в небольших количествах экскретируется с мочой (уробилин).

При нарушении обмена билирубина возникает желтуха (желтоватое окрашивание кожи, слизистых оболочек, внутренних органов).

Классификация. Учитывают вид накапливающегося билирубина (неконъюгированный, конъюгированный) и механизм развития желтухи. По механизмам развития различают над-, под- и печёночную желтухи.

•  Надпечёночная (гемолитическая). Возникает при интраваскулярном гемолизе.

•  Печёночная (паренхиматозная). Наблюдают при заболеваниях, сопровождающихся повреждением гепатоцитов.

•  Подпечёночная (механическая или обтурационная). Образуется при нарушении оттока жёлчи.

Порфирины

Порфирины - циклические соединения, образованные четырьмя пиррольными кольцами, предшественники гема.

Порфирии - группа заболеваний, обусловленных нарушениями биосинтеза порфиринов, они обнаруживаются в крови, кале или моче пациентов.

Классификация. Порфирии выделяют приобретённые (действие токсических соединений) и наследственные (перемежающаяся острая порфирия, врождённая эритропоэтическая порфирия, наследственная копропорфирия, наследственная фотокопропорфирия).

Проявления порфирий разнообразны. В крови и тканях нарушается пигментный обмен, под воздействием солнечного ультрафиолетового излучения или ультрафиолетовых лучей начинается распад гемоглобина. Небелковая часть гемоглобина (гем) превращается в токсичное вещество, которое разъедает подкожные ткани. Кожа начинает приобретать коричневый оттенок, становиться всё тоньше и от воздействия солнечного света лопается, поэтому у пациентов со временем кожа покрывается шрамами и язвами. Ещё один симптом - отложение порфирина на зубах, которые могут становиться красными или красновато-коричневыми. Нарушается функция и других органов и тканей (нервной системы, желудочно-кишечного тракта, печени, почек, костного мозга).

НАРУШЕНИЕ ОБМЕНА НУКЛЕОПРОТЕИДОВ

Нуклеопротеиды построены из белка и нуклеиновых кислот дезоксирибонуклеиновой (ДНК) и рибонуклеиновой (РНК). Конечные продукты обмена нуклеиновых кислот (мочевая кислота и её соли) выводятся почками. Нарушение обмена нуклеопротеидов выражается в избыточном образовании мочевой кислоты, развитии гиперурикемии и гиперурикурии. Гиперурикемия может иметь наследственный характер или быть вторичной при нарушении выведения мочевой кислоты и повреждении внешними агентами ферментов метаболизма пуриновых нуклеотидов. Соли мочевой кислоты выпадают в тканях, что характерно для подагры (см. главу 23), мочекаменной болезни (в почках образуются камни) и мочекислого инфаркта. Мочекислый инфаркт встречается у новорождённых, проживших не менее двух суток, проявляется выпадением в канальцах и собирательных трубках почек аморфных масс мочекислых натрия и аммония.

Повреждения клеток, внеклеточного вещества и сосудов могут проявляться накоплением, нарушением нормального содержания или физико-химических свойств различных веществ, появлением обычных веществ в нетипичных местах или не встречающихся в норме веществ. Функция органов и тканей иногда существенно не снижается, но внутриили внеклеточные накопления приводят к повреждению и нарушению работы органов.

ПАТОЛОГИЯ ВОДНО-ЭЛЕКТРОЛИТНОГО ОБМЕНА

Вода составляет 60-65% массы тела человека и высших животных, жизнь может происходить нормально только при сохранении водного баланса, когда количество выделяемой из организма воды соответствует количеству потребляемой воды. Нарушение водного баланса организма называется дисгидрия, которая может быть внеклеточной и внутриклеточной.

Основными видами нарушения водно-электролитного баланса являются гипо- и гипергидратация.

•  Гипогидратация. Выведение воды из организма превышает её поступление, развивается отрицательный водный баланс, приводящий к обезвоживанию.

•  Гипергидратация. Поступление воды в организм превышает её выведение, формируется положительный водный баланс.

В зависимости от преимущественной потери либо воды, либо электролитов гипо- и гипергидратация могут быть гипоосмолярными, гиперосмолярными, изоосмолярными.

Гипоосмолярная гипогидратация. Она является следствием преобладания потери организмом электролитов над потерей жидкости. Снижение осмотического давления во внеклеточной жидкости способствует переходу воды в клетки, поэтому гипоосмолярная гипогидратация обычно сопровождается внутриклеточной гипергидратацией. Дефицит воды и электролитов обычно связан с потерей жидкости, содержащей большое количество ионов, прежде всего натрия. Гипоосмолярная гипогидратация возникает при неукротимой рвоте, поносе и гиперсаливации, при промывании желудка бессолевыми растворами, при жёлчных и кишечных свищах, ожогах, обильном потоотделении, ограничении потребления соли. Большое количество солей выводится почками при осмотическом диурезе (в случае недостаточности коры надпочечников). Такого рода гипогидратация возникает в полиурическую фазу почечной недостаточности, при введении некоторых диуретиков, церебральном синдроме солепотери. Гипоосмолярная гипогидратация проявляется снижением минутного объёма кровообращения, объёма циркулирующей крови, увеличением её вязкости, понижением артериального и венозного давления, что приводит к расстройствам микроциркуляции и развитию капиллярно-трофической недостаточности. Нарушения микроциркуляции часто усугубляются тромбозом микрососудов. Диурез снижается в результате уменьшения почечного кровотока и в связи с увеличением реабсорбции воды в канальцах почек. При гипоальдостеронизме и подобных состояниях в случае отсутствия эффективной терапии нарушается секреция почками Н⁺ и NН⁴⁺, в плазме крови возрастает уровень К⁺ и развивается ацидоз. Концентрация солей в межклеточном пространстве резко снижается, избыток воды поступает в клетки, возникает клеточная гипергидратация. Больной не ощущает жажды, отказывается от воды. Наибольшую опасность представляет коллапс, как результат внеклеточной гипогидратации, и коматозные состояния, вследствие внутриклеточной гипергидратации.

Гиперосмолярная гипогидратация. Является следствием преобладания потери воды над электролитами. Наблюдается при экстремальных ограничениях приёма воды, нарушении глотания, значительной потере жидкости через дыхательные пути при гипервентиляции. Дефицит воды возникает при несахарном диабете вследствие падения уровня АДГ в крови; в этом случае возникает выраженная полиурия, а суточный диурез может составлять 8-12 л. Такая гипогидратация возникает при солевой интоксикации алиментарного или ятрогенного происхождения. При водном дефиците наблюдается относительное повышение концентрации электролитов в плазме крови, что приводит к возрастанию её осмотического давления и к перемещению воды из интерстициальной ткани в кровяное русло. Это вызывает повышение осмотического давления во внеклеточной жидкости, что, в свою очередь вызывает перемещение воды из клеток в интерстициальное пространство и в плазму крови. Таким образом, уменьшается общее количество воды в организме, падает объём интерстициальной жидкости и плазмы крови, снижается объём циркулирующей крови. Концентрация белка в плазме, количество эритроцитов, вязкость и гематокрит увеличиваются незначительно.

Первые симптомы клеточной дегидратации: жажда, сухость слизистых оболочек, затруднение глотания, олигурия, гиперазотемия, гипернатриемия и гипокалиемия. Потеря 7-14% воды от массы тела вызывает расстройство дыхания, изменения в ЦНС. Тяжёлое водное истощение вызывает дегидратацию ткани мозга, что сопровождается диапедезными кровоизлияниями и внутричерепными геморрагиями из-за разрыва кровеносных сосудов. Аналогичные повреждения возникают при очень быстрой регидратации, когда может развиться отёк мозга.

Изоосмолярная гипогидратация. Обусловлена потерей эквивалентных количеств воды и электролитов, возникает вскоре после кровопотери. При этом не меняется осмолярность внеклеточной воды, поэтому не происходит перераспределения внутри- и внеклеточной жидкости. При изоосмолярной гипогидратации быстро развивается сердечно-сосудистая недостаточность и циркуляторная гипоксия.

Гипоосмолярная гипергидратация (водное отравление). Характеризуется уменьшением осмотического давления внеклеточной жидкости. Она может развиться у больных при введении больших количеств бессолевых растворов и недостаточном выведении воды из организма при острой почечной недостаточности, рефлекторной анурии, при гиперпродукции АДГ (болезнь Пархона). Снижение осмотического давления внеклеточной жидкости способствует её перемещению в клетку. Появляются симптомы водного отравления организма: постоянная тошнота, частая рвота, отвращение к воде. Возникает порочный круг: рвота приводит к потере воды и солей, т.е. к внеклеточной гипоосмии, следовательно, к внутриклеточной гипергидратации, которая вновь провоцирует рвоту.

Гиперосмолярная гипергидратация. Наблюдается в случае задержки в организме Na⁺ без адекватного увеличения воды, например, при введении больших количеств гипертонических растворов, особенно больным с недостаточностью почек. Снижение выведения электролитов и воды наблюдается при остром гломерулонефрите, сердечно-сосудистой недостаточности, циррозе печени, т.е. при таких состояниях, которые сопровождаются гиперпродукцией альдостерона и АДГ. Такая гипергидратация возникает при синдроме Кона (первичный альдостеронизм) и болезни Иценко-Кушинга.

Гиперосмолярная гипергидратация. Характерно увеличение объёма и осмолярности жидкости внеклеточного пространства. Повышение осмотического давления плазмы крови приводит к выходу воды из клеток и ещё большему увеличению объёма внеклеточного сектора, а также к внутриклеточной гипогидратации, особенно опасна гипогидратация мозга. Для этой формы нарушения водного обмена типичны повышение артериального и венозного давления, возрастание объёма циркулирующей крови, что создаёт опасность перегрузки сердца и его недостаточности. Характерным признаком является развитие отёков.

ОТЁКИ

Отёк - нарушение водно-электролитного обмена, характеризующееся избыточным накоплением жидкости в тканях и полостях. Отёки могут быть местными и генерализованными.

В зависимости от локализации отёки носят различные названия. Скопление жидкости в межклеточных пространствах кожи и подкожной клетчатки называется анасарка, в полостях - водянка. Патологическое накопление жидкости в брюшной полости получило название асцит, в плевральной полости - гидроторакс, в полости сердечной сумки - гидроперикард.

Хотя избыток жидкости обычно локализуется во внеклеточном пространстве (внеклеточный отёк), вода в избытке может располагаться и/или в клетках (внутриклеточный отёк). Внутриклеточные отёки обычно возникают либо при повышении осмотического и онкотического давления в клетках, либо при падении осмотического и онкотического давления во внеклеточной среде. Отёк может быть настолько значительным, что приводит к разрыву цитолеммы клеток и их гибели. При накоплении жидкости в тканях орган увеличивается в объёме, скопление жидкости в серозных полостях сопровождается уменьшением их свободной ёмкости и нарушением функций отёчных органов и тканей. Отёчная жидкость легко инфицируется. Отёки гортани, лёгких, мозга могут представлять угрозу жизни больного.

ФАКТОРЫ, ВЫЗЫВАЮЩИЕ РАЗВИТИЕ ОТЁКОВ

Содержание раздела "Факторы, вызывающие развитие отёков" смотрите в книге.

СЕРДЕЧНЫЕ ОТЁКИ

Сердечные отёки являются следствием сердечной недостаточности. В их образовании принимают участие все вышеперечисленные факторы, но основным является гидродинамический, поэтому такие отёки часто называют застойными. Ослабление функции миокарда приводит к повышению центрального венозного давления, что влечёт за собой периферическую венозную гипертонию и возрастание давления в венозной части капилляров. В этих условиях профильтровавшаяся жидкость не реабсорбируется через стенку капилляра и развивается внеклеточная гипергидратация. Эта жидкость не может удаляться и через лимфатические сосуды, так как возрастание центрального венозного давления препятствует лимфооттоку. В таких условиях происходит сдавление тонкостенных лимфатических капилляров транссудатом. Вместе с тем клинический опыт показывает, что ещё до существенного снижения минутного объёма кровообращения, являющегося главным признаком сердечной недостаточности, на фоне централизации кровообращения обнаруживается гиперосмия тканей. При сердечной недостаточности наблюдается снижение сердечного выброса и увеличение симпатико-адреналовых влияний, определяющих централизацию кровообращения и поддержание адекватного уровня артериального давления. Катехоламины обеспечивают сужение периферических артериол всех органов, за исключением сосудов сердца и мозга, но одновременно стимулируют β-адренорецепторы клеток юкстагломерулярного аппарата и выработку ренина. Этому же способствует и сужение артериол почек, что приводит к уменьшению почечного кровотока, гиперсекреции ренина этими же клетками. Последние воздействует на α-глобулин плазмы (гипертензиноген), поступающий в кровь из печени, и расщепляет его с образованием ангиотензина I. Под влиянием превращающего фактора плазмы - фермента, синтезирующегося в основном в лёгких, ангиотензин I переходит в ангиотензин II, а последний является одним из наиболее мощных стимуляторов клеток клубочковой зоны коры надпочечников, образующих и инкретирующих альдостерон и дезоксикортикостерон. Продукт метаболизма ангиотензина II ангиотензин III также является активатором секреции альдостерона и, помимо этого, оба они вызывают чувство жажды и полидипсию. Секреция альдостерона приводит к повышению реабсорбции Na⁺ в дистальных отделах почечных канальцев, а дезоксикортикостерона - переходу Na⁺ в ткани. В целом оказывается, что система ренин-ангиотензин-альдостерон, вероятно, вследствие централизации кровообращения, первоначального уменьшения объёмной скорости кровотока, стимуляции волюм-рецепторов и симпатико-адреналовой системы включается раньше, чем гидродинамический фактор, и эндокринно-почечный механизм реализует своё влияние через гиперосмию тканей. Задержка в организме ионов натрия повышает осмолярность плазмы за счёт активации осморецепторов сосудов, усиливает выделение задней доли гипофиза АДГ. Он повышает реабсорбцию воды, которая по осмолярному градиенту вслед за Na⁺ поступает в ткани. Накапливающаяся в межклеточном пространстве вода сдавливает венулы, что ещё больше затрудняет её возвращение в капилляры. Уменьшение минутного объёма кровообращения приводит к развитию циркуляторной гипоксии и повышению вследствие этого проницаемости сосудистой стенки. Таким образом, в развитии сердечных отёков включается мембраногенный фактор. Развивающаяся гипоксия приводит к ацидозу, что определяет повышение осмолярности жидкости межклеточного пространства. Гиперосмия тканей возрастает из-за замедления кровотока, который сопровождается нарушением вымывания метаболитов и электролитов из интерстиция. Онкотический фактор также играет определённую роль в развитии сердечных отёков. Повышение проницаемости сосудистой стенки приводит к усиленному выходу из микрососудов воды, белков (в первую очередь альбуминов), что обусловливает повышение онкотического давления в межклеточном пространстве и задержке в нём воды.

Сердечная недостаточность сопровождается застоем крови в печени, а в последующем её циррозом. Повреждению гепатоцитов способствуют следующие факторы: уменьшение печёночного артериального кровотока вследствие снижения сердечного выброса, а также нарушение оттока крови по печёночным венам из-за возрастания давления в правом предсердии, нижней полой вене. Постепенно происходит нарушение функций печени, что проявляется снижением синтеза белков и особенно альбуминов. Медленнее, чем в норме, в печени разрушается альдостерон, что способствует развитию вторичного гиперальдостеронизма.

НЕФРОТИЧЕСКИЕ ОТЁКИ

Инициальным фактором развития нефротических отёков является онкотический, а именно - гипоонкия крови. Онкотическое давление плазмы крови снижается вследствие избыточного выделения альбуминов с мочой. Усиливающаяся в этих условиях фильтрация жидкости из капилляров в межклеточное пространство приводит к снижению объёма циркулирующей крови. Гиповолемия становится причиной повышения секреции альдостерона и в дальнейшем АДГ. Избыточное количество альдостерона вызывает гипернатриемию, а АДГ - гиперволемию, т.е. включается тот же механизм, что и при сердечной или печёночной недостаточности. Вместе с тем в данном случае может формироваться динамическая лимфатическая недостаточность. Лимфатические сосуды не могут обеспечить отток резко увеличенного объёма лимфы, образование которой увеличивается вследствие выхода большого количества воды в межклеточный сектор из сосудов.

КАХЕКСИЧЕСКИЕ ОТЁКИ

Отёки при голодании формируются в третью стадию общего или белкового голодания, когда для поддержания существования и удовлетворения энергозапроса тканей организм начинает усиленно использовать структурные белки, вначале белки крови (в первую очередь альбумины), а затем белки тканей, в том числе белки сосудистых мембран. Таким образом, кахектические отёки являются по патогенезу онкотическими. Они первично возникают вследствие гипоонкии крови. Однако в дальнейшем, в результате гиповолемии может включаться система альдостерона и АДГ, а, следовательно, и осмотический фактор. Распад белков сосудистой стенки и повышение их проницаемости определяют присоединение мембраногенного фактора, а в состоянии голодного обморока или кахектической комы при сердечно-сосудистой недостаточности присоединение гидродинамического фактора.

НЕФРИТИЧЕСКИЕ ОТЁКИ

Нефритические отёки развиваются на ранней стадии острого диффузного гломерулонефрита (заболевание характеризуется инфекционно-аллергическим поражением клубочкового аппарата почек). Для него характерно генерализованное поражение капилляров в тканях, что приводит к повышению проницаемости стенки микрососудов и формированию отёка. Снижение почечного кровотока приводит к активации ренин-ангиотензин-альдостероновой системы и задержке в крови и тканях ионов натрия и воды. Снижение клубочкового кровотока сопровождается развитием гиперволемии, так как уменьшается мочеобразование. Гиперволемия обусловливает разведение белка в плазме крови, что в совокупности с умеренной протеинурией может приводить к снижению онкотического давления крови. Вследствие повышения проницаемости сосудистой стенки белок легко покидает сосудистое русло и в результате гипоонкии крови нарастает.

Знание основных патогенетических факторов отёка и отдельных его видов может служить принципиальной основой патогенетической терапии нарушений водного обмена и устранения отёков.

ПАТОЛОГИЯ МИНЕРАЛЬНОГО ОБМЕНА

Содержание раздела "Патология минерального обмена" смотрите в книге.

ПАТОЛОГИЯ КИСЛОТНО-ОСНОВНОГО СОСТОЯНИЯ

Патология кислотно-основного состояния (КОС) - типовой общепатологический процесс, вызванный нарушением концентрации водородных ионов во внутренней среде организма. Постоянство pH в организме поддерживается при помощи буферных систем и физиологических механизмов регуляции. Основными буферными системами организма являются бикарбонатный, фосфатный, белковый, гемоглобиновый.

БУФЕРНЫЕ СИСТЕМЫ ОРГАНИЗМА

Бикарбонатный буфер состоит из угольной кислоты и её натриевых или калиевых солей. Бикарбонатный натриевый буфер записывается:

[H⁺]=K×[H₂CO₃]/[NaHCO₃]

Он имеет большое значение в организме, образуя единую буферную ёмкость, взаимодействуя с другими буферными системами. Компоненты этого буфера легко определяются в крови (напряжение СО₂, количество химически связанной углекислоты крови), поэтому исследование параметров бикарбонатного буфера имеет большое диагностическое значение.

Фосфатный буфер. Кислая часть буферной системы представлена однозамещённой натриевой солью фосфорной кислоты, а щелочная часть - двузамещённой натриевой солью фосфорной кислоты:

[Н⁺]=К×[NaН₂РО₄^-]/[Na₂НРО₄^-].

Белковая буферная система. Мощную буферную систему плазмы крови образуют белки и аминокислоты. В кислой среде белок ведёт себя как основание, а в щелочной среде как кислота. Белок, реагируя с катионами, приобретает форму основной соли. Таким образом, образуется буферная белковая система:

[Н⁺]=К×[НPr]/[NaPr].

Гемоглобиновый буфер. Самая мощная из всех буферных систем цельной крови. Кислая и основная части гемоглобинового буфера образованы HbO₂/HHb.

МЕХАНИЗМЫ РЕГУЛЯЦИИ КИСЛОТНО-ОСНОВНОГО СОСТОЯНИЯ

ЛЁГОЧНЫЙ МЕХАНИЗМ

Регуляция КОС осуществляется с помощью респираторных процессов благодаря обмену анионами бикарбоната и хлора через мембрану эритроцита в процессе его перехода из ткани в лёгкие и обратно.

Лёгочный механизм сохранения постоянства КОС основан на том, что СО₂ и водородные ионы, образующиеся при диссоциации угольной кислоты, являются специфическими стимуляторами дыхательного центра. Прирост РаCO₂ на 10 мм рт.ст. увеличивает лёгочную вентиляцию в 4 раза, а снижение pH на 0,1 увеличивает лёгочную вентиляцию в 2 раза.

Все буферные системы организма взаимодействуют между собой. Взаимодействие между буферными системами гемоглобина и плазмы крови путём обмена ионами через мембрану эритроцита играет важную роль в компенсации дыхательных нарушений КОС. Мембрана эритроцита проницаема для всех ионов, за исключением коллоидных и к ней применима закономерность о равновесии положительных и отрицательных ионов по разные стороны полупроницаемой мембраны в присутствии одного недиффундирующего иона по одну её сторону (правило Доннана).

Согласно этому правилу в условиях кислой среды, которая вызвана образованием углекислого газа в тканях, ионы хлора высвобождаются из хлористого натрия и поступают в эритроцит, вытесняя из него анион бикарбоната; последний, взаимодействуя с высвободившимся натрием плазмы, образует бикарбонат натрия. Таким образом, увеличение концентрации углекислоты в плазме крови при поступлении эритроцита в ткани сопровождается увеличением концентрации бикарбоната, что позволяет сохранить постоянным соотношение кислой и щелочной части бикарбонатного буфера. При переходе эритроцита в лёгкие концентрация растворённой углекислоты снижается и это сопровождается параллельным снижением концентрации бикарбоната плазмы крови: при тенденции к повышению pH анион бикарбоната поступает в эритроцит, уменьшая количество бикарбоната натрия в плазме крови. Следовательно, падение величины концентрации угольной кислоты в числителе выражения бикарбонатного буфера сопровождается снижением значения бикарбоната плазмы крови в знаменателе. Поскольку величина pH зависит не от абсолютных значений концентрации угольной кислоты и бикарбоната, а от их соотношения, то эти перемещения ионов между эритроцитом и плазмой крови сохраняют постоянство pH крови.

ПОЧЕЧНЫЕ МЕХАНИЗМЫ

Почечные механизмы регуляции КОС включают процессы задержания бикарбоната в организме, путём натрийсберегающих операций ацидогенеза и аммониогенеза (табл. 2-1).

Таблица 2-1. Процессы ионного обмена в клетках эпителия дистального канальца почки

Различают буферные и небуферные анионы плазмы крови.

•  Буферные анионы. Входят в состав буферных систем (НСО₃¯).

•  Небуферные анионы. Образуют анионный состав плазмы крови, находясь в связи с натрием (Cl¯).

При увеличении нелетучих кислот (молочной, ацетоуксусной) в плазме крови, они взаимодействуют с катионами бикарбоната, анионы бикарбоната выводятся почкой, количество их уменьшается. Недостаток анионов бикарбоната и хлора по отношению к иону натрия приводит к анионному дефициту.

КАЛЬЦИЕВЫЕ МЕХАНИЗМЫ

Увеличение концентрации ионов водорода в плазме крови приводит к росту содержания в ней ионизированного кальция (водород вытесняет ионы кальция из их соединений, депонированных в костной ткани и митохондриях). Имеется определённая зависимость между содержанием ионов кальция и ионов водорода в плазме крови. При ацидозе ионизированный кальций выходит из своих депо, создавая гиперкальциемию. При хронических ацидозах возможна деминерализация костей.

ГАСТРОЭНТЕРАЛЬНЫЕ МЕХАНИЗМЫ

Желудочный сок имеет сильно выраженную кислую реакцию, в то время как содержимое двенадцатиперстной кишки и нижележащих отделов кишечника имеет щелочной характер. В процессе эвакуации пищи из желудка соляная кислота в каждой порции пищевой массы нейтрализуется эквивалентным количеством оснований тонкого кишечника:

НСl+NaHCO₃=NaCl+H⁺+HCO₃^-.

Потеря кислот или оснований при рвоте кислым содержимым желудка или при поносе ведёт к возникновению гастроэнтеральных форм ацидозов или алкалозов.

ПЕЧЁНОЧНЫЕ МЕХАНИЗМЫ

Клетки печени могут утилизировать кислые продукты обмена и производить кислые метаболиты. Печень утилизирует молочную кислоту, образующуюся в работающих мышцах при дефиците кислорода, превращая её в глюкозу (цикл Кори), метаболизирует жирные кислоты, аминокислоты. Нарушение продукции и утилизации молочной кислоты, приводит к лактатацидозу, а нарушение продукции и утилизации кетоновых тел приводит к кетоацидозу.

ВИДЫ И КЛАССИФИКАЦИЯ НАРУШЕНИЙ КИСЛОТНО-ОСНОВНОГО СОСТОЯНИЯ

Все расстройства КОС можно подразделить на простые, сложные.

•  Простые. Изолированные ацидозы и алкалозы, возникающие под влиянием одной причины.

•  Сложные (сочетанные). Смешанные и комбинированные расстройства КОС.

◊  Смешанные нарушения. Сочетаются первичные газовые и не газовые нарушения КОС, вызванные собственными разными причинами. Газовый алкалоз может усугубляться экзогенным алкалозом, нарушения метаболизма при сахарном диабете могут сочетаться с выделительными нарушениями. В случае смешанных нарушений, сочетающиеся независимые причины вызывают отклонения pH в одну сторону, а суммарные отклонения pH превышают изменения, вызванные каждой из причин в отдельности.

◊  Комбинированные расстройства. Нарушение КОС инициируется двумя или более независимыми процессами, которые вызывают разнонаправленные сдвиги pH (например, один из них вызывает ацидоз, а другой алкалоз). Дыхательный ацидоз, возникший по причине нарушения лёгочной вентиляции, может сочетаться с экзогенным алкалозом из-за избытка вводимых щелочных растворов. В таком случае pH может быть близким к среднему значению. Анализ дополнительных показателей КОС анионного дефицита, газов крови, указывает на существование независимых причин, сдвигающих pH в противоположные стороны. Смешанные и комбинированные нарушения протекают тяжелее простых нарушений.

По времени развития нарушений расстройства КОС (ацидозы, алкалозы) бывают острые и хронические.

•  Острые нарушения КОС. Возникают во время воздействия патогенного фактора на организм, сохраняются в течение ближайших часов (3-4 ч) после его окончания и характеризуются быстрым включением механизмов экстренной адаптации организма (обмен анионами между плазмой крови и эритроцитами, дыхательные механизмы), с помощью которых ликвидируются возникшие отклонения гомеостаза.

•  Хронические нарушения КОС. Имеют место при длительном действии патогенного фактора, врождённых нарушениях. При длительных нарушениях важную роль в восстановлении гомеостаза выполняют почечные механизмы адаптации, которые включаются сразу после патогенного воздействия, но влияние которых становится заметным значительно позже (5-24 ч).

По степени компенсации отклонений КОС выделяют компенсированные и не компенсированные нарушения.

•  Компенсированные нарушения. Показатель pH удерживается в пределах 7,35-7,45, считающихся границами компенсированных нарушений.

•  Некомпенсированные нарушения. Показатель pH выходит за пределы компенсированных показателей.

По причинам, вызывающим расстройства КОС, выделяют газовые и метаболические расстройства КОС.

•  Газовые расстройства КОС (ацидозы или алкалозы). Возникают в результате недостаточной или избыточной альвеолярной вентиляции, что приводит к увеличению или уменьшению концентрации угольной кислоты в крови.

•  Метаболические ацидозы могут быть эндогенного и экзогенного происхождения. В свою очередь, в эндогенном метаболическом ацидозе выделяют собственно метаболический, выделительный, гормональный, смешанный.

◊  Собственно метаболический. Возникает при сахарном диабете, болезнях сердца, сопровождающихся циркуляторной гипоксией, а также при печёночной недостаточности.

◊  Выделительный (гастроэнтеральный, почечный). Наблюдаются при потере щелочей через кишечник при поносе, фистулах тонкого кишечника, а также связанные с уменьшением выведения Н⁺ из организма при почечной недостаточности, задержке кислых фосфатов и сульфатов при нарушениях клубочковой фильтрации, нарушении секреции Н⁺ клетками эпителия почечных канальцев, ингибировании карбоангидразы мочегонными препаратами с задержкой водородных ионов.

◊  Гормональный. Наблюдается при недостаточности клубочковой зоны надпочечников, сопровождающейся гиперкалиемией и задержкой водородных ионов и хлора.

◊  Смешанный. Возникает при воздействии нескольких упомянутых причин.

Среди выделительных почечных ацидозов различают врождённые формы. Почечный тубулярный ацидоз возникает при недостаточной активности ферментных систем транспорта ионов в почечных канальцах у детей первого года жизни. Выделяют проксимальную форму этой патологии, связанную с нарушением реабсорбции бикарбонатов при сохранении способности к ацидогенезу, и дистальную форму, если нарушена способность к секреции водородных ионов в дистальном отделе почечного канальца.

•  Экзогенный ацидоз возникает при избыточном введении Н⁺ в организм с производными салициловой кислоты, парентеральном питании (если в избытке вводятся аминокислоты и жирные кислоты); избыточном введении кислот, приводящих к снижению концентрации оснований плазмы крови (соляной кислоты и других хлоридов).

•  По виду нарушений анионного состава плазмы крови метаболические ацидозы делят на ацидозы с повышенным анионным дефицитом и без анионного дефицита.

◊  При метаболических ацидозах, вызванных повышенным образованием органических кислот, последние вытесняют бикарбонатные анионы из связи с натрием, поэтому количество натрия плазмы крови не соответствует сумме анионов бикарбоната и анионов хлора, образуется анионный дефицит по этим ионам. Величина анионного дефицита вычисляется как разница между концентрацией натрия плазмы крови и суммой концентраций анионов хлора и бикарбоната.

◊  Метаболические ацидозы без дефицита возникают при введении в организм соляной кислоты или других хлоридов. При реакции с бикарбонатным буфером (гидрокарбонатом натрия) этом случае образуется эквивалентное количество хлора (в составе NaCl). Такой негазовый (метаболический) ацидоз является гиперхлоремическим, без пониженного анионного дефицита.

•  Метаболические алкалозы также могут быть эндогенными и экзогенными.

◊  Эндогенные алкалозы. Выделительные (гастроэнтеральные, почечные), вызванные потерей водородного иона при рвоте или при отсасывании содержимого желудка через зонд, гипокалиемии, возникающей при длительном применении диуретиков, длительной диарее. Гормональные, при первичном гиперальдостеронизме (синдром Конна), синдроме Иценко-Кушинга, вторичном гиперальдостеронизме. Смешанные, при действии нескольких факторов, приводящих к гипокалиемии.

Примером сложных форм метаболических алкалозов может служить длительная рвота, при которой имеет место потеря ионов водорода, хлора, калия. Одновременно возникает обезвоживание организма, которое приводит к вторичному гиперальдостеронизму, задержке натрия, выведению калия. Первичная потеря калия в результате рвоты усиливается гормональными влияниями.

◊  Экзогенные алкалозы. Возникают при энтеральном или парентеральном поступлении в организм веществ, богатых гидроксильными ионами, а также бикарбоната, лактата, цитрата натрия или калия, молочно-растительной диете. Различают алкалозы хлоридчувствительные (устраняются введением NaCl), хлориднечувствительные (не устраняются введением NaCl).

♦ Хлоридчувствительные алкалозы. Причиной является возникшая недостаточность ионов хлора (при рвоте, недостаточном потреблении хлоридов), кроме того, хлор теряется вместе с калием при неконтролируемом использовании диуретиков. Во всех подобных случаях наблюдается уменьшение объёма внеклеточной жидкости, а концентрация ионов хлора в моче становится меньше 10 ммоль/л.

♦ Хлориднечувствительные алкалозы. Этиологией является первичный или вторичный гиперальдостеронизм, синдром и болезнь Иценко-Кушинга, лечение стероидными препаратами, повышение активности системы ренин-ангиотензин II-альдостерон (при артериальной гипертензии), тяжёлая гипокалиемия. В этих случаях количество ионов хлора (и натрия) в плазме увеличено, а концентрация хлора в моче превышает 20 ммоль/л.

ПАТОФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ ЭФФЕКТЫ АЦИДОЗОВ И АЛКАЛОЗОВ

При нарушении констант pH нарушаются все химические и физиологические процессы в организме, а острые нарушения КОС могут быть несовместимыми с жизнью.

Действие ацидоза на организм во многом определяется его влиянием на активность ферментов, которые могут работать только в определённых границах pH (кислая фосфатаза, щелочная фосфатаза, пепсины желудка, имеющие разные оптимумы pH). Ацидоз влияет на направление химических реакций, в результате чего нарушаются обменные процессы. Избыток водородных ионов изменяет полимеры базальной мембраны капилляров, увеличивает их проницаемость и способствует развитию отёка ткани. Ионы Н⁺, проникая в клетки, замещают внутриклеточный К⁺, который покидает соматические клетки и создаёт опасную для деятельности ЦНС гиперкалиемию, которая может представлять угрозу для жизни человека.

Алкалоз вызывает гипоксию тканей, увеличивая сродство гемоглобина к кислороду (смещение кривой диссоциации оксигемоглобина влево), вызывает гипокальциемию, повышающую электровозбудимость нервно-мышечной системы и сердечной мышцы, опасную нарушениями ритма сердца и судорогами. Алкалоз снижает мозговой и коронарный кровоток, способствует бронхоспазмам.

ПОКАЗАТЕЛИ НАРУШЕНИЯ КИСЛОТНО-ОСНОВНОГО СОСТОЯНИЯ

Отклонение pH в сторону уменьшения или увеличения от среднего значения 7,4 для плазмы крови свидетельствует о тенденции к ацидозу или алкалозу, соответственно, а отклонение pH от крайних нормальных значений (для плазмы крови это 7,35-7,45) указывает на развитие некомпенсированного ацидоза или алкалоза.

Для диагностики нарушений КОС используют показатели бикарбонатного буфера. Нарушения КОС характеризуются первичными и вторичными отклонениями показателей буфера.

•  Первичные изменения буферного соотношения. Выражаются в изменении одного из компонентов (кислого или щелочного) этого буфера.

•  Вторичные изменения. Являются компенсаторными, они направлены на поддержание соотношения кислой и основной частей буфера.

Для определения нарушений КОС и вызвавших их причин, необходимо отличать первичные и вторичные отклонения показателей КОС.

Величина pH зависит не от абсолютных значений кислой и основной частей бикарбонатного буфера, а от их соотношения. Поэтому для поддержания постоянства pH первичные отклонения одной составляющей буфера должны сопровождаться однонаправленными изменениями второй его составляющей, так чтобы их соотношение (числителя и знаменателя выражения) осталось прежним.

Компоненты бикарбонатного буфера определяются приборными методами. Поскольку кислая часть бикарбонатного буфера представлена угольной кислотой, то о её концентрации судят по pCO₂ крови. Об основаниях плазмы крови судят по нескольким показателям.

◊  SB - стандартный бикарбонат, отражает концентрацию аниона [HCO₃^-] в плазме крови, уравновешенную при pCO₂ 40 мм рт.ст. и полном насыщении гемоглобина кислородом.

◊  АВ - истинный бикарбонат (актуальный бикарбонат) является лабильным показателем, его величина зависит от pCO₂ крови в момент определения, т.е. от газовых нарушений КОС.

◊  ВВ - буферные основания. Совокупность всех буферных оснований крови.

◊  ВЕ - излишек буферных оснований. Разница между актуальным ВВ и NBB.

◊  NBB - имеет место при нормальных показателях pH и pCO₂.

В норме средние показатели АВ и SB одинаковы.

Чтобы убедиться в функциональной полноценности дыхательной системы дополнительно определяют сатурацию гемоглобина кислородом, а для определения состояния почек определяют титруемую кислотность суточной мочи и содержание иона аммония. Титруемую кислотность оценивают по количеству щёлочи определённой концентрации, израсходованной на титрование мочи, выделенной человеком за сутки (ТК_с).

При экспресс-диагностике расстройств кислотно-основного гомеостаза показатели КОС определяют приборным методом в образцах крови, а недостающие показатели рассчитывают по номограммам или коэффициентам, выведенным из уравнения Гендерсона-Гассельбаха. Современные многоканальные анализаторы позволяют исследовать показатели КОС: pH, раСО₂, раО₂, ВЕ, электролиты крови, гемоглобин, оксигемоглобин и его производные в течение 5-10 мин.

НЕКРОЗ И АПОПТОЗ

Некроз (от греч. necros - мёртвый) и апоптоз (от греч. apoptosis - листопад) являются двумя видами гибели клеток, которые далеко не исчерпывают возможные варианты их смерти (рис. 2-1). Некроз является конечным выражением необратимого летального прижизненного повреждения клеток, вызванного действием повреждающих факторов.

Рис. 2-1. Варианты запрограммированной гибели клеток.

Апоптоз - смерть клеток в живом организме, развивающаяся без предварительного повреждения клетки, в результате включения генетической программы, предопределяющей её гибель и фактически является "самоубийством" клетки.

НЕКРОЗ

Некроз - гибель клеток и тканей в живом организме в ответ на повреждение, механизмы которого связаны с денатурацией белка и активацией гидролитических ферментов, ведущих к аутолизу. Это общепатологический процесс.

Понятие "некроз" является видовым по отношению к более общему понятию "смерть". Некроз - гибель части живого организма, тогда как целое (организм) остаётся живым. Напротив, термин "смерть" используется для обозначения прекращения жизнедеятельности всего организма в целом. Территория некроза может быть различной. Некроз может захватывать отдельные участки тела, целые органы, ткани,группы клеток, клетки и экстрацеллюлярный матрикс. В настоящее время сформировались также понятия о фокальном некрозе, когда речь идёт о гибели части клетки. Некроз развивается при действии повреждающего фактора. Он может иметь самостоятельное значение, а также завершать или быть звеном патогенеза таких патологических процессов как дистрофии, воспаление, растройства кровообращения, опухолевый рост.

ЭТИОЛОГИЯ И ПАТОГЕНЕЗ

Выделяют пять основных этиологических факторов некроза:

∨ травматический;

∨ токсический;

∨ трофоневротический;

∨ аллергический;

∨ сосудистый.

Этиологический принцип положен в основу классификации видов некроза.

По механизму действия этиологического фактора некроз может быть прямым (травматическим, токсическим) и непрямым (трофоневротическим, аллергическим и сосудистым).

•  Травматический некроз является результатом прямого действия на ткань физических (механических, температурных, вибрационных, радиационных), химических (кислот, щелочей) факторов.

•  Токсический некроз развивается при действии на ткани токсических факторов ббактериальной и другой природы.

•  Трофоневротический некроз развивается при нарушении циркуляции и иннервации тканей при заболеваниях центральной и периферической нервной системы. Примером трофоневротического некроза могут служить пролежни.

•  Аллергический некроз является результатом имунного цитолиза тканей в ходе реакций гиперчувствительности немедленного и замедленного типа. Классическим примером аллергического некроза при реакциях немедленного типа с участием имунных комплексов, содержащих комплемент, может служить фибриноидный некроз при феномене Артюса. Иммунный цитолиз с участием T-лимфоцитов киллеров и макрофагов приводит к развитию некроза ткани печени при хроническом активном гепатите.

•  Сосудистый некроз связан с абсолютной или относительной недостаточностью циркуляции в артериях, венах и лимфатических сосудах. Наиболее часто он обусловлен нарушением кровообращения в артериях в связи с их тромбозом, эмболией, длительным спазмом,а также с функциональным перенапряжением органа в условиях гипоксии. Недостаточная циркуляция крови вызывает ишемию тканей, гипоксию и развитие ишемического некроза.

Помимо особенностей этиологии механизмы некроза во многом зависят от структурно-функционального своеобразия клеток, тканей и органов. Конечный результат всех механизмов некроза - возникновение внутриклеточного хаоса. Вместе с тем можно выделить пять наиболее значимых патогенетических механизмов некроза:

∨ связывание клеточных белков с убиквитином;

∨ дефицит АТФ;

∨ генерация активных форм кислорода;

∨ нарушение кальциевого гомеостаза;

∨ потеря селективной проницаемости клеточными мембранами (рис. 2-2).

Рис. 2-2. Основные патогенетические механизмы некроза.

Убиквитин - белок, состоящий из 76 аминокислотных оснований, широко распространён во всех клетках эукариотов, в присутствии АТФ формирует ковалентные связи с лизиновыми основаниями других белков. Синтез убиквитина инициируется различными видами повреждений. Связываясь с белками, убиквитин уменьшает длительность их жизни путём их частичной денатурации. Так, при некрозе клеток центральной нервной системы при болезнях Альцгеймера, Паркинсона, а также в гепатоцитах при алкогольном поражении печени (тельца Мэллори) обнаруживаются цитоплазматические тельца, построенные из комплекса белков с убиквитином.

Дефицит АТФ постоянно обнаруживается в гибнущих клетках. Долгое время полагали, что основной причиной некроза кардиомиоцитов при ишемии является снижение образования макроэргических соединений до определённого уровня. Расщепление АТФ сопровождается повышением концентрации АМФ, которая активирует ферменты анаэробного гликолиза. Это приводит к истощению цитоплазматических запасов гликогена, что используется для гистохимической диагностики ранних стадий некроза в миокарде с помощью ШИК-реакции.

Генерация активных форм кислорода происходит постоянно в живых клетках в процессах гликолиза и связана с одноэлектронным переносом на молекулу кислорода. При этом образуются различные активные формы - синглетный кислород, супероксид анион-радикал, гидроксил анион, перекись водорода. Вступая во взаимодействия с липидами мембран, молекулами ДНК, вызывая оксидативный стресс, активные формы кислорода повышают проницаемости мембран, ингибируют катионные помпы, потенцитруют дефицит АТФ и избыток внутриклеточного кальция, что приводит к развитию повреждения клетки и ткани. Наибольшее значение активные формы кислорода играют в патогенезе некроза пневмоцитов при дистресс синдроме новорождённых, развивающемся в результате оксигенотерапии, реперфузионных повреждений при инфаркте миокарда и некрозе гепатоцитов при передозировке парацетамола.

Нарушения кальциевого гомеостаза характеризуются повышением концентрации свободных ионов кальция в гиалоплазме, куда они попадают из внеклеточной жидкости и митохондрий, и из цистерн гранулярной эндоплазматической сети. Ионы кальция активируют ряд цитоплазматических ферментов, которые ещё больше усиливают повреждающий эффект гипоксии. Так, активация литической АТФазы сопровождается расщеплением АТФ и ещё большим уменьшением энергетических запасов клетки. Дефицит АТФ приводит к нарушению работы катионных помп и накоплению кальция внутри клеток. Активация фосфолипаз приводит к расщеплению важнейших фосфолипидов цитоплазматической и митохондриальной мембран, нарушая их функцию. Активированные протеазы могут разрушить белки цитоскелета. Эти поначалу обратимые изменения могут впоследствии привести к необратимому повреждению клеток.

Потеря способности к избирательной проницаемости цитоплазматических мембран является одним из характерных признаков некроза при воздействии комплемента, вирусных инфекциях и гипоксических повреждениях. При этом происходит повреждение трансмембранным протеинов, рецепторов и ферментных систем, регулирующих прохождение в клетку определёных веществ. При воздействии комплемента и перфоринов в цитоплазматическую мембрану встраиваются протеиновые полимеразы в облать липидного бислоя. Литические вирусы также взаимодействуют с липидами мембран, встраивают в них белки вирусных капсидов, что приводит к разрушению цитоплазматических мембран в момент выхода вируса из инфицированной клетки. В клетках, подвергшихся ишемии, нарушается расположение трансмембранных белков с формированием характерных белковых "гипоксических" уплотнений.

Некроз клетки сопровождается снижением внутриклеточной pH от нейтральных до кислых значений. Подавление окислительного фосфорилирование приводит к активации анаэробного гликолиза, в результате которого в цитоплазме клетки накапливается молочная кислота. Высвобождение фосфатов при расщеплении фосфолипидов и АТФ также способствует закислению цитоплазмы. В кислой среде снижается активность большинства ферментов, за исключением лизосомальных, которым происходящие изменения, наоборот, создают оптимальные условия для функционирования. Высвобождение кислых гидролаз из лизосом усугубляет повреждение клетки.

МОРФОГЕНЕЗ

Некротический процесс проходит морфогенетические стадии паранекроза, некробиоза, смерти клетки, аутолиза.

•  Паранекроз. Изменения подобные некротическим, но обратимые.

•  Некробиоз. Необратимые дистрофические изменения, характеризующиеся преобладанием катаболичесих реакций над анаболическими.

•  Смерть клетки. Время установить трудно.

•  Аутолиз. Разложение мёртвого субстрата под действием гидролитических ферментов погибших клеток и клеток воспалительного инфильтрата. Для работы гидролических ферментов необходимы кислые значения pH. Полагают, что при чрезмерно высоком pH преобладает денатурация белков и развивается коагуляционный некроз.

Критерии смерти клетки. Установление момента смерти клетки, необратимого её повреждения, имеет важное теоретическое и клиническое значение в случаях решения вопроса о жизнеспособности тканей, подлежащих хирургическому удалению, а также в трансплантологии. Однозначного ответа на этот вопрос пока не существует. В токсикологической практике критерием жизнеспособности тканей является сохранность митотической активности клеток. Но можно ли считать клетку погибшей, если она находится в фазе покоя G₀, может дифференцироваться и оставаться не только жизнеспособной ещё длительное время, но и возвращаться в митотический цикл, как это может происходить с разнообразными клетками многоклеточных организмов? Предлагающийся метод in vitro для установления гибели клеток и тканей, основанный на захвате ими различных красителей (трепановой синьки) не может служить достоверным критерием оценки смерти клетки, т.к. скорее связан с повреждением цитоплазматической мембраны, а не с некрозом. Как видно, достоверных функциональных тестов для установления момента смерти клеток пока ещё не разработано.

В настоящее время для определения смерти клетки наиболее часто используются морфологические критерии. Такими достоверными критериями являются разрушение внутренних мембран и отложения электронно плотных депозитов, содержащих белки и соли кальция в митохондриях, что обнаруживается при электронной микроскопии. Следует, однако обратить внимание на то, что на светооптическом уровне изменения в структуре клетки становятся видимыми лишь на стадии аутолиза. Поэтому, говоря о микроскопических признаках некроза, мы фактически говорим о морфологических изменениях в стадию аутолиза, являющихся результатом действия гидролитических ферментов, прежде всего лизосомального происхождения. В настоящее время установлено, что большинство органелл клетки (ядра, митохондрии,рибосомы) также имеют свои собственные гидролитические ферменты, которые принимают активное участие в процессах аутолиза.

В клинике некроз клеток в различных органах можно диагностировать по выбросу в кровь их цитоплазматических ферментов и белков. Например: креатинкиназа (креатинфосфокиназа) и тропонин высвобождаются при повреждении сердечной мышцы или скелетной мускулатуры, аспартатаминотрансфераза и аланинаминотрансфераза - клеток печени, лактатдегидрогеназа - эритроцитов и многих других клеток.

МАКРОСКОПИЧЕСКИЕ ПРИЗНАКИ

Ранние стадии некроза обычно не видны невооружённым глазом. Поздние стадии некроза имеют разнобразные макроскопические проявления. Общим для всех форм некроза являются изменения цвета, консистенции и в ряде случаев запаха некротизированных тканей.

•  Колликвационный некроз (от греч. malakas - мягкий) - консистенция мёртвой ткани дряблая, содержит большое количество жидкости, подвергается миомаляции.

•  Коагуляционный некроз - некротизированная ткань имеет плотную и сухую консистенцию.

Цвет некротических масс зависит от наличия примесей крови и различных пигментов, а также обусловлен развитием на границе между мёртвой и живой тканью зоны демаркационного воспаления, имеющей красно-бурый цвет. Мертвая ткань бывает белой или желтоватой, нередко окруженна красно-бурым венчиком. При пропитывании некротических масс кровью, они могут приобретать окраску от красной, до бурой, жёлтой и зелёной, в зависимости от преобладания в них тех или иных гемоглобинных пигментов. В некоторых случаях фокусы некрозы прокрашиваются жёлчью. При гнилостном расплавлении мертвая ткань издаёт характерный дурной запах.

МИКРОСКОПИЧЕСКИЕ И УЛЬТРАСТРУКТУРНЫЕ ПРИЗНАКИ

Микроскопичесие признаки некроза выявляются лишь на поздних стадиях процесса на фоне аутолиза. Ранние стадии некроза можно диагностировать лишь с использованием специальных методов, таких как поляризационная и люминесцентная микроскопия с окраской акридиновым оранжевым, гистохимических методик и (ШИК-реакция) и электронной микроскопии.

Ультраструктурные признаки некроза отражают изменения в ядре, митохондриях, полисомах, лизосомах, цитоплазматической сети клетки.

•  Ядро. Агрегация хроматина, фрагментация фибрилл, полное разрушение.

•  Митохондрии. Набухание, уменьшение плотности матрикса, образование в нём агрегатов неправильной формы, отложение солей кальция.

•  Цитоплазматическая сеть. Набухание, фрагментация и распад мембранных структур.

•  Полисомы и рибосомы. Распад полисом, отделение рибосом от поверхности цистерн эндоплазматической системы, уменьшение размеров и количества рибосом.

•  Лизосомы. Агрегация гранул матрикса и его просветление, разрыв мембран.

•  Цитоплазматический матрикс. Исчезновение гранул гликогена, снижение активности ферментов.

Микроскопические признаки некроза выявляются изменениях ядра, цитоплазмы клеток. Изменения ядер связаны с активацией гидролаз (рибонуклеаз и дезоксирибонуклез). Ядра последовательно подвергаются сморщиванию (кариопикноз), распаду на глыбки (кариорексис) и лизируются (кариолизис, см. рис. 2-3). В цитоплазме происходит денатурация и коагуляция белков, сменяемая обычно колликвацией. Коагуляция цитоплазмы, сменяется распадом её на глыбки (плазморексис) и лизисом органелл (плазмолизис, см. рис. 2-4). При местных изменениях говорят о фокальном коагуляционном или колликвационном некрозах.

Рис. 2-3. Некроз и апоптоз лимфоцитов фолликулов селезенки. Окраска гематоксилином и эозином (x600).

Рис. 2-4. Некроз эпителия проксимальных и дистальных канальцев почки. Окраска гематоксилином и эозином (x200).

Некроз развивается не только в паренхиматозных элементах тканей и органов, но и в их строме. При этом происходит разрушение как клеток стромы, так и нервных окончаний и компонентов экстрацеллюлярного матрикса. Расщепление ретикулярных, коллагеновых и эластических волокон происходит с участием нейтральных протеаз (коллагеназ, эластаз), гликопротеинов (протеаз), липидов (липаз). При микросокпическом исследовании обнаруживается распад, фрагментация и лизис ретикулярных, коллагеновых и эластических волокон (эластолизис), в некротизироварованной ткани нередко откладывается фибрин (фибриноидный некроз). В жировой ткани некроз носит свои специфические черты в связи с накоплением в некротических массах жирных кислот и мыл, что ведёт к образованию липогранулём.

Развитие некроза сопровождается возникновением местного демаркационного острого воспаления (рис. 2-5).

Рис. 2-5. Инфакт почки. Видны зоны некроза и демаркационного воспаления. Окраска гематоксилином и эозином (x100).

Возникновение местного демаркационного острого воспаления при некрозе связывается с выделением некротизированной тканью провоспалительных субстанций. Погибающие клетки генерируют лейкотриены (мощные медиаторы воспаленеия), образующиеся при перекисном окислении липидов. Компоненты, освобождающиеся при повреждении митохондрий являются сильными активаторами системы комплемента. Воспалительная реакция на некроз может вызвать повреждения сохранных клеток и тканей в зоне демаркационного воспаления. Это особенно важно, при инфаркте миокарда, когда погибшие кардиомиоциты обнаруживаются не только в очагах некроза, но и в зоне перифокального воспаления, что увеличивает площадь некроза миокарда. Повреждение кардиомиоцитов в зоне демаркационного воспаления обусловлено реперфузией крови и действием клеток воспалительного инфильтрата, прежде всего полиморфноядерных лейкоцитов и макрофагов, генерирующих протеазы и активные формы кислорода.

Реакция на некроз может быть местной и системной. Системная реакция. Связана с синтезом клетками печени двух белков острой фазы воспаления - C-реактивного белка и плазменного амилоид-ассоциированного белка. Концентрация C-реактивного белка повышается в плазме при различных видах повреждения, он аккумулируется в некротических массах и может активировать комплемент по классическому пути и инициировать развитие демаркационного воспаления. Роль амилоид-ассоциированного белка связана с опсонизированием хроматина, который попадает в кровь из очагов некроза. Амилоид-ассоциированный белок может стать белком-предшественником при формировании АА-амилоида.

КЛИНИКО-МОРФОЛОГИЧЕСКИЕ ФОРМЫ

Клинико-морфологические формы некроза выделяют в зависимости от его морфологических и клинических проявлений, а также от структурно-функциональных особенностей органа, в котором некроз развивается. Различают следующие виды некроза: коагуляционный, казеозный, колликвационный, жировой, инфаркт, гангрену, секвестр и пролежень.

•  Коагуляционный некроз. Развивается при низкой активности гидролитических процессов, высоком содержании белков и умеренном содержании жидкости в тканях. Примером могут служить восковидный или ценкеровский некроз мышц (описан Ценкером) при брюшном и сыпном тифе; фибриноидный некроз при аллергических и аутоиммунных заболеваниях. Разновидностью коагуляционного некроза является казеозный (творожистый) некроз, получивший своё название за сходство по консиситенции, цвету и виду с творогом. Он развивается при туберкулёзе, сифилисе, проказе и лимфогранулематозе. Химический анализ некротических тканей помимо преципитированного белка выявляет в них большое количество липидов. Некрозу подвергаются гранулёмы (скопления клеток моноцитарного происхождения). Патогенез казеозного некроза объясняется действием на клетки гранулёмы (ТНФ-α), выделяющегося этими клетками, а также факторов микобактерии.

•  Колликвационный некроз. Развивается в тканях богатых жидкостью с высокой активностью гидролитических ферментов, например, очаг серого размягчения головного мозга. В очагах реперфузии демаркационной зоны инфаркта миокарда также развивается колликвационный некроз, которому может предшествовать коагуляционный некроз мышцы сердца.

•  Гангрена (от греч. gangrania - пожар) - некроз тканей, соприкасающихся с внешней средой. Ткани имеют чёрную окраску в результате образования сульфида железа из железа гемоглобина и сероводорода воздуха. Гангрена может развиваться в различных частях тела, в том числе в лёгких, кишечнике, матке. Имеется три разновидности гангрены: сухая, влажная и пролежень.

◊  Сухая гангрена. Ткани мумифицируются, а на границе с живой тканью чётко определяется зона демаркационного воспаления. Встречается в конечностях и в других отделах тела при атеросклерозе, отморожениях и ожогах, болезни Рейно, вибрационной болезни, при тяжёлых инфекциях.

◊  Влажная гангрена. Возникает при действии гнилостных микроорганизмов. Ткани набухают, становятся отёчными, издают зловонный запах, демаркационная зона не определяется. Влажная гангрена встречается в лёгких, кишечнике и матке. Нома (от греч. nome - водяной рак) - влажная гангрена на коже щёк, промежности.

◊  Пролежень. Является разновидностью гангрены трофоневротического генеза. Возникает у ослабленных больных, страдающих сердечно-сосудистыми, инфекционными, онкологическими и нервными заболеваниями. Локализуются пролежни обычно на участках тела, подвергающихся у лежачих больных наибольшему давлению.

•  Секвестр. Участок мёртвой ткани, который не подвергается аутолизу, не замещается соединительной тканью и свободно располагается среди живых тканей. Секвестры обычно вызывают развитие гнойного воспаления и могут удаляться через образующиеся при этом свищевые ходы. Секвестрации чаще подвергается костная ткань, однако изредка секвестры могут обнаруживаться и в мягких тканях.

•  Инфаркт (от лат. infarcire - начинять, набивать) - сосудистый (ишемический) некроз. Причины инфаркта: тромбоз, эмболия, длительный спазм артерий и функциональное перенапражение органа в условиях гипоксии при недостаточности коллатерального кровообращения. Различают инфаркты по форме и цвету.

◊  Форма инфаркта зависит от ангиоархитектоники органа и развитости коллатерального кровообращения. Она может быть клиновидной и неправильной. Клиновидная форма инфаркта характерна для органов с магистральным типом ветвления сосудов и со слабо развитыми коллатералями (селезёнка, почка, лёгкое). Неправильная форма инфаркта наблюдается в органах с рассыпным или смешанным типами ветвления артерий (миокард, головной мозг).

◊  По цвету инфаркт различают белый (селезёнка, головной мозг), белый с геморрагическим венчиком (сердце, почки) и красный (геморрагический). Геморрагический венчик формируется за счёт зоны демаркационного воспаления, которая закономерно возникает на границе мёртвых и живых тканей. Красный цвет инфаркта обусловлен пропитыванием некротизированных тканей кровью, как это бывает при инфарктах лёгкого на фоне хронического венозного полнокровия.

ИСХОДЫ

Нередко некроз ткани или органа имеет неблагоприятный исход и приводит больного к смерти (инфаркт миокарда, головного мозга; некроз коркового вещества почек, надпочечников; прогрессирующий некроз печени, панкреонекроз). К неблагоприятным исходам некроза относится также гнойное расплавление некротизированной ткани, что может быть причиной генерализации инфекционного процесса и развития сепсиса.

Благоприятные исходы некроза связаны с процессами отграничения и репарации (восстановления), начинающиеся и распространяющиеся из зоны демаркационного воспаления. К ним относятся: организация, или рубцевание (замещение некротических масс соединительной тканью), инкапсуляция (отгранические некротизированного участка соединительнотканной капсулой), при этом некротические массы могут петрифицироваться и оссифицироваться. На месте колликвационного некроза возникает мезоглиальный рубчик или киста.

АПОПТОЗ

Апоптоз - вид запрограммированной клеточной гибели, реализующийся вследствие последовательной активации "генов смерти" и ферментов "суицидального биохимического пути". Термин апоптоз предложен J.F. Kerr c cсоавторами (1972 г.) для обозначения особого вида запрограммированной смерти отдельных клеток в ткани, морфологически отличающегося от некроза. Авторы образно сравнили апоптоз с падением с деревьев увядших листьев.

Термин может употребляться в широком и узком смыслах. В широком смысле слова, апоптоз является выражением определённого вида запрограммированной клеточной смерти в норме и патологии. В узком же смысле слова термин апоптоз применим только для случаев патологии.

Апоптоз, как вид запрограммированной клеточной гибели, имеет определённые морфологические проявления и биохимические механизмы.

Клеточная гибель совершается при участии белковых продуктов определённых генов, хотя в ряде случаев сходные морфологические изменения могут быть получены и без активации генов.

Биологический смысл апоптоза заключается в элиминации повреждённых клеток и, находясь в динамическом равновесии между процессами пролиферации и дифференцировки клеток способности поддерживать тканевой гомеостаз на определённом уровне.

Апоптоз и запрограммированная смерть клеток. Смерть клеток без предварительных необратимых повреждений, в результате включения генетической программы, предопределяющей её гибель, была названа Lockshin и Williams (1964 г.) "запрограммированной клеточной смертью". Такая гибель встречается в случаях, когда в целях развития, роста и выживания тканей возникает необходимость избавиться от повреждённых, отработанных клеток. Возникает парадоксальная ситуация: клетка жертвует своей жизнью, идёт на самоубийство, ради сохранения целого (ткани, органа, организма). Таким образом, биологическое значение программной клеточной гибели заключается в поддержании жизни.

Запрограммированная клеточная гибель является составной частью таких биологических процессов как эмбриональное развитие, морфогенез и метаморфоз организмов. В многоклеточных организмах баланс между запрограммированной клеточной гибелью и митозом обеспечивает тканевой гомеостаз.

Термины "запрограммированная клеточная гибель" и "апоптоз" не являются синонимами. Термин "запрограммированная клеточная гибель" используется в узком и в широком понимании. В узком смысле слова запрограммированная клеточная гибель противопоставляется апоптозу, поскольку она совершается в норме в ходе развития организма и при обеспечении тканевого гомеостаза. В то же время апоптоз (самоубийство клетки) развивается в условиях патологии и совершается по определённым механизмам. В широком понимании термин "запрограммированная клеточная гибель" включает в себя не только смерть путём апоптоза, но и ряд других видов клеточной гибели, таких как: вакуолярная или аутофагическая, атрофическая гибель, а также смерть путём терминальной дифференцировки.

ЭТИОЛОГИЯ И ПАТОГЕНЕЗ

Причины и условия развития апоптоза многообразны. Апоптоз закономерно развивается в ходе процессов эмбрионального развития, поддержания тканевого гомеостаза, иммунных реакций, элиминации повреждённых клеток, при старении.

Программа апоптоза может быть запущена либо в результате поступления сигнала клеточной гибели, либо при прекращении поступления факторов выживания. Примером сигнала к апоптозу может стать связывание фактора некроза опухоли (ФНО) с соответствующим рецептором, расположенным на поверхности лимфоцитов. Аналогичный эффект оказывает связывание глюкокортикоидов с ядерными рецепторами лимфоцитов, находящихся в вилочковой железе. Прекращение поступления гормонов или факторов роста, необходимых для выживания определённых клеток, становится "отрицательным" сигналом к апоптозу. Так, снижение концентрации тестостерона в крови после кастрации сопровождается апоптозом клеток предстательной железы.

В норме апоптоз имеет место в ходе эмбриогенеза на стадиях преимплантации, имплантации плодного яйца, органогенеза а также морфогенеза. Основная биологическая роль апоптоза в норме - установление равновесия между процессами пролиферации и гибели клеток, что при сбалансированности их пролиферации и апоптоза обеспечивает стабильное состояние организма. Преобладание пролиферации над апоптозом приводит к росту тканей, а при относительном усилении апоптоза по сравнению с пролиферацией возникает атрофия. Примером исчезновения клеток путём апоптоза может служить инволюция мюллерова и вольфова протоков, межпальцевых перепонок, формировании просветов в полостных органах (в сердце). Апоптоз наблюдается при атрофии зрелых тканей под влиянием или при отмене эндокринных стимулов при росте и старении организма. В норме апоптоз является механизмом возрастной атрофии тимуса, инволюции ткани эндометрия и предстательной железы, молочных желёз после прекращения лактации, а также апоптоз B- и T-лимфоцитов после прекращения действия на них стимулирующего действия соответствующих цитокинов при завершении имунных реакций.

В патологии значение апоптоза также велико. Все этиологические факторы, вызывающие некроз (термические влияния, радиация, цитотоксические противораковые лекарственные препараты, гипоксия), в небольших дозах и при кратковременном воздействии способны вызывать и апоптоз.

Патогенез апоптоза включает в себя биохимические и генетические механизмы его регуляции. Биохимические механизмы регуляции апоптоза условно могут быть разделены на группы: расщепление, сшивание белков,

•  Расщепление белков цистеиновыми протеазами (каспазы).

•  Сшивание белков трансглютаминазами в единую связанную сеть и обезвоживание клеток за счёт действия особых селективных ферментных транспортных систем, регулирующих обмен ионов калия, натрия, хлора и воды. Не исключено участие в процессах конденсации цитоплазмы белков цитоскелетона, прежде всего β-тубулина, усиление синтеза которого отмечается в клетках при апоптозе.

•  Разрушение ядра кальций/магний-зависимой эндонуклеазой, расщепляющей молекулы ДНК в участках между нуклеосомами, что приводит к формированию однотипных по размерам фрагментов ДНК. Масса этих фрагментов кратна массе одной нуклеосомы, состоящей из 200 пар оснований, а каждый фрагмент содержит от одной до нескольких нуклеосом. Своеобразное расщепление ДНК при апоптозе имеет и свое морфологическое выражение в виде особой структуры хроматина.

•  Повреждение структуры клеточной мембраны, сопровождающееся перемещением фосфатидилсерина с внутренней на наружную поверхность цитолеммы. Изменение биохимической организации цитолеммы при апоптозе имеет решающее значение в распозновании и немедленном фагоцитозе апоптозных телец соседними клетками, что предупреждает попадание различных биологически активных субстанций в окружающую среду и тем самым предотвращает воспалительную и другие патологические реакции.

Большая группа генов и их белковых продуктов регулируют процессы апоптоза в клетках. Условно их можно разделить на группы в соответствии с фазами апоптоза: передающие сигнал от клеточной мембраны в клетку, передающие сигнал внутри клетки (конролирующие и интегрирующие), осуществляющие апоптоз, регулирующие фагоцитоз апоптозных телец.

Индуцирующие апоптоз сигналы поступают в клетку через клеточные мембраны. Ряд веществ через взаимодействие с соответствующими рецепторами клеточной мембраны могут передавать негативный сигнал, блокирующий апоптоз (гормоны, факторы роста), другие - позитивный, индуцирующий апоптоз (Fas-лиганды, ФНО-α, ТФР-β). При этом отмена сигналов, блокирующих апоптоз, способна его индуцировать. Некоторые проапоптогенные факторы воздействуют сразу на внутриклеточные струтктуры. Например, глюкокортикоиды вызывают апопотоз клеток путём взаимодействия с соответствующими рецепторами, расположенными на ядерной мембране.

Наибольшое значение на внутриклеточной фазе передачи апоптогенного сигнала играют члены семейства bcl и bax генов, bcl-2 связывающий протеин (Apaf-1), семейство цистеиновых протеаз (каспаз), р53, Rb, c-vec, c-fos, c-jun. Члены семейства bcl-2 и bax, расположенные в митохондриях, регулируют проницаемость наружной митохондриальной мембраны и тем самым могут способствовать или препятствовать выходу из митохондрий цитохрома С, важнейшего триггера апоптоза. Члены семейства bcl-2 препятствуют апоптозу (ингибиторы апоптоза) и представлены следующими членами семейства: bcl-2, bcl-XL. Bcl-2 является аналогом ced 9 гена нематоды С. elegans. Члены семейства, индуцирующие апоптоз, носят название промотор апоптоза, к ним относятся: bах, bаd. Все члены данного семейства способны взаимодействовать друг с другом и образовывать гетеродимеры, при этом наличие в составе гетеродимеров промоторов апоптоза является решающим в плане их функциональной активности. Гетеродимеры - промоторы апоптоза из bcl-2 семейства вызывают повышение проницаемости наружной мембраны митохондрий и высвобождение цитохрома C, что считается одним из наиболее ранних событий апоптоза.

Высвободившись из митохондрий, цитохром C взаимодействует с проапоптозным фактором, активирующим протеазы (Apaf-1), аналогом гена ced 9 нематод, и тем самым индуцирует начало протеолитического каскада в клетке, определяющего её смерть.

Протеолитические ферменты, участвующие в работе протеолитического каскада, могут быть подразделены на конролирующие, интегрирующие и представлены семейством протеаз, работающих как цистеиновые протеазы (cysteine, отсюда первая буква "к" в названии этих протеаз), способных расщеплять аспарагиновую кислоту ("aspase"). Каспазы раделяют белки цитоскелетона и матрикса клетки, но основной целью их действия является ядро и ядерные белки, участвующие в транскрипции, репликации и репарации ДНК. В частности, каспаза 3 превращает неактивную форму цитоплазматической ДНКазы в активную, вызывающую внутринуклеосомальное расщепление ядерной ДНК.

Элиминация апоптозных телец осуществлятся путём фагоцитоза их неспециализированными фагоцитами (соседними клетками) и макрофагами. Процесс происходит настолько быстро, что наблюдать его в гистологических препаратах чрезвычайно сложно, а, кроме того, при этом не успевает развиться воспалительная реакция. Немедленный фагоцитоз обеспечивается особыми адгезивными свойствами апоптозных телец за счёт экспрессии на их мембранах определённых молекул, связывающихся с фосфатидилсериновыми и тромбоспондиновыми рецепторами и лектинами. Немедленный фагоцитоз апоптозных телец считается основным фактором блокирующим воспалительную реакцию на погибшие клетки. Таким образом, апоптоз совершается очень быстро, в среднем менее чем за 30 мин, и без воспалительной реакции. Апоптозные тельца могут удаляться также с секретом или лимфо- и кровотоком. Можно выделить три варианта нарушений регуляции апоптоза, обнаруживаемых при различных заболеваниях человека: чрезмерный апоптоз по сравнению с пролиферацией, недостаточный апоптоз по отношению к уровню пролиферативных процессов, незавершённый апоптоз в связи с отсутствием фагоцитоза апоптозных телец.

МОРФОЛОГИЯ

Микроскопические признаки апоптоза

При световой микроскопии в нормальных тканях клетки в состоянии апоптоза наблюдать крайне трудно в связи с его относительной редкостью, а также немедленным фагоцитозом соседними клетками фрагментов распавшихся клеток (апоптозных телец). Кроме того, при рутинных окрасках апоптоз легко можно спутать с некрозом, сопровождающимся кариорексисом и кариопикнозом. Поэтому наиболее достоверными морфологическими методами верификации апоптоза считаются способы, основанные на обнаружении неспаренных участков ДНК в местах её расщепления эндонуклеазами (метод метки in situ уридиновыми основаниями - TUNEL-тест, см. рис. 2-6) и иммунногистохимические методы выявления некоторых видов каспаз, промоторов апоптоза и мембранных рецепторов, индуцирующих апоптоз. Клетки в состоянии апоптоза приобретают округлую форму, теряют контакты с соседними клетками, сморщиваются и имеют изрезанные, фрагментированные ядра, с конденсированным под кариолеммой хроматином, сморщенную цитоплазму, теряют микроворсинки и межклеточные мостики (десмосомальные контакты). Апоптозные тельца отличаются небольшими размерами, сравнимыми с размерами лимфоцитов, с высоким ядерно-цитоплазматическим соотношением, округлыми контурами и конденсированными хроматином и цитоплазмой. Существенным отличием является также отсутствие воспалительной реакции на апоптоз.

Рис. 2-6. Апоптозные тельца в мелкоклеточном раке лёгкого. TUNEL-тест (x1000).

Морфологические признаки апоптоза заключаются в изменениях ядер, цитоплазмы и клеточной мембраны. Они всегда обнаруживаются в отдельных клетках. При подсчёте апоптозных телец в тканевых срезах его частота (индекс апоптоза) составляет десятые и тысячные доли процента. При постановке TUNEL-теста ядерный хроматин клеток, вступивших в апоптоз, имеет специфическую флюоресценцию при использовании флюоресцентной метки или приобретает коричневое окрашивание в случае пероксидазной метки. TUNEL-тест выявляет клетки со сморщенными ядрами с конденсированным хроматином, звёздчатой формы, клетки с интенсивно окрашенными пикнотичными ядрами, округлые апоптозные тельца.

Ультраструтурные признаки апоптоза

Клетки в состоянии апоптоза имеют ультраструктурные характеристики.

•  Отсутствуют специализированные структуры клеточной поверхности (микроворсиноки, межклеточные контакты). В отличие от некроза речь идёт всегда об изменениях в отдельных клетках.

•  Уменьшение размеров клетки в связи с конденсацией цитоплазматических органелл, изменения формы клетки. Часто клетка расщепляется на несколько апоптозных телец, каждое из которых имеет свой фрагмент ядра, ограниченный двухконтурной ядерной мембраной, и индивидуальный набор органелл.

•  Сохранность и интегративность органелл, прежде всего митохондрий. При этом имеется аггрегация рибосом в полукристаллоидные структуры, появление пучков микрофиламентов под цитолеммой, расположенных параллельно мембране. Почти всегда наблюдается кратковременная дилятация гладкого эндоплазматического ретикулума с формированием пузырей, наполненных жидкостью, которая выводится из клетки. При сканирующей электронной микросокпии поверхность клетки приобретает кратерообразные впячивания.

•  Конденсация ядерного хроматина под кариолеммой в виде полусфер и глыбок. В ядре обнаруживаются осмиофильные тельца, сформированные транскрипционными комплексами, поступающими из ядрышек. Ядро меняет свою форму, становится изрезанным, фрагментируется, ядерные поры концентрируются только в участках, где отсутствует маргинация хроматина.

•  Клетка в состоянии апоптоза становится объектом фагоцитоза для соседних парнехиматозных и стромальных клеток и, прежде всего, для макрофагов. Фагоцитоз происходит настолько быстро, что в условиях in vivo апоптозные клетки сохраняются лишь в течение нескольких минут, что затрудняет их наблюдение.

СРАВНИТЕЛЬНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА НЕКРОЗА И АПОПТОЗА

Некроз и апоптоз являются разновидностями смерти клеток в живом организме.

Отличия апоптоза от некроза связаны с различиями в их распространённости, генетическими, биохимическими, морфологическими и клиническими проявлениями. Существенным отличием апоптоза от некроза является то, что апоптоз распостраняется всегда только на отдельные клетки или их группы, в то время как некроз может захватывать территорию начиная от части клетки до целого органа.

Апоптоз возникает в клетках при определённых генетических перестройках, которые во многом ещё недостаточно изучены. При апоптозе усиливается экспрессия генов, контролирующих пролиферацию и дифференцировку клеток из группы клеточных онкогенов (c-fos, c-myc, c-bcl-2) и антионкогенов (p53). Активация клеточных онкогенов должна вести к усилению пролиферации клеток, однако при одновременной активации антионкогена р53 наступает апоптоз. Описанные взаимоотношения между генами демонстрируют возможность координации процессов пролиферации и гибели клеток, заложенной в генетическом аппарате клеток. В связи с тем, что взаимодействия между генами осуществляется посредством их белковых продуктов, в момент апоптоза в клетке усиливается белковый синтез. Ингибирование этого синтеза может предотвращать апоптоз.

Биохимические отличия апопотоза от некроза

В отличие от некроза разрушение ядра при апоптозе происходит с участием специальных кальций/магний-зависимых эндонуклеаз, расщепляющих молекулы ДНК в участках между нуклеосомами, что приводит к формированию однотипных по размерам фрагментов ДНК, что имеет и своё морфологическое выражение в виде особой структуры хроматина. В цитоплазме клетки, подвергшейся апоптозу никогда не наблюдается активации гидролитических ферментов, как это бывает при некрозе. Напротив, все органеллы долгое время остаются сохранными и подвергаются конденсации, что связывает с процессами сшивания белковых молекул трансглютаминазами, а также обезвоживания клеток за счёт действия особых селективных ферментных транспортных систем,регулирующих обмен ионов калия, натрия, хлора и воды. Морфологические отличия апоптоза от некроза касаются в основном ультраструктурных перестроек и наиболее достоверно выявляются специальными мофологическими методами.

НАРУШЕНИЯ РЕГУЛЯЦИИ АПОПТОЗА В ПАТОЛОГИИ И ЕГО КЛИНИЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ

Нарушение регуляции апоптоза приводит к возникновению дисбаланса между процессами митоза и гибели клеток в тканях, что воздействует на тканевой гомеостаз и обнаруживается при многих заболеваниях. Выделяют чререзмерный, недостаточный, незавершённый апоптоз.

•  Чрезмерный апоптоз. Приводит к чрезмерной клеточной гибели (ВИЧ-инфекция, фульминантные формы гепатитов В и С) или к атрофии (нейродегенеративные заболевания, хроническая ишемия миокарда).

•  Недостаточный апоптоз по отношению к уровню пролиферативных процессов. Наблюдается при гиперпластических процессах, опухолевом росте, аутоиммунных болезнях. Снижение уровня апоптоза в тканях способствует выживанию мутированных клеток и может способствовать развитию опухолей, что наблюдается при мутациях p53 и в гормонально-зависимых карциномах молочной железы, предстательной железы и яичника. Недостаточный апоптоз "запрещённых" клонов активированных по каким-либо причинам B-лимфоцитов, продуцирующих аутоантитела, может приводить к развитию аутоиммунных болезней.

•  Незавершённый апоптоз в связи с отсутствием фагоцитоза апоптозных телец. Наблюдается при раке лёгкого. Незавершённый характер апоптоза, без последующего фагоцитоза апоптозных телец, можно считать проявлением его патологии при опухолевом росте. Незавершённый апоптоз может являться мощным источником митогенетических факторов, стимулирующих пролиферацию живых опухолевых клеток. Таким образом, можно предположить, что незавершённый апоптоз в раке лёгкого с последующим аутолизом апоптозных телец может ещё в большей степени стимулировать рост опухоли.

Значение апоптоза для клиники велико, поскольку его развитие связано с большинством общепатологических процессов. Особое значение апоптоз имеет для появления атрофии, иммунопатологических процессов, воспаления и опухолевого роста. Примером апоптоза в условиях патологии могут служить процессы атрофии паренхимы органов после обтурации выводных протоков (атрофия поджелудочной и околоушной слюнной желёз) или мочеточников (атрофия почек при гидронефрозе). Апоптоз может развиваться при повреждающем действии вирусов на клетки. Например, при вирусных гепатитах отмечается апоптоз гепатоцитов - тельца Каунсильмена. Апоптоз клеток воспалительного инфильтрата наблюдается в очагах иммунного (лимфоциты) и гнойного (полиморфноядерные лейкоциты) воспаления. Гибель B- и T-лимфоцитов, а также смерть клеток-мишеней в ходе реакций клеточного иммунитета и отторжения трансплантата также происходит путём апоптоза. Апоптоз развивается в корковых клетках тимуса при воздействии кортикостероидных гормонов и формировании имуннологической толерантности. Большое значение апоптоз имеет при опухолевом росте и может быть искусственно усилен химиотерапевтическими и лучевыми воздействиями на опухоль.

ОСНОВНЫЕ ПРИЧИНЫ ГИБЕЛИ КЛЕТОК

СМЕРТЬ КЛЕТОК ПРИ ИШЕМИИ

Ишемия - снижение или полное прекращение кровообращения в органах. В зависимости от степени выраженности и продолжительности она вызывает развитие разных вариантов смерти клеток. При незначительной степени ишемии, а также в случаях её хронического течения, ишемизированные клетки подвергаются атрофии и апоптозу. При остро развивающейся выраженной ишемии в органах появляются различные варианты некроза (инфаркт, гангрена).

Ишемическая смерть клеток является наиболее часто встречающимся вариантом их гибели. Она закономерно развивается в органах и тканях при различных заболеваниях сердца и сосудов, цереброваскулярных заболеваниях, атеросклерозе, гипертонической болезни и васкулитах. Морфогенетическая особенность этого вида смерти клеток обусловлена тем, что разрушение ультраструктур начинается с повреждения митохондрий и приводит к энергетическому дефициту, активации анаэробного гликолиза, нарушению работы ионных помп и накоплению Са²⁺ в клетках, активации Са²⁺ зависимых фосфолипаз и протеаз, разрушающих мембраны.

СВОБОДНОРАДИКАЛЬНАЯ СМЕРТЬ КЛЕТОК

• Свободные радикалы - нестабильные, высокореактивные ионы или молекулы, имеющие неспаренный электрон во внешнем электронном слое. Образовавшись, они создают новые свободные радикалы, сами выступая в роли катализаторов этих реакций. Наиболее известные свободные радикалы представляют собой производные кислорода. К ним относятся супероксиданион-радикал (O₂^- ), пероксид водорода (H₂O₂) и гидроксильный радикал (OH^•).

Кислородные радикалы образуются в малых количествах в норме как побочный продукт клеточного дыхания. Однако, едва образовавшись, свободные радикалы в здоровой клетке связываются естественными антиоксидантами и нейтрализуются под действием защитных ферментов. Если эти физиологические защитные механизмы не срабатывают, то свободные радикалы накапливаются в клетке, достигая токсической концентрации. Кислородные радикалы также образуются лейкоцитами, которые используют эти реактивные молекулы для уничтожения бактерий.

Супероксиданион-радикал инактивируется под действием супероксиддисмутазы, а пероксид водорода - под действием каталазы и глутатионпероксидазы.

Свободные радикалы повреждают клетку перекисным окислением липидов (повреждение мембран), "сшиванием" белков (инактивация ферментов), разрывом молекул ДНК (нарушение транскрипции и появление мутаций).

СМЕРТЬ КЛЕТОК ПРИ ДЕЙСТВИИ ИОНИЗИРУЮЩЕЙ РАДИАЦИИ

Радиационное поражение может быть прямым и косвенным.

•  Прямое. Непосредственно повреждается ДНК, мембраны, другие структуры клетки.

•  Косвенное. Вызывает продукцию активных радикалов кислорода в поражённой клетке, которые являются токсичными, и повреждают радиоактивно поражённые и соседние клетки.

Радиационное поражение высокой силы обычно смертельно и приводит к гибели клеток путём некроза и апоптоза. В то время как низкоэнергетическое радиационное поражение может вызывать гибель клеток или мутации, которые могут приводить к злокачественному преобразованию.

Существует внешнее и внутреннее воздействие радиации на организм. Наибольшие трудности вызывает внутреннее облучение, когда радиоактивные вещества способны поступать в организм через лёгкие при дыхании, вместе с пищей, через повреждения и разрывы на теле и непосредственно проникая через здоровую кожу.

Попавшие в лёгкие радиоактивные частицы практически не выводятся из организма естественным путём, а оседают на внутренних поверхностях лёгочной ткани. В зависимости от размеров вдыхаемых ядерных частиц они могут поступать, а затем оседать и задерживаться в различных участках дыхательной системы. Осаждение частиц зависит от их диаметра. В полости носа задерживаются частицы диаметром более 50 мкм, трахее - 30-50 мкм, в бронхах - 10-30 мкм, в бронхиолах - 3-10 мкм, в альвеолах - 1-3 мкм, где могут захватываться и накапливаться альвеолярными макрофагами. Частицы, диаметр которых меньше 0,5 мкм, в лёгких практически не задерживаются.

Изотоп ¹³⁷Сs входит в состав частиц 5-25 мкм, ²³⁹Рu - 12 мкм. Это свидетельствует о том, что данные частицы оседают в основном в мелких бронхах и бронхиолах. Излучение приводит к разрыву ДНК. В респираторном эпителии, который характеризуется высокой активной пролиферацией, отчётливая реакция развивается в течение 2-3 нед от момента облучения. Признаки повреждения возникают лишь спустя месяцы или годы после облучения. В дополнении к молекулярным изменениям, существует отдельный воспалительный синдром. Он может быть инициирован высвобождением свободных радикалов, аналогично тому, который наблюдается при респираторном дистресс-синдроме взрослых (РДВС). Другой источник повреждения ткани при радиации представляют нейтрофилы, макрофаги и лимфоциты, которые поступают в интерстиций и альвеолярные пространства. Поражения кровеносных сосудов приводят к экссудации протеинов плазмы в экстраваскулярные зоны, и этот экссудат может инициировать фиброз. В этот процесс могут быть вовлечены цитокины. При помощи фибронектина и альвеолярного макрофагального фактора роста альвеолярные макрофаги и нейтрофилы являются важными клетками в индукции радиационного фиброза. Данные особенности локализации инициального повреждения лёгочных тканей при радионуклидных поражениях и лежат в основе развивающихся в лёгких патологических процессов. В случае мелких размеров частиц и повреждения слизистой мелких бронхов, бронхиол и альвеол возникают бронхиты, бронхиолиты и фиброзирующий альвеолит. Накопление радионуклидов в интерстиции, а также хроническое воспаление приводят к возникновению очагового и диффузного интерстициального пневмосклероза. В естественных условиях радионуклидные частицы имеют сложный состав и содержат не только радиоактивные элементы, но и пылевые частицы различной природы, что может приводить к сочетанному воздействию на лёгочную ткань - радиоактивному и пылевому. Развивающийся при этом фиброз также благоприятствует накоплению в лёгочной ткани радиоактивного материала, поскольку ведёт к нарушениям лимфо- и кровообращения в ней.