Text
                    УДК 616-092
ББК 52.5
М69
Рецензент профессор, заслуженный деятель науки РФ
Б.М. Сагалович
Федеральная программа книгоиздания России
Михайлов В.В.
М69 Основы патологической физиологии: Руководство для
врачей.— М.: Медицина, 2001.— 704 с. ISBN 5-225-04458-1
Руководство является систематическим изложением н обобщением
многочисленных исследований по основным проблемам патофизиологии.
Автор последовательно рассматривает основные разделы патофизиологии,
начиная с представаений о предболезнн, болезни и ее исходах, механиз-
мах развития, течения и завершения общепатологических процессов на
молекулярно-клеточном и других уровнях организации и кончая расшиф-
ровкой механизмов симптоматики и ее динамики на разных стадиях нозо-
логических форм заболеваний человека. При этом автор аппелирует к но-
вейшим достижениям в областях физиологии, гистологии, биохимии и
биофизики.
Для практикующих врачей, преподавателей патофизиологии и смеж-
ных дисциплин, аспирантов.
Mikhailov V.V.
Fundamentals of Pathological Physiology: Handbook foi
Physicians.— M.: Meditsina, 2001. ISBN 5-225-04458-1
The guide reviews many researches on basic problems of pathophysiology
Sections of pathophysiology are considered in terms of current knowledge it
physiology, histology, biochemistry and biophysics- premorbidity, morbidity an<
its outcomes, mechanisms of development, course and completion of genera
pathological processes on molecular-cellular and other levels of organization,
symptoms mechanisms and their development at different stages of human dis-
eases.
Readership, practitioners, teachers of pathophysiology and allied disciplines,
post-graduate students
ББК 52.5.
ISBN 5-225-04458-1
©B.B Михайлов, 2001
Все права автора защищены. Ни одна часть этого издания не может быть занесена
в память компьютера либо воспроизведена любым способом без предварительного
письменного разрешения издателя

ОГЛАВЛЕНИЕ 10 13 13 14 16 18 19 21 23 24 26 27 29 30 30 31 35 36 40 41 41 46 47 47 47 53 58 59 61 63 65 65 66 67 68 70 72 73 74 77 78 82 Предисловие.............................. Часть I Общая патофизиология Глава 1. Основы учения о здоровье, предболезни и болезни................................ 1.1. Содержание предмета патофизиологии.. 1.2. Жизнедеятельность организма в норме. 1.3. Общее учение о болезни (обшая нозология). 1.3.1. Обшая этиология................ 1.3.2. Внутренние причинные факторы... 1.3.3. Роль условий в происхождении болезни 1.3.4. Патогенез...................... 1.3.5. Общие механизмы патологических процессов ............................ 1.3.6. Формирование симптоматики болезни 1.3.7. Методы патологической физиологии. . Слисок литературы........................ Глава 2. Системы защиты организма........ 2.1. Барьерные механизмы................. 2.1.1. Гематоэпителиаяьные барьеры.... 2.1.2. Гематолимфатический барьер..... 2.1.3. Гистогематические барьеры...... 2.1.4. циркуляторно-органные барьеры .... Список литературы........................ 2.2. Параиммунитет....................... 2.2.1. Неспецифическая клеточная защита . . Список литературы........................ 2.3. Специфическая иммунная зашита....... 2.3.1. Антйген!^ ..................... 2.3.2. Антитела....................... 2.3.3. Реакции антиген—антитело....... 2.3.4. Иммунодефициты................. 2.3.5. Специфическая клеточная защита.... Список литературы........................ Глава 3. Типовые клеточные патологические процессы................................. 3.1. Обшая характеристика................ 3.2. Транспорт патогенных факторов в клетку. .. 3.3. Типовые нарушения клеточной защиты .... 3.3.1. Образование свободных радикалов и антиоксидантная защита................ 3.4. Повреждение клетки.................. 3.4.1. Острое повреждение клетки...... 3.4.2. Хроническое повреждение........ 3.4.3. Патохимические проявления повреж- дения клетки.......................... 3.5. Повреждение цитоплазматической мембраны 3.5.1. Нарушение трансмембранного транс- порта................................. 3 5.2. Нарушение рецепторной функции мембран .............................. 3.6. Функции органелл в поврежденной клетке. . 83 3.6.1. Митохондрии.................... 83 3.6.2. Лизосомы....................... 84 3.6.3. Эндоплазматическая сеть........ 85 3.6.4. Секреторный аппарат (комплекс Голь- джи) ................................. 86 3.6.5. Пероксисомы.................... 86 3.7. Цитозоль поврежденной клетки......... 87 3.8. Ядро поврежденной клетки, типовые нару- шения .................................... 88 3.8.1. Дефекты клеточного цикла и механиз- мы репарации..................... 88 Список литературы......................... 92 Глава 4. Типовые патологические процессы при общих нарушениях обмена веществ....... 94 4.1. Обшая характеристика тканевого дыхания . . 94 4.2. Типовые нарушения механизма компенса- ции недостаточности тканевого дыхания ... 96 4.2.1. Системная и клеточная компенсация при гипоксии..................... 97 4.2.2. Виды гипоксии................. 100 4.2.3. Патофизиологическое обоснование методов повышения устойчивости к гипоксии...................... 105 Список литературы........................ 107 Глава 5. Патология углеводного обмена.... 108 5.1. Обшая характеристика углеводного обмена 108 5.1.1. Фун кции моносахаридов........ 108 5.1.2. Функции полисахаридов и их комп- лексных соединений................... 109 5.2. Дефекты энергетического использования углеводов.................................. Ш 5.3. Нарушение утилизации моносахаридов ... 112 5.4. Врожденные нарушения утилизации моно- сахаридов................................. ИЗ 5.5. Мукополисахаридозы................. 116 5.5.1. Приобретенные нарушения утилиза- ции глюкозы........................... Ц7 Список литературы........................ 128 Глава 6. Патология жирового обмена....... 129 6.1. Общая характеристика жирового обмена .. 129 6.2. Дефекты энергетического использования жиров................................ 129 6.3. Алиментарные факторы в нарушении ути- лизации жиров ........................... 130 6.3.1. Липиды плазмы крови........... 132 6.3.2. Синтез заменимых жирных кислот.. . 132 6.3.3. Метаболизирование хиломикронов . . 133 6.3.4. Метаболизирование ЛПОНП....... 133 6.3.5. Метаболизирование свободных жир- ных кислот...................... 134
6 3. 6. Карнитиндефинитная гиперлипиде- мия ... .... . . 135 6 3. 7. Гормональная гиперлипидемия .. 135 6.3. 8. Внутриклеточное метаболизирование транспортных форм липопротеидов. . 135 6.3. 9. Гилерлипопротеидемии .... 138 6.3.10. Врожденная недостаточность синтеза эфиров липидов. ..................... 142 6.3.Ц. Ожирение..................... 142 Список литературы. 149 Глава 7. Патология белкового обмена ... 150 7.1. Обшая характеристика белкового обмена . . 150 7 2. Дисбаланс нишевых белков... . . 150 7.3. Белково-энергетическая недостаточность. . . 152 7.3.1. Острое полное голодание. ... . . 152 7.3.2. Частичное голодание .... 157 7.4. Недостаточность растепления и всасывания белков в кишечнике 158 7.5 Типовые нарушения синтеза сывороточных белков.................................. 159 7.6. Диспротеинемии.......................162 7-7. Типовые нарушения внутриклеточного об- мена белков .......... ... . ..163 7.8. Пуриновый обмен......................165 Список литературы.........................166 Глава 8. Патология обмена витаминов. ... J67 8.1. Обшая характеристика обмена витаминов 167 8.2. Антиоксидантная группа витаминов.....167 8.2.1. Витамин Е. ............. 167 8.2.2. Витамин С . . . . 169 8.2.3. Витамин А.............. 170 8.2.4. Витамин К...............173 8-3. Коферментная группа витаминов........173 8.3.1. Витамин Bi...............173 8-3.2. Витамин Bi . 174 8.3.3. Витамин В5 ............ .175 8 3.4. Витамин Вб 175 8.3.5. Фолиевая кислота ... ... 176 8.3.6. Витамин В12 .... . 176 8.3.7. Витамин Вт................ .... 177 8.3.8. Никотиновая кислота............178 8.4 Гормоноподобная группа витаминов . . . 179 8.4.1. Витамин D......................179 Список литературы........................ 182 Глава 9. Патология обмена незаменимых микро- элементов................................184 9.1. Обшая характеристика обмена микроэле- ментов ........................................ 184 9.1.1. Железо.............................. 184 9.1.2. Цинк. ... 186 9.1.3. Кремний..............................186 9.1.4. Марганец........................... 187 9.1.5. Медь.................................187 9.1.6. Магний...............................188 9-1-7. Селен......... 189 9.1.8. Хром.................................189 9.1.9. Молибден............................ 190 9.1.10. Фтор........................... 190 Список литературы.......................... 191 Глава 10. Типовые нарушения водно-электро- литного обмена............................. 192 10.1. Обшая характеристика водно-электролит- ного обмена................................ 192 10.1 1. Регуляция водно-электролитного гомеостаза........................... 193 10.2. Нарушения объемного гомеостаза...... 195 10.3. Нарушения внеклеточного осмотического гомеостаза................................. 198 10.4. Нарушения внутриклеточного осмотичес- кого гомеостаза............................ 199 10.5. Местные нарушения вне- и внутриклеточ- ного объемного и осмотического гомео- стаза ..................................... 203 10.6. Типовые нарушения обмена кальция .... 204 10.7. Типовые нарушения обмена фосфора.... 206 Список литературы.......................... 207 Глава 11. Типовые нарушения кислотно-основ- ного состояния............................. 209 11.1. Обшая характеристика кислотно-основно- го состояния организма.................. 209 11.1.1. Типовые нарушения pH цитоплаз- мы........................... 209 11.1.2. Типовые нарушения внеклеточных буферных систем.................... 210 11.1.3. Дисфункция буферных систем . . . 212 Список литературы....................... 222 Глава 12. Неснецифическое острое воспаление 223 12.1. Обшая характеристика воспаления..... 223 12.2. Соединительная ткань в процессе воспале- ния ..................................... 224 12.2.1. Структура и функции соединитель- ной ткани............................ 224 12 3. Противовоспалительная защита...... 229 12.4. Медиаторы воспаления................... 232 12.5. Системные проявления острого воспаления 239 12.6. Динамика местного острого воспаления . . 240 12.7. Хроническое воспаление................. 246 Список литературы............................ 247 Глава 13. Лихорадка.......................... 249 Список литературы............................ 253 Глава 14. Типовые нарушения регенерации . . . 254 14-1. Обшая характеристика процессов регене- рации ............................... 254 14.2. Неспецифические внутриклеточные регу- ляторы клеточной регенерации......... 256 14.3. Неспецифическая надклеточная регуляция клеточной регенерации................ 256 14-4. Специфические регуляторы клеточной ре- генерации............................ 258 14-4.1. Репаративная регенерация.... 258 Список литературы............................ 262 6
Глава 15. Малигнизация клеток. Опухолевая болезнь ..................................... 264 15.1. Общая характеристика процессов малиг- низации.................................. 264 15.2. Химический канцерогенез.................266 15.3. Физический канцерогенез.................268 15.4. Вирусный канцерогенез...................269 15.5. Особенности малигнизированных клеток . . 270 15.6. «Самозащита» малигнизированных клеток 275 15.7. Противоопухолевая защита организма .... 275 15.8. Опухолевая болезнь......................276 Список литературы.............................279 Глава 16. Боль................................281 16.1. Общая характеристика боли...............281 16.2. Алгогенные факторы......................281 16.2.1. Механизмы действия алгогенных факторов............................. 282 16.3. Рецепторы болевой чувствительности (ноцицепторы)............................ 283 16.4. Проводящие пути.........................284 16.5. Медиаторы ноцицептивной системы.....285 16.6. Антиноцицептивная система...............286 16.6.1. Специфическая рецепция опиоид- ных пептидов......................... 288 16.6.2. Механизмы действия опиоидных пептидов в ЦНС....................... 289 16.6.3. Опосредованное действие опиоид- ных пептидов......................... 290 16.7. Острая боль.............................291 16.7.1. Периферическая мышечная боль 291 16.7.2. Висцеральная боль................ 292 16.7.3. Невралгия........................ 293 16.8. Хроническая боль.....;..................294 Список литературы.............................295 Глава 17. Стресс..............................297 17.1. Острый физиологический стресс...........299 17.2. Хронический физиологический стресс .... 300 17.3. Патологический стресс...................303 17.3.1 Исходы патологического стресса. . 307 Список литературы.............................309 Глава 18. Типовые нарушения иммунитета....310 18.1. Гиперчувствительность немедленного типа 310 18.1.1. Анафилаксия..................... 311 18.1.2. Функциональное значение клеток- мишеней в иммунных поврежде- ниях ................................ 312 18.1.3. Медиаторы аллергии немедленного типа................................. 313 18.1.4. Гипосенсибилизация при анафи- лаксии............................... 316 18.1.2. Атопия........................... 317 18.1.3. Тестирование гиперчувствитель- ности немедленного типа............... 318 18.1.4. Псевдоаллергические реакции. ... 319 18.1.5. Аутоиммунные повреждения орга- низма ............................... 319 18.1.6. Истинная иммунная аутоагрессия 319 18.1.7. Ложная иммунная аутоагрессия . . 320 18.1.8. Болезни иммунных комплексов . . 321 18.2. Гиперчувствительность замедленного типа (ГЗТ) .................................. 323 18.2.1. Тестирование замедленной аллер- гии .......................... 325 18.3. Трансплантационная иммунопатология . . 326 18.3.1. Виды отторжения трансплантата. . 326 18.3.2. Пересадка аутологичных транс- плантатов .......................... 327 Список литературы........................ 328 Глава 19. Инфекционный процесс........... 329 Список литературы........................ 341 Глава 20. Радиационное повреждение....... 343 20.1. Биологическое действие неионизирующего и ионизирующего излучения...... 343 20.2. Стадии лучевого поражения кожи..... 351 Список литературы........................ 351 Глава 21. Повреждающее действие высоких и низких температур...................... 352 21.1. Источники тепла в организме........ 352 21.2. Теплоотдача........................ 354 21.3. Температурный анализатор........... 354 21.4. Эфферентные звенья терморегуляции.... 356 21.5. Типовые нарушения теплового баланса в организме............................. 357 21.6. Ожоговая болезнь................... 360 Список литературы........................ 364 Часть II Частная патофизиология................... 365 Глава 22. Система крови.................. 367 22.1. Красная кровь...................... 367 22.1.1. Реактивные изменения эритропоэза 369 22.1.2. Причины гемолитических анемий 373 22.1.3. Энзимопатические гемолитические анемии.............................. 373 22.1.4. Органические повреждения клеток эритроидного ряда................... 375 22.1.5. Экстракорпускулярные гемолити- ческие анемии....................... 376 22.1.6. Острая кровопотеря.......... 377 22.1.7. Хроническая кровопотеря..... 378 22.1.8. Возрастные и функциональные изменения эритропоэза............... 379 22.2. Белая кровь........................ 380 22.2.1. Пул миелоидных клеток.... 380 22.2.2. Пул агранулоцитов........... 388 22.2.3. Пул лимфоидных клеток....... 391 22 2.4. Пул тромбоцитов.......... 393 22.2.5. Лейкозы..................... 396 22 2.6. Гемостаз................. 404 Список литературы........................ 420 Глава 23. Сердечно-сосудистая система.... 422 23.1. Нарушения автоматизма сердца....... 424 7
23.1.1. Внесердечные аритмогенные фак- торы ............................... 424 23.1.2. Внутрисосудистые аритмогенные факторы............................. 426 23.1.3. Номотопные аритмии.......... 427 23.1.4. Гетеротопные аритмии........ 430 23.2. Сердечная недостаточность..........431 23.2.1. Симпатические влияния на сердце 432 23.2.2. Парасимпатические влияния на сердце.............................. 433 23.2.3. Адаптация к нагрузкам неповреж- денного сердца...................... 433 23.2.4. Адаптация к нагрузкам повреж- денного сердца...................... 436 23.3. Миокардит..........................440 23.4. Тампонада сердца...................442 23.5. Венечное кровообращение............444 23.5.1. Регуляция и нарушения венечного кровотока........................... 445 23.6. Механизмы повреждения сосудистой сис- темы.....................................459 23.6.1. Механизмы быстрой регуляции артериального давления.............. 462 23.6.2. Механизмы долгосрочной регуля- ции артериального давления.......... 467 23.7. Система микроциркуляции............469 23.7.1. Функции эндотелия сосудов... 470 23.7.2. Комбинированные повреждения артериальных сосудов................ 474 23.7.3. Артериальная гипертензия.... 477 23.7.3.1. Алиментарные факторы в патогенезе артериальной гипертензии.................. 478 23.7.3.2. Дезинтеграция сердечно- сосудистой системы в па- тогенезе артериальной ги- пертензии.................... 478 23.8. Атеросклероз.......................482 23.8.1. Эндотелиальный фактор в атероге- незе................................ 483 23.8.2. Липопротеидный фактор в атеро- генезе.............................. 483 23.8.3. Нарушения регуляции обмена липопротеидов....................... 486 23. 9. Патология лимфатической системы .... 489 23.10. Патология венозной системы........490 Глава 24. Дыхательная система.......... 492 24.1. Внешнее дыхание....................492 24.1.1. Нарушения нервной регуляции внешнего дыхания.................... 495 24.1.2. Дыхательная недостаточность .... 497 24.2. Бронхиальная астма.................501 24.3. Асфиксический синдром..............503 24.4. Рестриктивная недостаточность дыхания . . 503 24.5. Отек легких....................... 506 24.6. Патология плевры...................512 Глава 25. Система пищеварения............515 25.1. Пищеварение в ротовой полости......515 25.1.1. Барьерная функция слизистой оболочки полости рта................ 517 25.1.2. Специфическая защита слизистой оболочки полости рта................. 519 25.1.3. Механизмы повреждений слизис- той оболочки полости рта............ 520 25.1.4. Слюнные железы.............. 524 25.2. Жевание............................ 534 25.3. Глотание........................... 540 25.3.1. Механизмы развития и виды дис- фагий .............................. 541 25.4. Пищеварительный транспортный конвейер 543 25.4.1. Пищеварение в желудке....... 544 25.4.2. Пищеварение в кишечнике..... 561 25.4.3. Острый перитонит............ 572 25.4.4. Оперированная тонкая кишка. . . . 572 25.4.5. Пищеварение в толстой кишке . . . 573 25.5. Поджелудочная железа............... 580 25.5.1. Внешнесекреторная функция поджелудочной железы................ 580 25.5.2. Типовые нарушения внешнесекре- торной функции поджелудочной железы.............................. 582 25.5.3. Панкреатит.................. 584 25.6. Печень............................. 587 25.6.1. Функции гепатоцитов......... 588 25.6.2. Защита гепатоцитов. . Л..... 590 25.6.3. Типовые нарушения функций гепатоцитов......................... 595 25.6.4. Гепатит..................... 599 25.6.5. Печеночная недостаточность.. 601 25.6.6. Генетические дефекты функций печени.............................. 603 25.6.7. Регенерация печени.......... 603 25.6.8. Желтуха..................... 603 25.6.9. Желчевыводящие пути......... 605 Глава 26. Выделительная система...... 609 26.1. Структура и функции почек.......... 609 26.2. Типовые повреждения нефрона........ 611 26.3. Типовые нарушения функций почек.... 619 26.4. Почечная недостаточность........... 622 26.5. Мочевыводящие пути................. 626 26.5.1. Мочеточники................. 627 26.5.2. Мочевой пузырь.............. 628 Глава 27. Опорио-двигательная система.... 631 27. 1. Костная ткань скелета............. 631 27. 2. Регуляция активности остеогенных клеток 634 27. 3. Типовые нарушения опорно-двигатель- ного аппарата...................... 636 27. 4. Компенсационная перестройка кости . . . 638 27. 5. Искусственная активация репаративного остеогенеза........................ 640 27. 6. Остеопатии........................ 640 27. 7. Артропатии........................ 644 27. 8. Типовые нарушения суставов........ 646 27. 9. Артрит............................ 649 27.10. Скелетные мышцы................... 650 27.10.1. Механизм сокращения скелет- ной мышцы........................... 652 27.10.2. Адаптация скелетных мышц к режиму работы...................... 655 8
27.10.3. Типовые нарушения скелетных мышц.............................. 656 27.10.4. Нарушения нервно-мышечной передачи возбуждения и нейро- трофических влияний............... 665 Глава 28. Эндокринная система...........668 28.1. Общая характеристика гормонов.....668 28.2. Системная организация нейроэндокрин- ной системы............................ 670 28.3. Типовые нарушения функций эндокрин- ных клеток............................. 670 28.4. Гипофиз...........................671 28.4.1. Типовые нарушения функций аденогипофиза...................... 671 28.4.2. Типовые нарушения функций зад- ней доли гипофиза (нейрогипофиз) 673 28.5. Эпифиз (шишковидная железа).......675 28.6. Паращитовидные железы.............675 28.7. Корковое вещество надпочечников....678
28. 8. Щитовидная железа............... 683 28.8.1. Типовые нарушения функций щитовидной железы.................. 684 28. 9. Женская репродуктивная система... 686 28.9.1 . Гормональная регуляция менстру- ального цикла...................... 690 28.9.2 . Гормональная дисфункция у женщин........................... 690 28.10. Мужская репродуктивная система.... 694 28.10.1. Регуляция репродуктивной функции мужского организма 694 28.10.2. Типовые нарушения функций яичек и придатков................. 698 28.11. Дисфункция гипоталамо-гипофизарно- гонадной системы у мужчин............... 699 28.12. Типовые нарушения функций предста- тельной железы.......................... 700 28.13. Врожденная дисфункция гормональной регуляции репродуктивной функции у мужчин................................ 702
ПРЕДИСЛОВИЕ Современный этап развития медицины характеризуется широ- ким внедрением в лечебную практику сложных методов функцио- нальной и биохимической диагностики, применением высокоэф- фективных фармакологических препаратов, высокотехнологичных хирургических вмешательств и ряда других прогрессивных нововве- дений. В основе развития медицины и ее важнейшей теоретической части патофизиологии лежит интеграция их с биологией, теорети- ческой и прикладной физикой, химией, электроникой и другими специальностями, содержание которых в той или иной степени ис- пользуется научной и практической медициной. Это использование требует сложной, многопрофильной модернизации теоретической подготовки не только студентов, но прежде всего преподавателей высших медицинских учебных заведений, а также врачей различной профилизации. Одним из аспектов модернизации медицинского образования является углубленное изучение патофизиологии. Поэтому возникла острая необходимость в издании обобщающе- го учебного пособия по патофизиологии, читатели которого были бы ознакомлены с современными мировыми теоретическими на- правлениями в данной науке, чтобы использовать их в дальнейшем в своей практической деятельности. В этом отношении патофизио- логия должна выполнять роль, сопоставимую со значением матема- тики в техническом образовании. В настоящем издании проанализированы и систематизированы результаты многочисленных исследований по основным проблемам общей патофизиологии, опубликованные в русской и зарубежной медико-биологической периодической печати, тематических изда- ниях и в монографической литературе. Все материалы данного ру- ководства дислоцированы по логичному и наиболее доступному для понимания принципу: норма — адаптация — повреждение — ком- пенсация — предболезнь — болезнь — исходы болезни. При этом оказался необходимым и уместным интегративный анализ клини- ческой, физиологической, биохимической и биофизической лите- ратуры в аспектах общей патофизиологии. Он позволил объективно представить читателю сложность проблемы норма — патология и наметить ориентиры в осмыслении природы функциональных из- менений и нарушений обменных процессов в условиях жизнедея- тельности организма в состоянии внешнего и внутреннего диском- форта. При написании руководства были использованы многочисленные источники, что вынудило ограничить объем библиографических раз- делов. Для читателей, желающих получить частные сведения по изу- чаемым проблемам, каждая глава книги снабжена списком обзорной и тематической отечественной и иностранной литературы последне- го десятилетия, в которой можно найти обширную библиографию по затронутым вопросам, не ограниченную сроками изданий. Руководство предназначено преподавателям патофизиологии и смежных дисциплин, аспирантам, студентам высших учебных ме- дицинских заведений, а также практическим врачам, желающим уг- лубить свои знания по обшей и частной патофизиологии. Автор
Часть I Общая патофизиология
Глава 1 ОСНОВЫ УЧЕНИЯ О ЗДОРОВЬЕ, ПРЕДБОЛЕЗНИИ БОЛЕЗНИ 1.1. СОДЕРЖАНИЕ ПРЕДМЕТА ПАТОФИЗИОЛОГИИ Патофизиология — фундаментальная теорети- ческая медицинская дисциплина, изучающая причины и функциональные аспекты меха- низмов развития болезней организма как це- лого в динамике его взаимодействия с внеш- ней средой. Патофизиология подразделяется на общую и частную. Общая патофизиология исследует закономерности причин болезней, типовые механизмы нарушения функции ор- ганов и тканей вне зависимости от их приро- ды и локализации в организме. Частная па- тофизиология устанавливает типовые и специ- фические механизмы повреждений и восста- новления функции отдельных органов и/или тканей при воздействии патогенных факто- ров. Общая и частная патофизиология лежат в основе теории практической медицины — разработки и внедрения методов профилакти- ки, диагностики и лечения заболеваний. В плане разработки фундаментальных тео- ретических проблем патофизиология интег- рируется с патоморфологией и патохимией, так как все эти дисциплины являются состав- ными частями единого предмета — общей па- тологии. Патофизиологические исследования про- водятся на субклеточном, клеточном, ткане- вом, органном, системном и биоценотичес- ком уровнях с использованием функциональ- ных, биохимических, биофизических, имму- нологических и морфологических методов. Применение их для обследования больных (в основном в лабораториях функциональной диагностики) составляет сущность клиничес- кой, а в экспериментах по моделированию болезней на животных — экспериментальной патофизиологии. Фундаментальное направление в патофизи- ологии связано с изучением групповых и ви- довых характеристик факторов, вызывающих повреждение организма, механизмов их аль- терирующего действия на молекулярном, кле- точном, тканевом, органном и системном уровнях, способов неспецифической и специ- фической защиты, а также механизмов адап- тации и компенсации при повреждениях. Фундаментальное направление в патофизио- логии формирует современные теории болез- ней человека, устанавливает общие и частные закономерности развития, течения и исходов заболеваний. Прикладное направление в патофизиологии способствует формированию клинического мышления врача, правильной диагностике и адекватному лечению. Выделяют три ключе- вых звена, составляющих сущность приклад- ной патофизиологии. • Анализ симптомов болезни как элементов патофизиологических процессов на разных уровнях организации, что позволяет по- нять причину и вероятную динамику забо- левания, выбрать способ и средства лече- ния и прогнозировать исход болезни. • Научное обоснование выбора методов функциональной и биохимической диа- гностики; анализ результатов лаборатор- ных исследований с целью выявления сис- темных метаболических нарушений. • Обоснование выбора методов усиления за- щитных и компенсаторных механизмов, противостоящих действию патогенных факторов, что лежит в основе этиотроп- ной, патогенетической, симптоматической и отвлекающей терапии. Фундаментальное и прикладное направле- ние в патофизиологии нуждается в четком разграничении понятий «норма» и «болезнь». Для этого необходимо определить минимум признаков, свойственных здоровым людям, независимо от индивидуальных различий между ними, и комплекса общих признаков, характерных для больных людей. Для завер- шения анализа патогенеза необходимы сведе- ния о параметрах среды обитания здоровых и больных людей. 13
1.2. ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТЬ ОРГАНИЗМА В НОРМЕ Для нормальной жизнедеятельности необхо- димы оптимальные параметры среды — ком- фортные условия температуры, влажности, РСО2, РО2 и др. В то же время необходимым условием «свободной жизни», согласно опре- делению К. Бернара, является относительное постоянство показателей внутренних сред ор- ганизма — pH, электролитный состав и др. В процессе жизнедеятельности осуществляет- ся динамическая регуляция этих показателей. Патофизиологический анализ интегрирует классические аналитические методы — экспе- риментальные, модельные, сравнительные и др. Согласно системной концепции, в пато- физиологии должны подвергаться анализу го- ризонтальные и вертикальные связи структур в системах организма, которые в обобщенном виде представляют собой саморегулирующую- ся систему чрезвычайной сложности, находя- щуюся в состоянии устойчивого неравнове- сия. Это состояние определяется главным об- разом характером метаболизма в узловых (критических) фрагментах обменных процес- сов, концентрация метаболитов в которых из- меняется при повышении или снижении сродства соответствующих ферментов к мета- болизируемым субстратам. Это оказывает су- щественное влияние на эффективную кине- тику реакций обмена. Энзимы относятся к насыщаемым продуктам, и скорость транс- формации метаболитов в биохимических ре- акциях находится в прямой зависимости от скорости накопления конечных метаболитов (отрицательная обратная связь). Увеличение конечного продукта ведет к возрастанию кон- центрации всех промежуточных продуктов и угнетению их дальнейшего образования. В системах, где сродство энзима к расщепляе- мому продукту более высокое, образование конечных продуктов оказывает большее тор- мозное действие на активность энзимов. На внешнее воздействие метаболическая система отвечает изменением градиента энергии, ко- торый затем активно восстанавливается (свойство возбудимости). Характерными свойствами организма как живой системы яв- ляются строжайший автоматизм согласования скоростей и взаимодействие отдельных про- цессов, их самонастройка на наивыгодней- ший режим работы в данный временной ин- тервал. Это достигается при участии двух видов управления — централизованного и автономного. Централизованное управление осуществляется путем поступления всей ин- формации в центральный орган — ЦНС, где она подвергается анализу, направленному на формирование оптимального варианта изме- нений деятельности регулируемых структур в каждом конкретном случае существования организма во взаимодействии с внешней сре- дой. Автономное управление осуществляется главным образом висцеральной сервосисте- мой, представленной подкорковыми нервны- ми центрами (гипоталамусом и др.). Этот вид управления обеспечивает оптимальный уро- вень активности внутренних органов, состава внутренних сред, обмена веществ. Оптимизации центрального и автономного управления на всех уровнях организации спо- собствует архитектоника органов и тканей. В основе структуры любой ткани или органа лежит функциональный элемент — комплекс- ная микросистема, состоящая из специализи- рованных (нейроны, гепатоциты и др.) и не- специализированных (фибробласты и др.) клеток, внеклеточных образований (основное вещество, коллагеновые и эластиновые во- локна). Эти компоненты располагаются во- круг микроциркуляторной единицы: артерио- ла—капилляр—венула—лимфатический сосуд. Совокупность функциональных элементов составляют орган, ткань и организм в целом. Из функциональных элементов формируются физиологические системы на разных уровнях организации. Органная и тканевая физиологические системы характеризуются дискретностью ак- тивности отдельных функциональных эле- ментов, высокой степенью устойчивости к утомлению и жестким регулированием тро- фических процессов. Межорганная физиоло- гическая система представляет собой сопод- чиненную комплементарную совокупность органов и/или тканей, используемую в про- цессе жизнедеятельности организма как цело- го в условиях внешнего и внутреннего ком- форта. Дискретность в активности функцио- нальных элементов межорганной физиологи- ческой системы создает высокую устойчи- вость к утомлению. Функциональное управление на всех уров- нях организации связано с изменениями ме- таболизма. Обменные реакции относительно просты и выражаются обычными химически- ми формулами, но связь между ними сложна, так как в организме одновременно протекают многочисленные химические процессы. Не- обходимым условием для нормального тече- ния химических реакций является оптималь- ный состав внутренних сред (гомеостаз). Состав внутренних сред характеризуется наличием жестких и относительно пластич- 14
ных показателей. Жесткие показатели (осмо- тическое давление, pH) обладают минималь- ным диапазоном отклонений. Пластичные показатели подвержены достаточно большим отклонениям, зачастую они имеют приспосо- бительное значение (например, небольшое повышение температуры оболочки тела уско- ряет обменные процессы). Сами по себе от- клонения от оптимального для метаболизма уровня мобилизуют механизм возврата пока- зателя к исходному уровню и стабилизацию состояния внутренних сред и метаболических процессов. В практической медицине вместо понятия обобщенной нормы (здоровья) чаще делают попытки использовать отдельные признаки, характеризующие, нередко субъективно, функции организма как целого. Например, фенотип, работоспособность, температура, АД и др. Определения такого рода далеко не безупречны. Генетическая норма характеризует струк- турную, функциональную и биохимическую идентичность людей. Вместе с тем генетичес- кое нормирование не отличается достаточной точностью, поскольку могут быть учтены только грубые качественные и полностью вы- падают количественные различия между людьми. Статистическая норма заключается в полу- чении расчетной средней идеально типичной величины (медианы) показателей с соответст- вующими отклонениями. Этот подход к опре- делению нормы имеет по крайней мере два недостатка: во-первых, не позволяет сопо- ставлять изучаемые показатели, во-вторых, нивелирует разницу между нормальными и патологическими показателями. Социальная норма отражает психическую и социальную жизнь человека, его вписанность в общественную и производственную деятель- ность, которая в различно организованных обществах имеет свои особенности и, таким образом, не может быть сведена к какой-либо измеряемой величине. Норма представляет собой биологическое, а не социальное явление. Поэтому определе- ние нормы, как указано выше, необходимо основывать на биологических (в патофизио- логии — на функциональных) тестах. Общепринято, что норма — жизнедеятель- ность организма в условиях сохранения опти- мального уровня показателей гомеостаза при взаимодействии с внешней средой. Для нормы характерно не только адекватное при- способление организма к условиям внешней среды, но и соподчиненная комплементарная деятельность систем при минимальных энер- гетических затратах, полноценном внутрисис- темном контроле, дискретности функциони- рования отдельных функциональных элемен- тов. Это обеспечивается высокой степенью надежности функции основных и дублирую- щих механизмов регуляции, допускающих ко- лебания уровня физиологических и обменных процессов в пределах частичного использова- ния запасов мощности структур на всех уров- нях организации индивида. Определение нормы необходимо корриги- ровать возрастным фактором. В детском воз- расте параметры нормы определяются степе- нью созревания регуляторных систем орга- низма. Например, в раннем постнатальном периоде недоразвитие системы иммунитета наделяет организм ребенка высокой чувстви- тельностью к количественным и качествен- ным изменениям внешней и внутренней среды, что отражается на параметрах нормы. В пубертатном возрасте на параметры нормы оказывает доминирующее влияние перестрой- ка нейроэндокринной системы, в зрелом воз- расте все большее значение приобретает фак- тор старения. При старении возникает про- грессирующая утрата способности организма использовать всю мощность механизмов регу- ляции в результате ограничения переработки сигналов из внешней и внутренней среды на клеточном уровне. Старение протекает в трех видах — инволюционном, дегенерационном и реактивном. Инволюционное старение обусловлено за- ложенной в генах программой старения кле- ток после окончания репродуктивного перио- да и накопления «ошибок» при копировании матрицы ДНК, что ведет к усилению мутаций и ограничению возможности восстановления ДНК. Дегенерационное старение начинается с момента рождения с изменений физико-хи- мических свойств коллоидов и накопления в организме продуктов метаболизма. В дегене- рационном периоде старения важную роль выполняют вторичные механизмы в виде на- рушений метаболизма и вследствие этого функционального состояния клеток (сахар- ный диабет, снижение почечной функции, нарушение иммунитета и др.). Реактивное старение связано с воздейст- вием на клетки функционально-механичес- ких факторов и проявляется в форме дегене- ративно-реактивных или инволюционно-ре- активных нарушений. В ходе старения изме- няется хеморецепция дифференцированных клеток — блокируется восприятие кортико- стероидов, инсулина и особенно половых гормонов, что способствует развитию дис- 15
трофии и малигнизации. В тканях и органах при всех видах старения отмечается развитие клеточного и внеклеточного компонентов. Клеточный компонент старения заключается в прогрессирующей возрастной частичной утрате длительно существующих клеток (мозг, почки, печень), что приводит к огра- ничению резервной мощности соответствую- щих органов. Внеклеточный компонент представлен изменениями функции соедини- тельной ткани. Существенно, что норма ста- реющего организма характеризуется иными количественными показателями по сравне- нию с показателями нормы для молодого че- ловека главным образом из-за ограничения мощности механизмов регуляции на всех уровнях организации. 1.3. ОБЩЕЕ УЧЕНИЕ О БОЛЕЗНИ (ОБЩАЯ НОЗОЛОГИЯ) Жизнедеятельность может существенно нару- шаться при создании внешнего и/или внут- реннего дискомфорта. Количественные и ка- чественные изменения параметров внешней среды нередко могут отклоняться от нормы до таких уровней, когда уравновешивание ор- ганизма с внешней средой обеспечивается лишь за счет включения дублирующих (ре- зервных) механизмов регуляции с выражен- ным напряжением и наклонностью к утомле- нию (срыву). Если происходит срыв регуля- ции, то нарушения жизнедеятельности при- обретают новые количественные и качествен- ные характеристики. В основе нарушений жизнедеятельности лежит изменение меха- низмов центральный и вегетативной регуля- ции. Сама жизнь в условиях резкого ограни- чения внешнего и/или внутреннего комфорта начинает определяться степенью исчерпыва- ния врожденных и приобретенных ресурсов, участвующих в механизмах нейтрализации повреждающих влияний. В связи с необходи- мостью разграничения интенсивности по- вреждающих влияний и степени их выражен- ности в нозологию введены понятия «предбо- лезнь» и «болезнь». Предболезнь — жизнедеятельность организ- ма при таких изменениях параметров внешней и внутренней среды, в пределах которых со- хранение гомеостаза достигается за счет моби- лизации резервов основных и дублирующих механизмов регуляции. При переходе состоя- ния нормы в предболезнь чрезмерное напря- жение механизмов регулирования ведет к ог- раничению приспособления организма к из- менениям внешней и внутренней среды. Состоянию предболезни свойственно воз- растание энергетических затрат при соподчи- ненной, комплементарной деятельности сис- тем организма на фоне еще сохранившегося внутрисистемного контроля, но уже при уменьшении степени дискретности функцио- нирования отдельных элементов и надежнос- ти их работы. При длительности и относи- тельной стабильности действия факторов, вы- зывающих состояние предболезни, обычно активируются процессы адаптации, направ- ленные на увеличение мощности регулирую- щих механизмов за счет возрастания продук- ции ферментов, органелл и других компонен- тов в клетках органов, участвующих в патоло- гическом процессе. При чрезмерном патогенном воздействии факторов внешней среды и эндогенных нару- шений гомеостаза, связанных с различными структурно-организационными деструкция- ми, развивается недостаточность механизмов обеспечения оптимальных взаимоотношений организма с внешней средой. В этих условиях возникает острый или хронический переход состояния предболезни в болезнь. Болезнь — жизнедеятельность организма при чрезмерных повреждающих изменениях параметров внешней и внутренней среды, при которых возникает недостаточность поддер- жания гомеостаза за счет перенапряжения ос- новных и дублирующих механизмов регуля- ции. Для состояния болезни характерно появ- ление функциональных отклонений от нормы, неадекватных ответов организма на раздражитель, даже адекватный, развитие раз- личных нарушений на всех уровнях организа- ции — молекулярно-клеточном, тканевом, органном, системном. Помимо возникнове- ния более или менее стойких нарушений со- става внутренних сред при болезни отмечает- ся ограничение приспособляемости организ- ма к изменяющимся условиям окружающей среды. В динамике болезни выделяют ряд ста- дий — латентную, продромальную, манифес- тации, реконвалесценции, выздоровления или агонии и гибели. Длительность стадий болезни определяется степенью нарушений гомеостаза в зависимости от дозы и качества действующих на организм повреждающих агентов. Для количественной оценки патоген- ных факторов используют кривую «доза—эф- фект». Подпороговая однократная доза пато- гена не способна вызвать заболевание, кото- рому препятствует полноценное функциони- рование механизмов компенсации. При многократных воздействиях допороговых доз патогенного фактора возможны суммация их 16
эффектов и развитие повреждений в организ- ме даже до получения им пороговой одно- кратной дозы. Происходит кумуляция эффек- тов при действии ионизирующей радиации, приеме лекарств, «парадоксальной» чувстви- тельности к некоторым бактериальным ток- синам при дробном их поступлении в подпо- роговых дозах. Пороговая доза патогенного фактора вызывает повреждение организма при частичном сохранении эффективности механизмов компенсации. Сверхпороговая доза патогенного фактора повреждает орга- низм при полной неэффективности механиз- мов компенсации. Величина дозы патогенно- го фактора существенно влияет на длитель- ность стадий болезни. Латентная стадия болезни характеризуется включением резервов преимущественно не- специфических механизмов защиты и вре- менным сохранением полноценности меха- низмов поддержания гомеостаза, несмотря на появление повреждений в организме (бес- симптомное начало болезни). В латентную стадию проявляются цито- и органотропность патогенных факторов, наступают вначале об- ратимая, затем необратимая фиксация в орга- нах-мишенях. Продромальная стадия болезни совпадает с развитием перенапряжения и недостаточнос- ти механизмов поддержания гомеостаза, в ре- зультате чего появляются отдельные отклоне- ния показателей от нормы. Признаки (симп- томы) болезни имеют преимущественно не- специфическую природу, так как они обу- словлены патогенным влиянием отклонений от нормы pH, РСО2, РО2 и др. Это связано обычно с началом развития нарушений функ- ции основных регуляторных механизмов и еще недостаточным включением дублирую- щих механизмов регуляции. Органы-мишени в основном еще сохраняют функциональную способность из-за частичности повреждений функциональных элементов. Стадия манифестации — главная стадия те- чения болезни с типичными специфическими функциональными и морфологическими про- явлениями повреждения, сосуществующими одновременно с неспецифическими. В стадии манифестации максимально нарушается функциональная активность органов-мише- ней, и признаки извращения их деятельности превалируют в симптоматике болезни (гипер- активность альфа-мотонейронов спинного мозга при столбняке и др.). Наряду с этим со- храняется дисфункция основных и дублирую- щих механизмов обеспечения гомеостаза и начинают включаться специфические меха- низмы защиты организма (в основном гумо- ральные и клеточный специфический имму- нитет). Стадия реконвалесценции — период макси- мальной активности и эффективности специ- фических и неспецифических механизмов за- щиты, ведущих к прогрессирующему угнете- нию действия патогенных факторов и актива- ции процессов репарации. Стадия реконвале- сценции характеризуется по крайней мере частичным восстановлением функциональ- ной активности основных и дублирующих ме- ханизмов поддержания гомеостаза. Стадия полного выздоровления — самовос- становление живой системы до исходного со- стояния с полным уничтожением в организме патогенных факторов, вызвавших болезнь. Выздоровление с дефектом характеризует- ся полным уничтожением патогенных факто- ров, вызвавших болезнь, но неполноценным восстановлением функции утраченных участ- ков ткани или органа, замещенных соедини- тельной тканью. Выздоровление с дефектом может сопровождаться развитием вторичных заболеваний с выраженным склеротичес- ким компонентом (кардио-, панкреосклероз и др.). Переход в хроническую форму болезни воз- никает при неполном уничтожении патоген- ных факторов, вызвавших болезнь. Это про- исходит при накоплении в клетках тканей и органов неметаболизируемых продуктов эндо- и экзогенной природы — липофусцина при старении, частиц кварца, углерода и др., либо в результате ослабления иммунного от- вета организма на чужеродные вещества, об- ладающие антигенными свойствами. Накоп- ление в клетках неметаболизируемых продук- тов вызывает развитие дистрофических про- цессов. Активность клеток иммунной систе- мы может угнетаться при нарушениях крово- обращения, аккумуляции в организме про- дуктов распада, образовании патологических белков, продукции неадекватного количества цитокинов. В этих случаях внедрение в орга- низм новых патогенных факторов способст- вует продолжению процессов повреждения тканей главным образом пролиферативного и/или цитотоксического характера, что имеет место при хроническом бронхите и других за- болеваниях. Летальный исход наступает при поврежде- нии и недостаточности деятельности боль- шинства механизмов защиты организма, утра- те компенсации нарушенных функций по- врежденных систем и развитии несовмести- мых с жизнью патологических процессов — тяжелой гипоксии, интоксикации и др. Ле- тальному исходу обычно предшествует стадия 17
агонии, развитие которой обусловлено вы- ключением активности основных и дублиру- ющих механизмов поддержания гомеостаза организма. 1.3.1. Общая этиология Этиология — учение о причинах и условиях возникновения предболезни и болезни. При- чинами являются материальные субстраты внешней и внутренней среды организма, ко- торые в определенном количестве (дозах) иг- рают решающую роль в возникновении пред- болезни и болезни, придавая им качествен- ную специфичность — нозологическую форму. Причинные факторы подразделяются на внешние, представляющие подавляющее большинство, и внутренние, которые относи- тельно малочисленны. Внешние причинные факторы имеют физическую, химическую и биологическую природу. Физические причинные факторы (механи- ческие, термические, радиационные неиони- зирующие, радиационные ионизирующие и др.) создают дискомфорт, главным образом внешней среды. При локальном или тоталь- ном воздействии на организм они вызывают повреждения путем денатурации белков, из- менения скорости течения биохимических процессов, образования активных радикалов, инактивации ферментов. Такие нарушения лежат в основе большинства функциональных проявлений повреждения организма физичес- кими болезнетворными факторами. Химические болезнетворные факторы пред- ставлены продуктами выброса промышлен- ных производств, выхлопов двигателей внут- реннего сгорания, химическими и биологи- ческими препаратами, используемыми в сель- ском хозяйстве, полимерными соединениями. В природе уже обнаружено около 10 тыс. био- логически активных веществ, оказывающих массовое, хроническое болезнетворное влия- ние на человека — от транзиторных наруше- ний до необратимых тяжелых повреждений (злокачественные опухоли, цирроз печени, аномалии развития, иммунопатии и др.). Хи- мические соединения, особенно жирораство- римые факторы чужеродной природы, взаи- модействуя с организмом, вызывают как пря- мые, так и опосредованные повреждения. Прямые повреждения обусловлены проник- новением химических патогенов во внутрен- ние среды. В связи с изменением состава пос- ледних происходит денатурация белков, инак- тивация ферментов, что служит причиной грубых нарушений скорости течения биохи- мических процессов и функции поврежден- ных органов. Прямое воздействие оказывают также патогены, обладающие сходством хи- мической структуры с гормонами, биологи- чески активными веществами медиаторной природы, ферментами (фармакологические препараты и др.). При внедрении их в орга- низм имитируется действие соответствую- щих естественных веществ с характерными функциональными и биохимическими изме- нениями. Опосредованное действие хими- ческих патогенов проявляется в нескольких формах. Органические химические вещества (ксено- биотики) в ходе химической реакции активи- руются и продуцируют соединения, образую- щие ковалентные связи с макромолекулами. В результате комплексирования с компонен- тами метаболических систем могут образовы- ваться активные радикалы, вторично инакти- вирующие многие ферменты в клетках. Ксе- нобиотики с антигенными свойствами неред- ко могут стимулировать продукцию иммуно- глобулинов и/или иммунокомпетентных кле- ток, вторично повреждающих органы и ткани (аллергия). Своеобразный механизм вторич- ного повреждения формируется в результате изменения специфической функции ряда ор- ганов. Так, в почках избирательная концент- рационная функция может приводить к чрез- мерному накоплению в моче канальцев пато- генов, не подвергающихся реабсорбции, — солей тяжелых металлов, некоторых белко- вых продуктов, лекарственных препаратов. В сверхпороговых концентрациях эти вещест- ва денатурируют белки, вызывают поврежде- ние канальцевого эпителия. В нервных клет- ках в результате действия химических факто- ров происходит ограничение синтеза и аксо- плазматического транспорта трофогенов, что неминуемо приводит к развитию вторичных дистрофий в органах-мишенях. Биологические болезнетворные факторы, взаимодействуя с организмом, вызывают раз- нообразные повреждения, зависящие от при- роды патогенов. Нарушения симбиоза возникают при созда- нии условий (интенсивное применение анти- биотиков и других антимикробных препара- тов), препятствующих размножению сосуще- ствующей микрофлоры, образующей необхо- димые для организма вещества (например, микрофлора кишечника продуцирует ряд ви- таминов, расщепляет растительные волокна и т.д.). Возникновение дисбактериоза служит причиной развития некоторых форм колита, энтероколита, синдромов витаминной недо- статочности. 18
Паразитизм — конкурентное существова- ние патогенов за счет хозяина. Он присущ многим видам микробов и вирусов. Макропаразиты (паразитические черви разных видов) вызывают механические по- вреждения тканей, нарушают обменные про- цессы, вызывают анемию за счет крово- и лимфопотерь, оказывают общетоксическое действие. При чрезмерном потреблении мак- ропаразитами питательных субстратов может развиться соответствующий тип алиментар- ной недостаточности (В!2-фолиеводефицит- ная анемия при дифиллоботриозе и др.). Кроме того, паразиты, нарушая целостность тканей организма, могут служить источником антигенных субстанций, что является при- чиной комбинированных повреждений орга- низма. Микропаразиты (микробы, вирусы, грибы, простейшие) воздействуют на организм хо- зяина главным образом путем высвобождения токсинов (возбудителя дифтерии и др.), фер- ментов. Ферментная активность микропара- зитов (высвобождение в окружающую среду гиалуронидазы, фосфолипаз, протеаз и других ферментов) обеспечивает расщепление соот- ветствующих субстратов, входящих в состав барьеров, систем специфической и неспеци- фической гуморальной и клеточной защиты. Это облегчает внедрение патогенов в орга- низм и их последующее размножение. Про- дукция микропаразитами биологически ак- тивных веществ играет важную роль в реали- зации их опосредованного через рецепторы действия. В одних случаях повреждение кле- ток происходит в результате взаимодействия патогена со специфическими рецепторами (гистамин-, холин-, моноаминоподобные ве- щества и др.) и последующей активацией аде- нилатциклазной системы, что проявляется в виде стимуляции или торможения адекватно- го ответа клеток (сокращение — расслабление мышечных клеток, активация — торможение секреции железистых клеток). В других случа- ях биологические патогены вырабатывают продукты, способные проникать в клетки-ми- шени при посредстве тех же специфических рецепторов цитоплазматической мембраны, что и адекватные раздражители. Проникаю- щие этим путем в клетку патогены в ней не разрушаются, накапливаются и при соответ- ствующей концентрации ингибируют фер- менты, участвующие в белковом обмене (бло- када активности фактора элонгации многими бактериальными токсинами). Генетическая активность биологических болезнетворных факторов свойственна в ос- новном онкогенным вирусам. Эти вирусы об- ладают способностью проникать в пролифе- рирующие клетки, инкорпорироваться в их геном и создавать предрасположенность к ма- лигнизации клеток организма и развитию опухолей. Экзогенный дефицит субстратов, необходи- мых для жизнедеятельности организма, вклю- чает нарушения параметров внешней среды (РО2, РСО2, PN2, температура, влажность, ос- вещенность и др.) и характер питания (каче- ство питьевой воды, калорийность, полно- ценность диеты, потребление витаминов, микроэлементов и др.). Дискомфортные уров- ни параметров внешней среды (увеличение или снижение РО2 и других газов, а также от- клонения от нормы температуры, инсоляции и др.) могут выступать в качестве болезне- творных факторов, вызывающих развитие ха- рактерных синдромов заболеваний (отравле- ние кислородом, двуокисью углерода, азотом, переохлаждение и др.). Нарушение состава и качества диеты лежит в основе многочислен- ной группы болезней питания (голодание, ожирение, авитаминозы, пищевые отравле- ния и др.). 1.3.2. Внутренние причинные факторы Генетические дефекты как болезнетворные факторы. В клетках здорового организма с нормальным генотипом гены расположены по длине хромосом в линейном порядке. Полу- чение дочерними клетками при митозе пол- ного объема информации возможно только при продольном расщеплении всех хромосом (у человека 46) материнской клетки и точном расхождении их половин (хроматид). В организме здорового человека при рас- щеплении всех хромосом происходят мута- ции. При мутации, происходящей в одной из клеток тела (соматическая мутация), мутант- ный ген содержится лишь в одном клоне (штамме) клеток, который произошел от му- тировавшей клетки. Между генами и наследственными призна- ками нет однозначного соответствия: отдель- ный признак зачастую формируется под влия- нием многих генов, а каждый ген влияет на несколько признаков. Исключение составля- ют белки организма — каждому белку соот- ветствует один определенный ген, детермини- рующий синтез данного белка. При мутации может изменяться какой- либо один участок — локус хромосомы («тол- ковая» мутация), большие сегменты хромосом (транслокация, делеция и др.), а также число гомологичных хромосом (моносомия, трисо- 19
мия) или весь набор хромосом (триплоидия). Наследственные болезни часто связаны с «точковыми» мутациями; эти болезни могут быть доминантными и рецессивными, сцеп- ленными с полом, или аутосомными. Рецессивное наследование, сцепленное с Х-хромосомой. Мутантный ген наследуется по материнской линии — болезнь проявляет- ся главным образом у мужчин (родители больного сына здоровы), но по линии матери имеются больные мужчины. Все сыновья больного отца здоровы, а все дочери — гете- розиготные носители мутантного гена. В се- мьях болеют 50 % сыновей, а 50 % дочерей являются гетерозиготными носителями му- тантного гена. Аутосомно-доминантное наследование с полной пенетрантностью: патологический признак или болезнь регулярно передается из поколения в поколение (по вертикали) в связи с проникновением мутантного гена в родословную по линии одного из родителей. У больного мутантный ген имеется в гетеро- зиготном положении (болезнь в потомстве 1:1). При связи с дефектом Х-хромосомы все дочери больного отца больны, все сыновья здоровы. Аутосомно-рецессивное наследование с не- полной пенетрантностью: действие мутантно- го гена проявляется лишь у потомков, получа- ющих их от обоих родителей, которые могут быть совершенно здоровы. Этот дефект может проявиться через несколько поколений. Число больных нарастает в условиях родст- венных браков. В настоящее время известно более 1500 но- зологических единиц наследственных анома- лий, поражающих многие миллионы людей в различных странах. Эти заболевания связаны е действием различных мутантных генов и хромосомных аномалий, нарушающих разви- тие всех тканей и органов. В процессе разви- тия организма генные эффекты возникают вследствие взаимодействия генетически пора- женных тканей с непораженными тканями и органами и проявляются в виде наследствен- ных болезней. Генетические болезни подразделяются на связанные с мутациями гена и связанные с хромосомными нарушениями, ведущими к уродствам. Болезни, связанные с мутациями генов, при которых возникают исключительно биохими- ческие дефекты в виде аномальных энзимов или других белковых продуктов. Мутирован- ные гены при ауторепродукции образуют по- добные себе мутанты. Заболевания протекают по аутосомно-рецессивному типу. Алкаптонурия обусловлена отсутствием оксидазы гомогентизиновой кислоты, что приводит к накоплению гомогентизиновой кислоты в тканях и связыванию ее с коллаге- ном. Это нарушает эластичность последнего. Развиваются артриты, поражаются клапаны сердца, происходит отложение пигмента во всех органах, которые приобретают черный цвет (охроноз). Избыток гомогентизиновой кислоты выводится с мочой. Алкаптонурия характеризуется гомогентизиновой ациду- рией. Фенилкетонурия развивается в результате недостаточности фенилаланин-оксидазы. Фе- нилаланин превращается не в тирозин, а в фенилпировиноградную кислоту, которая оказывает токсическое влияние на клетки коры головного мозга, вызывая олигофрению. Из пищи больного ребенка необходимо ис- ключить фенилаланин. Гепатолентикулярная дегенерация. Пер- вичные изменения связаны с мутацией гена, контролирующего синтез белка церулоплаз- мина, который регулирует метаболизм меди, поступающей в организм с пищей. Излишек меди не выводится и накапливается главным образом в печени и мозге. В возрасте 10—20 лет начинается дегенерация железистых кле- ток печени и определенных областей мозга. Одновременно нарушается белковый обмен, и в мочу поступают остатки аминокислот. Гликогенез (болезнь Гирке) обусловлена врожденной недостаточностью фермента глю- козо-6-фосфатазы, участвующего в расщепле- нии гликогена. Наследственная галактоземия развивается при отсутствии фермента галактозо-1-фос- фат-уридилтрансферазы, в связи с чем забло- кирован обмен галактозо-1-фосфата. Для предупреждения этой болезни ребенок, у ко- торого отсутствует данный фермент, с первых дней жизни не должен получать молоко. Болезни, обусловленные хромосомными на- рушениями, вызывающими уродства, не менее многочисленны, чем наследственные биохи- мические дефекты. Пигментная ксеродермия — развитие про- воцируется ультрафиолетовым облучением, химическими мутагенами и канцерогенами. Синдром преждевременного старения — развитие связано со снижением способности клеток устранять разрывы ДНК, возникаю- щие под воздействием ионизирующих излуче- ний и других повреждающих факторов. Наследственные болезни, обусловленные дефицитом гормонов, представлены несахар- ным мочеизнурением, кретинизмом, гипофи- зарным нанизмом и многими другими. 20
Избыточная компенсация выступает в роли болезнетворного фактора при нарушениях процессов регенерации тканей (незаживаю- щие раны покровных тканей), регуляции им- муногенеза (аллергические болезни). Десинхронизация циркадианных ритмов, ге- нерируемых пейсмекерами мозга и нейрона- ми супрахиазматических ядер, возникает при несовпадении периодов активности индиви- дуума (эмоциональной, трудовой, когнитив- ной и др.) с их биологической настройкой. В этом случае могут развиваться тяжелые на- рушения функций коры головного мозга и нейроэндокринной регуляции. 1.3.3. Роль условий в происхождении болезни Условия — материальные факторы внешней и внутренней среды, способствующие или пре- пятствующие возникновению болезни (пред- болезни) при воздействии на организм при- чинного фактора. Условия влияют на уровень прочности систем саморегуляции и выполня- ют неспецифическую роль в развитии болез- ни. Условия, препятствующие развитию бо- лезни, активируют формирование механизмов компенсации и тем самым снижают эффек- тивность действия патогенных факторов. В то же время условия, способствующие развитию заболевания, либо угнетают формирование полноценных механизмов компенсации, либо вызывают их истощение, в том и в другом случае облегчая повреждающее воздействие патогенных агентов. К таким условиям отно- сятся факторы внешней и внутренней среды. Внешняя среда. Комфортные уровни пара- метров внешней среды (климат, жилищные условия, влажность воздуха, РО2, PN2 и др.) могут выступать в качестве условий, затруд- няющих развитие болезни. С другой стороны, дискомфортные уровни тех же показателей внешней среды нередко являются факторами, способствующими развитию болезни. Социальные факторы — нормальный пси- хический климат, доброжелательные межлич- ностные отношения могут выступать в роли условий, ослабляющих влияние болезнетвор- ных факторов. Экстремальные условия жизни, психическое и физическое переутом- ление, вредные привычки, наоборот, могут усиливать воздействие на организм болезне- творных причинных факторов. Внутренняя среда. Динамичная интегриро- ванная деятельность компонентов внутренней среды влияет на состояние механизмов само- регуляции и самонастройки организма, что в свою очередь отражается на его способности противостоять патогенным воздействиям причинных факторов. Такая зависимость су- ществует в следующих вариантах. Циркадианные ритмы физиологических процессов протекают в организме в течение сезонов года, месяцев, суток и определяют формирование механизмов защиты (неспеци- фический и специфический иммунитет гумо- ральный и клеточный, общий адаптационный синдром и др.). Поэтому создаются времен- ные интервалы для проявления более высоко- го или, наоборот, более низкого уровня само- регуляции и самонастройки. Это определяет динамичность чувствительности организма и воздействие причинных патогенных факто- ров. С циркадианными ритмами в определен- ной степени связаны сезонность болезней, суточные изменения выраженности симпто- матики (день—ночь), зависимость эффектив- ности приема лекарств от времени суток. Состояние резистентности. В условиях комфортного уровня внешней и внутренней среды могут отсутствовать реакции организма при контакте с патогенными агентами из-за препятствий к взаимодействию патогенов с клетками, системами ферментов и др. Резис- тентность обеспечивается неспецифическими и специфическими механизмами защиты, сформированными в процессе эволюции, и закодированными в геноме для вида в целом. Однако в условиях дискомфорта внешней и внутренней среды возможен срыв резистент- ности. В этом случае организм приобретает способность к развитию болезней, которыми данные индивидуумы в обычных условиях не болеют (детские болезни у взрослых, супер- инфекции и др.). Состояние реактивности. Реактивность — суммарное отображение степени напряжения защитных механизмов, мер затрат организма в достижении его равновесия с внешней и внутренней средой в данный интервал време- ни. Реактивность отображает свойства всего организма, т.е. обмен веществ, структурно- функциональных реакций роста органов, раз- множения клеток и т.д. Различают биологи- ческую и патологическую реактивность. Биологическая (первичная) реактивность здорового организма ограничена изменения- ми жизнедеятельности защитно-приспособи- тельного характера, которые возникают под влиянием адекватных воздействий внешней и внутренней среды. Биологическая реактив- ность является эталоном для исследований механизмов действия на организм причин- ных факторов и условий возникновения бо- лезни. 21
Патологическая реактивность — ограни- ченная во времени способность организма активно противостоять повреждающим влия- ниям экзогенных и/или эндогенных патоген- ных факторов при участии генетически обу- словленных, автоматически действующих систем защиты, зависящих от видовой при- надлежности, возраста, пола и других инди- видуальных особенностей. В связи с зависи- мостью динамики болезни от этих факторов патологическая реактивность подразделяется на подвиды (видовая, возрастная, половая, иммунологическая, индивидуальная и др.). В отличие от биологической патологическая реактивность свойственна только повреж- денному организму. Для нее характерна мо- дуляция эффективности механизмов компен- сации и защиты, которые определяют исход заболевания (выздоровление, переход острой формы в хроническую, развитие осложне- ний, гибель). При хроническом влиянии на организм патогенных агентов возможно фор- мирование состояния напряжения механиз- мов защиты, в значительной степени ослаб- ляющих повреждающий эффект не только воздействующего фактора, но и ряда других. Становление такого состояния называется адаптацией, имеющей несколько вариантов. Предметом изучения патофизиологии явля- ются функциональные механизмы адапта- ции, в то время как морфологический и ге- нетический аспекты адаптации изучают ан- тропологи, социальной — этнографы и соци- ологи. Биологическую и социальную адапта- цию к среде на групповом уровне изучают экологи. Функциональная адаптация — процесс аде- кватного приспособления организма к дли- тельному воздействию экзо- и эндогенных патогенных факторов путем комплексной перестройки деятельности функциональных и метаболических систем с целью разрушения патогенных факторов или ослабления их по- вреждающего эффекта на всех уровнях орга- низации. Адаптационные процессы протека- ют в физиологических границах обычной жизнедеятельности, которая может иметь вы- сокую или низкую активность. Основная роль в процессах адаптации принадлежит нервной системе, функционально связанной с пере- стройкой активности эндокринных желез как специализированных органов, обеспечиваю- щих облегчение нервной регуляции. Приспособительные реакции представляют собой автоматические физиологические про- цессы, осуществляемые на безусловнорефлек- торной основе. Если отклоняющий (патоген- ный) фактор длительно изменяет один или несколько показателей гомеостаза, то в орга- низме включаются защитные и компенсатор- ные механизмы соответствующих функцио- нальных систем. Включение происходит в оп- ределенной последовательности, начиная от адекватных энергосберегающих компенсаций до наиболее интенсивных энергетически рас- точительных процессов, ограниченно исполь- зуемых в нормальных условиях. Но и в этих случаях регулирующие центры непрерывно информируются об адекватности защитных или компенсаторных механизмов в период развития адаптивных реакций. Функциональ- ная адаптация всегда является результатом непрерывного приспособления организма к изменениям параметров внешней и внутрен- ней среды и определяется природой и интен- сивностью действия отклоняющих факторов. Поэтому в организме, адаптированном к кон- кретным условиям существования, как прави- ло, имеются элементы дезадаптации, часто за- висящие от циркадных ритмов. 1.3.3.1. Виды адаптации Генотипическая адаптация — приобретение или утрата устойчивости к действию опреде- ленного патогенного фактора в результате развития спонтанной мутации. Этот вид адап- тации лежит в основе эволюционного процес- са, наследственной изменчивости и естест- венного отбора. Фенотипическая адаптация обозначает приобретение отсутствующей ранее устойчи- вости к действию какого-либо патогенного фактора. В развитии адаптационного процесса раз- личают два уровня. Первый уровень — развитие в ответ на воздействие патогенного фактора адекват- ных физиологических процессов, в результате которых почти полностью устраняется по- вреждающий эффект (активное прекращение контакта с патогенным агентом в виде реф- лекторного сокращения мускулатуры, усиле- ния потоотделения при нагревании и др.). К первому уровню относится неустойчивая адаптация, возникающая при стимуляции ак- тивности органов, систем организма, ограни- ченной рамками резервной мощности. В этих условиях при активации органа или системы в них одновременно используется более 20 % клеток при сохранении дискретности в их ра- боте на фоне максимальной мобилизации энергетических ресурсов, повышенного обра- зования и расхода макроэргических соеди- нений. Прекращение действия патогенного 22
Холод Схема 1. Клеточное звено адаптации к длительному действию интенсивных нагрузок, гипоксии и холода Физическая нагрузка Гипоксия фактора приводит к быстрому возвращению режима деятельности органа или системы к исходному уровню. Второй уровень развивается при недостаточности механизмов адаптации 1-го уровня и длительном сохранении нарушений гомеостаза в связи с чрезмерной продолжи- тельной физиологической активностью на пределе резервной мощности органов или систем. В этом случае осуществляется переход на генерализованные или местные неспеци- фические механизмы адаптации. Индуктора- ми таких процессов являются избыточное на- копление метаболитов, продуктов распада клеток, дефицит макроэргов, повышение концентрации гормонов (андрогена, альдо- стерона, соматотропина, тироксина, инсули- на). В этот период в интенсивно функциони- рующих органах или системах задействовано максимальное количество паренхиматозных клеток с синхронизацией их активности. Воз- никновение дефицита синтеза макроэргов в клетках ведет к уменьшению эффективности действия репрессоров генов, что увеличивает скорость транскрипции РНК. на структурных генах ДНК в ядре. Возрастание синтеза иРНК в ядре и процессов программирования в ри- босомах и полисомах сопровождается не только усилением синтеза белков, но и созда- нием фонда свободных аминокислот, целена- правленным трансаминированием аминокис- лот, индукцией синтеза главным образом ключевых энзимных белков, лабилизацией лизосом. В результате устанавливается более высокий уровень физиологической активнос- ти одновременно с увеличением функцио- нального и метаболического резервов клеток и полным устранением повреждающих эф- фектов патогенного фактора (устойчивая адаптация). Общие закономерности адапта- ционного процесса проявляются на клеточ- ном, органном и системном уровнях (схема 1). Так, устойчивая адаптация к повышенной на- грузке скелетных мышц и миокарда обеспечи- вается увеличением активности гексокиназы и лактатдегидрогеназы, облегчением поступ- ления глюкозы и пирувата в митохондрии, где усиливается синтез макроэргов, используе- мых в сократительных актах. Прекращение действия патогенного агента ведет к посте- пенному возврату резерва мощности и режи- ма работы органа или системы к исходному уровню. Резервные возможности 2-го уровня адаптации ограничены. Поэтому при чрез- мерно длительном воздействии патогенно- го фактора механизмы длительной адапта- ции истощаются. Наступление периода дез- адаптации обычно обозначает переход состоя- ния индивидуума в предболезнь и затем в бо- лезнь. 1.3.4. Патогенез Патогенез — раздел патофизиологии, изучаю- щий механизмы течения болезни вплоть до ее исхода. Патогенез подразделяют на формаль- ный и каузальный. Формальный патогенез описывает общие механизмы течения болезни вне зависимости от природы этиологического 23
фактора. Каузальный патогенез исследует кон- кретные механизмы течения болезни, вызван- ной определенным патогенным фактором с выделением специфических метаболических, функциональных и морфологических наруше- ний, определяющих ее нозологическую фор- му. В отличие от физиологических раздражи- телей, воздействующих на специализирован- ные рецепторы, в которых происходит пер- вичный анализ свойств этих раздражителей, патогенные факторы могут непосредственно повреждать клетки, вызывать неадекватное возбуждение или повреждение специфичес- ких рецепторов, нарушать функцию основно- го вещества. Поэтому термином «патогенез» обозначают динамический комплекс наруше- ний саморегуляции функций, возникающий в результате структурно-функциональных по- вреждений патогенными агентами любой природы. В патогенезе выделяют функцио- нальный и патохимический компоненты. Функциональный компонент патогенеза включает ряд патофизиологических понятий, определяющих степень нарушений деятель- ности организма. Патологический рефлекс — неадекватный рефлекторный ответ структур организма на воздействие адекватных раздра- жителей в условиях повреждения различных участков рефлекторной дуги. Патологический рефлекс характеризуется расширением или су- жением площади рецептивного поля, включе- нием в рефлекторный акт большего или мень- шего числа нейронов в центральном звене рефлекторной дуги, изменением активности ее эффекторной части, несоответствием ответов эффекторного органа данным условиям (мо- торная гиперрефлексия при столбняке, мотор- ная гипорефлексия при ботулизме, рефлектор- ная гиперсаливация при ваготонин и др.). Па- тологическая функция — неадекватная данным условиям активность структур организма в ре- зультате индукции патологических рефлексов и/или формирования спонтанной деятельнос- ти при частичном или полном выпадении центральных механизмов регуляции (гиперса- ливация при денервации слюнной железы, ги- перацидоз при гастрите и др.). Патологический процесс — комплекс срав- нительно простых местных повреждений тканей и сложных рефлекторных реакций компенсаторного характера. Развитие пато- логического процесса заключается в перехо- де ограниченного круга структурно-функци- ональных нарушений к более сложным, когда к механизмам компенсации подключа- ются все новые элементы, усложняющие от- ветную реакцию организма, направленную на восстановление утраченных структур ор- ганизма и нейтрализацию повреждающих эффектов патогенных факторов (хирургичес- кие, ожоговые раны, гриппозные поврежде- ния слизистой оболочки дыхательных путей и др.). Патологическое состояние — врожденная или приобретенная после завершения патоло- гического процесса структурно-функциональ- ная недостаточность органов с частично или полностью утраченной способностью к вос- становлению нормальной деятельности (гене- тические дефекты обмена веществ, врожден- ное недоразвитие органов, замещение утра- ченных паренхиматозных клеток рубцовой тканью и др.). Синдром — определенная совокупность комплексов функциональных нарушений и реакций организма компенсаторного характе- ра, развитие которых определяется локализа- цией повреждений тканей (синдром незавер- шенной диастолы при гипоксии миокарда, нефротический синдром при повреждении эпителия проксимальных канальцев почек, синдром гипогонадизма и др.). Патохимический компонент патогенеза ха- рактеризует болезнь как энзимопатию. Энзи- мопатии проявляются в основном в виде раз- личных блокад обмена веществ: • уменьшение или отсутствие синтеза энзи- мов-катализаторов (авитаминозы, врож- денный дефицит ферментов и др.); • усиление расщепления и/или выделения энзимов (нарушения свертывания крови, ишемические повреждения и др.); • замедление действия энзимов (переохлаж- дение, инсулинонезависимый сахарный диабет и др.); • дефицит активаторов энзимов (нарушение свертываемости крови и др.) — снижение концентрации субстратов обменных про- цессов до подпорогового уровня в резуль- тате чрезмерного использования их в дру- гих побочных реакциях (гипогликемия при злокачественных опухолях, выступающих в роли «ловушки» глюкозы и др.). 1.3.5. Общие механизмы патологических процессов Патологические процессы имеют местный и/или генерализованный характер (подразде- ление условно, так как оба процесса обычно проявляются в различных сочетаниях). Местные патологические процессы возни- кают в зоне прямого контакта патогена с тка- нями и ограничиваются этой зоной. Различа- ют три основных типа повреждений тканей. 24
Физическое воздействие — чрезмерно вы- сокая или низкая температура, сверхпорого- вые дозы инфракрасного, ультрафиолетового или ионизирующего излучения и др. В зоне воздействия происходят изменения физико- химических свойств компонентов цитоплаз- матической мембраны — текучести, гидро- фильности, ионной проницаемости и др.; на- рушается обмен клеток с окружающей сре- дой, образуются активные радикалы вследст- вие перекисного окисления липидов и другие реакции повреждения. Химическое воздействие в зоне контакта с тканями реализуется путем прямых реакций (окисление, восстановление, образование со- лей и др.), что ведет к неспецифическим по- вреждениям, нередко с эффектом возбужде- ния. П атохимическое рецепторопосредованное воздействие вызывает формирование ткане- вых повреждений при участии специфических рецепторов цитоплазматической мембраны. Различают три основных модификации этого процесса: к конкурентный эффект, когда патогенный фактор взаимодействует с теми же специ- фическими рецепторами цитолеммы, что и соответствующие адекватные раздражите- ли. Вследствие «инактивации» рецепторов патогенным фактором воздействие на них адекватного раздражителя ослабляется или выключается, в результате чего поврежда- ется аппарат регуляции (блокада инсули- новых рецепторов при инсулиннезависи- мой форме сахарного диабета и др.); внеконкурентный эффект, при котором па- тогенные факторы взаимодействуют одно- временно с несколькими специфическими рецепторами-агонистами. В этом случае два и более патогенных вещества, дейст- вующие в одном направлении, потенци- руют эффекты друг друга, если они имеют разные точки приложения (правило Бюр- ги). ▲ деструктивное воздействие на специфичес- кие рецепторы вызывает неспецифическое повреждение с эффектом возбуждения ци- топлазматической мембраны и спонтан- ную активность клеток альтерируемой структуры. Генерализованные патологические процессы возникают в организме вне зависимости от зоны инокуляции патогенных факторов в тка- нях и органах. Более того, зона инокуляции может вообще не иметь каких-либо призна- ков повреждения. Типовые генерализованные патогенетические процессы в своем развитии претерпевают три фазы. Первая фаза, в течение которой патоген- ный фактор проникает из зоны инокуляции во внутренние жидкие среды организма и рас- пространяется в соответствии с движением жидкости в органах и тканях. Ограничивают такое распространение лишь интактные не- проницаемые для данного фактора барьеры. В эту фазу патогенные факторы (ксенобиоти- ки и др.) можно определять в биологических жидкостях и тем самым устанавливать причи- ну предболезни или болезни. Вторая фаза — селективное концентриро- вание патогенного фактора в органах и тка- нях, которое может происходить в двух вари- антах. Концентрирование патогена в местах естественного выде- ления свойственно преимущественно чу- жеродным веществам экзогенного и эндоген- ного происхождения, подвергающихся фильт- рации или экскреции в органах выделения (почки, железы внешней секреции желудоч- но-кишечного тракта, покровные ткани). Ак- тивная и пассивная реабсорбция натуральных метаболитов (глюкоза, аминокислоты, вода, Na+, К+, Са2 , Mg2+ и др.) повышают кон- центрацию нереабсорбирующихся патоген- ных факторов вплоть до уровня, при котором они, находясь в секретах, вызывают денатура- цию компонентов апикальных отделов цито- плазматической мембраны эпителиоцитов ка- нальцев и выводных протоков, существенно нарушая их функции. Тропизм к определенным ор- ганам и тканям патогенных агентов обеспечивается длительной цир- куляцией их в жидких средах и возможностью продолжительного контакта со специфичес- кими рецепторами цитоплазматической мем- браны клеток-мишеней, обладающих сродст- вом к ним. Такими свойствами обладают многие патогенные агенты органической при- роды (ксенобиотики). Так, парентерально (подкожно, внутривенно) введенный холер- ный токсин в составе биологических жидкос- тей достигает клеток кишечника и связывает- ся с их специфическими рецепторами, пред- назначенными для взаимодействия с адекват- ными раздражителями. Брюшнотифозный токсин в этих условиях селективно связывает- ся с клетками лимфатической системы ки- шечника, дизентерийный — с клетками толс- того кишечника, столбнячный и ботулизма — с мотонейронами спинного и продолговатого мозга и др. Третья фаза — токсикодинамическая, ха- рактеризуется развитием нарушений функций органов и тканей, повышением проницаемос- 25
ти барьеров, нарушением нейрогормональной регуляции, продукцией больших количеств конечных метаболитов. Сверхпороговая кон- центрация патогенных факторов в секретах органов выделения служит причиной разви- тия местных неспецифических повреждений эпителиальных клеток канальцев и протоков. Так, сулема, выделяемая с мочой, вызывает коагуляцию белков и альтерацию эпителия почечных канальцев. То же вещество, выде- ляемое с секретами толстой кишки, провоци- рует развитие тяжелого колита. Рецептор- опосредованные повреждения органов и тка- ней происходят в результате эндоцитоза ком- плекса патоген + рецепторный белок. В цито- плазме патогенный субстрат отщепляется от рецепторного белка и начинается процесс его аккумуляции до уровня, вызывающего нару- шения внутриклеточного обмена веществ (инактивация ферментов, изменение скорос- ти ферментативных реакций и др.). Развитие токсикодинамической фазы обычно совпада- ет с формированием клинических признаков болезни. 1.3.6. Формирование симптоматики болезни Клинические проявления болезни (симптома- тика) являются результатом интеграции эф- фектов повреждения, компенсации и особен- но адаптации. В процессах компенсации оп- ределяющая роль принадлежит нервной тро- фике как фактору, обеспечивающему пере- стройку деятельности тканей и органов не только в функциональном, но и в структур- ном отношении. Помимо нервной и эндо- кринной систем, важнейшим органом, участ- вующим в процессах компенсации, является печень. Состояние «работоспособности» пе- чени часто определяет интенсивность ком- пенсаторных возможностей организма. От преобладания конкурентных процессов по- вреждения и компенсации зависит исход бо- лезни — выздоровление, переход в хроничес- кую форму или гибель. Поэтому часть симп- томов болезни генерализованного характера обычно отображает напряженную деятель- ность существующих функциональных и/или метаболических систем при сохранении co- подчиненности их компонентов (лихорадка, тахикардия, тахипноэ и др.). Включение по- добных механизмов обеспечивает срочное рефлекторное аварийное регулирование, на- правленное на прекращение действия пато- генного агента или на ликвидацию последст- вий его эффектов (защитные рефлексы на прекращение контакта с патогенным вещест- вом, восстановление «жестких» показателей гомеостаза и др.). Наряду с этим определен- ное значение в генезе симптоматики имеет включение биологически бесполезных «ава- рийных связей» (порочных кругов) в виде не- производительных затрат энергии, выделения из клеток значительного количества проме- жуточных метаболитов и др. Этот вид симпто- матики проявляется уже на стадии предболез- ни и удерживается в той или иной степени на всех стадиях болезни. Другой вид симптомов болезни, отражающий главным образом мест- ный характер повреждений, связан с возник- новением дезорганизации деятельности суще- ствующих функциональных и метаболических систем, выпадением соподчиненности их компонентов, созданием новых систем, опре- деляющих развитие типовых патологических процессов — воспаления, тканевой дистро- фии и др. В происхождении симптоматики та- кого типа важную роль играет включение ме- ханизмов медленного аварийного регулирова- ния, направленных на приспособление орга- низма к действию патогенного фактора. В клетках усиленно функционирующих орга- нов при участии нервно-эндокринной систе- мы активируются процессы, ведущие к гипер- трофии (гипертрофия сердца, скелетных мышц и др.). При хроническом поступлении в клетки ксенобиотиков стимулируется син- тез ключевых по значению ферментов, участ- вующих в механизмах расщепления этих чу- жеродных продуктов (например, повышение активности алкогольдегидрогеназы при хро- ническом употреблении алкоголя). Если ксе- нобиотики обладают антигенными свойства- ми, то они удаляются из организма в резуль- тате активации деятельности иммунных сис- тем (антителообразование, производство им- мунокомпетентных клеток). При чрезмерном развитии иммунных защитно-приспособи- тельных реакций возможно создание детер- минированных механизмов повреждения тка- ней организма (аутоиммунные болезни, бо- лезни иммунных комплексов и др.). Итак, формирование симптоматики болез- ни связано с интеграцией местных и общих патогенетических механизмов. В то же время специфические качественные различия болез- ней между собой определяются видом пато- генного фактора, локализацией повреждений и соотношением различных приспособитель- ных и разрушительных процессов, возникаю- щих в ответ на воздействие патогена. По- скольку при повреждении организма у разных людей и животных типы ограничения меха- низмов компенсации и адаптации однородны, 26
Схема 2. Патофизиологическое обоснование врачебной диагностики и лечения Патофизиологический анализ отдельных симптомов и синдромов анализ остаточных анализ эффективности процессов способов лечения Интегрированный патофизиологический анализ симптомов у данного больного Патофизиологический анализ состояния компенсаторных возможностей организма больного, выбор оптимального варианта способов лечения постольку это делает возможным классифи- цировать болезни и отнести болезнь индиви- дуума к одной или нескольким категориям известных заболеваний. Как видно из схемы 2, патофизиологический анализ необходим на всех этапах контакта врача с больным. 1.3.7. Методы патологической физиологии В патофизиологии используют в основном ла- бораторные методы (функциональные, хими- ческие, физико-химические, иммунологичес- кие и др., при необходимости производятся морфологические исследования). Исследова- тельская техника должна удовлетворять общим требованиям: быть безопасной и не травмировать исследуемые объекты, обеспе- чивать точный количественный, временной и амплитудный анализ исследуемых процессов, преобразование одних физических величин в другие. Необходимо правильное хранение ин- формации и ее воспроизведение, синхронное исследование различных физиологических, химических и физических процессов, проте- кающих в одном или в ряде органов. В лабораториях клинической патофизио- логии (функциональной диагностики) прово- дят исследования в форме целенаправленного функционального и/или биохимического тес- тирования на больном человеке, что позволя- ет получить данные по этиологии, патогенезу и эффективности терапии болезни. В этом ас- пекте индивидуальная терапия всегда основа- на на сведениях о патогенезе диагностируемо- го заболевания и механизмах действия назна- чаемых врачом лечебных мероприятий (фар- макологической коррекции, хирургической операции и др.). Правильность теоретических обоснований диагноза и терапии проверяют на практике. В лабораториях экспериментальной пато- физиологии разрабатывают фундаментальные проблемы общей патологии с функциональ- ных позиций. Для этого используют натурные и модельные эксперименты. Однако в данном случае натурный эксперимент представляет собой целенаправленные функциональные и/или патохимические исследования на жи- вотных, страдающих теми же болезнями, что и человек, протекающими в идентичных фор- мах. В результате удается получить ранее не- известную информацию по этиологии и пато- генезу болезни с интерпретацией результатов непосредственно на больных людей. Натур- ные эксперименты успешно применяют для решения ряда фундаментальных проблем общей и частной патофизиологии (воспале- ние, лихорадка, механизмы отдельных токси- коинфекций и др.). Модельный эксперимент. Моделирование относится к сравнительной медицине, задачей которой является изучение причин, патогенеза и методов коррекции заболеваний у животных в сопоставлении их с болезнями человека. В природе существует большой резерв естест- венных моделей болезней человека (тромбоци- 27
топеническая пурпура у собак и свиней, врож- денная билирубинемия у овец и многие дру- гие). Поэтому правильный выбор вида живот- ных для эксперимента является ключом к ре- шению многих проблем патофизиологии, хотя, согласно теории моделирования, не тре- буется полной тождественности между моде- лью и оригиналом. Необходимо лишь совпаде- ние основных, наиболее существенных при- знаков. В отношении второстепенных призна- ков, не имеющих решающего значения, допус- каются различия. Патофизиологическая мо- дель играет роль промежуточного звена в фор- мировании теории болезней человека, по- скольку она позволяет устанавливать и объек- тивно объяснять механизмы патологических процессов, происходящих в прототипе. Основные требования к патофизиологичес- ким моделям. Выбор вида животных для экс- перимента должен производиться с учетом ге- нетической гомогенности или гетерогенности вида, состояния здоровья, скоростей метабо- лизма и клеточного деления, длительности жизни, резистентности к природным токси- ческим агентам, возбудителям спонтанных инфекционных заболеваний (например, пас- тереллез у кроликов, дизентерия у обезьян могут существенно повлиять на качество мо- дели и привести к ошибочным результатам). Для повышения достоверности результатов опытов на моделях для человека рекомендует- ся проведение аналогичных исследований на нескольких видах животных. Чувствительность вида подопытных живот- ных к патогенным агентам должна быть близ- кой или идентичной с прототипом, т.е. для мо- делирования следует использовать те виды жи- вотных, которые обладают максимальной вос- приимчивостью к патогенным факторам, вы- зывающим болезнь у человека. Структурно-функциональные нарушения и динамика их развития в модельном заболева- нии должны быть максимально приближены к прототипу. Модель заболевания человека всегда являет- ся объектом сравнительно-физиологического исследования. Модель исследуется, как пра- вило, глубже, чем прототип, у которого ана- логичное изучение затруднено. Основное применение модельных экспериментов — об- ласти общей и частной патофизиологии. Виды моделирования. При моделировании воспроизводится лишь часть наиболее важ- ных компонентов заболевания человека. Эту часть с целью упрощения техники исследова- ния, как правило, расчленяют на различные по сложности блоки, включающие типы и виды моделирования. Моделирование типовых патологических процессов (воспаление, ишемия, тромбоз и др.) практически соответствует прототипу, т.е. типовым патологическим процессам у че- ловека. Такое моделирование позволяет про- изводить углубленный анализ типовых про- цессов повреждения и восстановления на всех уровнях. На молекулярном уровне изучают влияние патогенных агентов на активность выделен- ных из тканей ферментов, структуру белков, жиров и углеводов, на ферментативное созда- ние комплексных соединений. При этом нужно учитывать видовые различия в метабо- лизме чужеродных для организма веществ. Молекулярный уровень допускает моделиро- вание как самих молекул патогенных агентов, так и молекул реагирующих с ними субстра- тов. На клеточном уровне исследуют механизмы действия патогенных факторов на функцию и обмен веществ различных видов изолирован- ных и переживающих в культурах клеток, уча- ствующих в типовых патологических процес- сах. На клеточном уровне устанавливают ос- новные закономерности эндоцитоза, метабо- лизма патогенов, селективность их эффектов, изменения возбудимости поврежденных кле- ток, внутриклеточные процессы компенсации и адаптации. В то же время изолированные клетки, особенно клетки, выращиваемые в культурах тканей на питательных средах, нельзя считать полноценной частью организ- ма, из которого они были изъяты. Поэтому клетки в культурах тканей представляют собой особые популяции, и результаты мо- дельных опытов на них имеют лишь относи- тельную вероятность. На органном уровне при развитии типовых патологических процессов устанавливаются закономерности функциональных, патохими- ческих и структурных нарушений, происходя- щих в динамике в переживающих органах или тканях. В этих условиях возможно изучение изменений дискретности клеточной актив- ности органа, характера компенсаторных про- цессов в пределах срока переживания и дру- гих показателей. Однако деятельность изоли- рованного органа осуществляется вне интег- рации с другими органами, при полном вы- ключении нейрогуморальной регуляции, т.е. в условиях, далеких от естественных. Поэтому результаты опытов на органном уровне имеют ограниченную достоверность. Системное моделирование проводят, как правило, на целом животном. Однако в этом случае, особенно в острых опытах, животное наркотизируют, обездвиживают, у него пере- 28
резают, разрушают или удаляют отдельные ткани и органы, чтобы создать приемлемые условия для проведения задуманного экспе- римента. На системном уровне исследователь получает значительно больший объем инфор- мации, чем на органном уровне. На уровне целостного организма моделиро- вание осуществляется на интактном живот- ном без проведения каких-либо манипуля- ций, нарушающих реактивность, т.е. при пол- ном сохранении адекватных реакций на внешние и внутренние раздражители. Подоб- ный метод моделирования позволяет полу- чить результаты, максимально приближенные к естественным (неврозы и др.). Моделирование нозологических форм бо- лезней человека. Нозологические модели яв- ляются не прототипами, а аналогами болез- ней человека. У таких моделей нередко от- сутствует совпадение частных симптомов или синдромов с определенной нозологичес- кой формой заболевания, так как они могут быть результатом многих, различных по ха- рактеру повреждений. Например, глюкозу- рия свойственна сахарному диабету, наруше- ниям функции ядер гипоталамуса, первично- му угнетению реабсорбции глюкозы в про- ксимальных канальцах почек и др. Поэтому нозологические формы требуют выделения специфических и побочных механизмов за- болевания, т.е. тщательного изучения кау- зального и формального патогенеза. Особен- но это касается осложнений, характерных для ряда заболеваний (пороки сердца, отек легких и др.). Моделирование нозологичес- ких форм не исключает анализа результатов экспериментов, проводимых на разных уров- нях организации с теми же ограничениями, как при моделировании типовых патологи- ческих процессов. Способы моделирования включают использование в эксперименталь- ных исследованиях определенных видов жи- вотных, у которых можно смоделировать бо- лезнь человека. При их отсутствии для этих целей употребляют искусственно выведен- ные линии животных с генетической пред- расположенностью к определенным заболе- ваниям (раковые линии мышей, крыс; крысы, предрасположенные к гипертензии, и др.). Ряд болезней человека успешно модели- руют на животных путем оперативно-травма- тических вмешательств (сахарный диабет вы- зывается удалением большой части поджелу- дочной железы, кретинизм — экстирпацией щитовидной железы и др.). Разработаны ме- тоды моделирования болезней человека с ис- пользованием фармакологических препара- тов (парасимпатическая недостаточность при атропинизации и др.), иммунологических на- рушений (иммунодесимпатизация и др.). Большое количество научных эксперимен- тальных исследований проводят на моделях инфекций (дизентерия, дифтерия и др.). В космических исследованиях модельные опыты с воспроизведением невесомости на животных сделали возможным создать усло- вия для длительного пребывания человека в летательных космических аппаратах. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ Адо А.Д. Вопросы общей нозологии. — М.: Меди- цина, 1985. Газенко О.Г., Меерсон Ф.З. Физиология адаптаци- онных процессов. — М.: Наука, 1986. Крыжа невский Г.Н. Болезни регуляции//Клин. мед. - 1997. - Т. 75, № 7. - С. 4-7. Пигаревский В.Е. Молекулярный уровень общих патологических процессов//Арх. пат. — 1990. — Т. 52, № 1. - С. 5-11. Саркисов Д.С., Пальцев М.А., Хитрое Н.К. Общая патология человека. — М.: Медицина, 1995. Серов В. В. Медико-биологическая оценка основ- ных клинических понятий: синдром, нозологи- ческие формы, группы болезней//Бюл. экспер. биол. - 1997. - № 3. - С. 244-247. Струков А.И., Серов В.В., Саркисов Д.С. Общая па- тология человека. — Т. 1,2. — М.: Медицина, 1990. Becker V. Pathologie. — Berlin, 1996. Becker V., Schipperges H. Entropie und Pathogenese. — Berlin, 1993. Eskenasy A. The pathological process, cellular popula- tion systems as substrates of pathological process: structure, reactivity, dynamic and basic lesions// Morphol. Embriol. — 1989. — Vol. 35, N 3. — P. 173-194. Gorrod J. W., Albano O., Papa S. (Eds) Molecular as- pects of human disease. — Vol. 1,2. — New York, 1989. Migai K., Kanno T. (Eds) Progress in clinical Biochem- istry. — Amsterdam, 1992. Oxley D.H. Models for clinical pathology training// Arch, pathol. Lab. Med. — 1990. — Vol. 114, N 8. - P. 823-824. Riede U.N. Schaefer H.E. (Hrsg) Allgemeine und spez- ielle Pathologie. — Stuttgart, 1993. Rubin E., Farber J.L. (Eds) Essential Pathology. — Philadelphia, 1990. Schaefer H. Modelie in der Medizin. — Bd 1. — Ber- lin, 1992. Schaefer H. Schwache Wirkungen als Cofaktoren bei der Entstehung von Krankheiten. — Berlin, 1996. Schartl M. Modelsysteme fur die Untersuchung ge- netischer Faktoren in der Krebsentstehung//Natur- wiss. - 1995. - Bd. 82. — S. 209—218. Underwood J.C. (Eds) General and Systemic Pathol- ogy. — Edinburgh, 1992. Wohlgemutt B. Allgemeine und spezielle Pathologie. — Leipzig, 1990. 29
Глава 2 СИСТЕМЫ ЗАЩИТЫ ОРГАНИЗМА 2.1. БАРЬЕРНЫЕ МЕХАНИЗМЫ Организм человека в определенных пределах способен противостоять повреждающим вли- яниям экзо- и эндогенных патогенных факто- ров благодаря неспецифическим и специфи- ческим системам защиты. Неспецифические системы действуют не- прерывно, нейтрализуя патогенные факторы на «дальних» подступах и не допуская по- вреждений организма на всех уровнях. Неспе- цифические системы защиты гетерогенны. Это и механические препятствия на пути внедрения патогенных факторов в организм, и продукция фунгицидных, бактериостати- ческих, бактерицидных и антивирусных ве- ществ широкого спектра действия, и лихорад- ка, и барьерные функции, и активность цито- токсических клонов клеток, и рефлекторный выброс адаптивных гормонов. Специфические системы включаются, как правило, уже после внедрения патогенных факторов, формируя чаще всего строго селек- тивные механизмы их уничтожения на стадиях предболезни или болезни. Специфические системы защиты представлены синтезом анти- тел, кооперацией их с системами микро- и макрофагов, антителозависимыми лимфоци- тами. Особое место защиты занимают Т-клет- ки, обеспечивающие за счет медиаторов коор- динацию иммунитета практически всех видов гуморального и клеточного иммунитета. Конечной целью функционирования ба- рьеров является поддержание гомеостаза внутренних сред организма путем регулирова- ния клеточного метаболизма за счет поступ- ления кислорода, всасывания питательных веществ, выделения конечных метаболитов. Эти жизненно важные функции выполняют три типа барьеров, чаще всего во взаимодей- ствии друг с другом. Барьеры изолирующего типа предохраняют паренхиматозные клетки от контакта с сыво- роточными и ксеногенными белками. Отгра- ничение может происходить за счет: а) определенной микроструктуры сосуди- стой стенки, через которую благодаря непре- рывности эндотелия белки почти не проника- ют: сосуды гематоэнцефалического барьера, аорта и крупные артерии, сосуды мышечного типа (артериолы); б) функционирования вспомогательных клеток органа, которые даже при наличии проницаемости сосудов для белков изолируют паренхиматозные клетки на путях внесосу- дистого транспорта белков (гематоэнцефали- ческий, гематонейрональный, гематотестику- лярный, гематоофтальмический барьеры). Барьеры изолирующего типа легко повреж- даются при аутоиммунных процессах, напри- мер при энцефаломиелите, рассеянном скле- розе, полиневрите. При этом резко повыша- ется проницаемость не только сосудов микро- циркуляторного русла, но и сосудов мышеч- ного типа, в результате чего сывороточные и ксеногенные белки в значительном количест- ве могут проникать в интерстициальное про- странство и реагировать с паренхиматозными, вспомогательными и другими видами клеток, индуцируя развитие патологических процес- сов на молекулярном, клеточном и систем- ном уровнях организации. Барьеры частично изолирующего типа ха- рактеризуются проникновением сывороточ- ных и ксеногенных белков из сосудов в ин- терстиций (сосудистые сплетения желудочков головного мозга по отношению к эпителию сплетений, концевые дольки слюнных желез, желчные капилляры печени, сетчатая и клу- бочковая зоны надпочечников и др.). Барьеры неизолирующего типа проницаемы для сывороточных и ксеногенных белков в соответствии с коэффициентом проницае- мости, концентрацией и видовой специфич- ностью (кардиомиоциты, волокна скелетных мышц, мозговое вещество надпочечников, адипоциты и др.). Повреждение и нарушение функции барье- ров предшествует развитию любого патоло- гического процесса. Однако для патогенеза 30
имеют значение не только способ воздейст- вия патогенного фактора и объем поврежде- ния, но и способность различных барьеров, локализованных в пределах интактных тка- ней, принимать участие в развитии защитных и компенсаторных реакций. Многообразие видов тканевых барьеров делает необходимым проведение индивидуального анализа их дея- тельности в норме и патологии. 2.1.1. Гематоэпителиальные барьеры Эпителиоциты формируют слизистые оболоч- ки и выстилку протоков желез внешней сек- реции. Эпителиоциты поляризованы, имеют две структурно различные области — апи- кальную и базолатеральную, которые облада- ют разными характеристиками (табл. 1). Таблица 1. Свойства апикальной и базола- теральной мембран эпителиоцита Область мембраны эпителиоцита Свойства Содержание ферментов Апикальная Щелочная фосфатаза, ди- Наличие Базолате- ральная сахаридаза, эндопептида- за, лейциновая аминопеп- тидаза Рецепторы для асиалогли- копротеинов, адреноре- цепторы, рецепторы для ламинина, полипептидных гормонов, трансферрина, Са-зависимая АТФаза, Ыа+/К+-зависимая АТФаза ресничек, микровор- синок Гематоэпителиальные барьеры защищают подлежащие клетки от механических повреж- дений, высыхания, действия патогенных фак- торов (физические воздействия, химические вещества, бактерии, вирусы), осуществляют всасывание в кровь питательных веществ, воды и др., секретируют электролиты, поляр- ные низкомолекулярные продукты. Степень дифференцировки этих барьеров определяется нагрузкой на транспортные системы клетки. При длительных нагрузках это проявляется в виде образования микроворсинок, складок мембраны, увеличения содержания митохонд- рий, ширины межклеточных щелей. В зависи- мости от характера дифференцировки разли- чают преимущественно секретирующие или поглощающие гематоэпителиальные барьеры. Первые представлены слизистой желудка, желчного пузыря, протоков поджелудочной железы, слюнных желез, печени, потовых же- лез; вторые — в поглощающих органах — тон- кой и толстой кишке, мочевом пузыре и др. Гематоэпителиальные барьеры подразделяют также на истинные и неистинные. Истинный гематоэпителиальный барьер со- стоит из слущивающихся кубоидальных или цилиндрических клеток, организованных в один или много слоев, через которые по гра- диенту концентрации осуществляется более 90 % пассивного трансэпителиального потока ионов путем свободного проникновения ней- тральных молекул при растворении и диффу- зии. Полярные молекулы малого размера (во- да, электролиты и др.) диффундируют через поры диаметром около 0,4 нм, в то время как крупные полярные молекулы (белки и др.) проникают через поры межклеточных про- странств диаметром до 4 нм. Если эпители- альный барьер имеет слой слизи, выделяемой подслизистыми железами и бокаловидными клетками, то в его состав обычно дополни- тельно входят эпителиальные и реснитчатые клетки, обладающие транспортной функцией. Реснитчатый эпителий транспортирует слизь и очищает слизистые оболочки полости носа, носоглотки, трахеи, бронхов. В репродуктив- ном тракте женщин реснитчатый эпителий способствует также перемещению яйцеклетки по трубам в матку. Кроме активного и пассивного транспорта ионов, для многих клеток истинного эпителия характерен микровезикулярный транспорт, т.е. способность поглощать из внешней среды твердые частицы (фагоцитоз) либо определен- ное количество внеклеточной жидкости со всеми растворенными в ней веществами (пи- ноцитоз). В результате эндоцитоза поглощен- ные продукты либо аккумулируются с после- дующим расщеплением их в фаголиз°сомах, либо переносятся через клетку во внутреннюю среду (проникновение через барьер). Регуля- ция проницаемости истинного гематоэпители- ального барьера осуществляется на уровне альфа- и бета-адренорецепторов цитоплазма- тической мембраны. Опосредованное через альфа-адренорецепторы возбуждение эпите- лиоцитов ослабляет пассивный перенос через барьер воды, активный и пассивный транспорт ионов, органических кислот и других веществ. Стимуляция гладкомышечных клеток сосудов слизистой оболочки через бета-адренорецеп- торы, наоборот, усиливает пассивный транс- порт воды и активный и пассивный транспорт ионов; увеличивается также выход из эпители- оцитов ионов Na+, К+ и СГ. Гематоэпителиальные барьеры сравнитель- но легко повреждаются патогенными факто- рами разной природы в пороговых и особенно в сверхпороговых дозах. В поврежденных ба- 31
рьерах носовой полости, например при на- сморке, увеличивается размер пор, ограничи- вается венозный отток крови, усиливается транссудация тканевой жидкости и перерас- пределяются потоки воды, электролитов и по- лярных молекул. В патологии гематоэпители- альных барьеров важную роль играет измене- ние скорости созревания эпителиальных кле- ток. Избыток глюкокортикоидов, активных радикалов и других патогенных факторов су- щественно угнетает пролиферацию, созрева- ние и миграцию дочерних клеток на утрачен- ные участки барьера. Характер повреждений разных видов истинных гематоэпителиальных барьеров настолько неоднозначен, что это требует проведения анализа дисфункции каж- дого из них в отдельности. Кожный барьер формируется блестящим, гранулярным и эпидермальным слоями кожи. Эпидермальный слой содержит большое ко- личество линоленовой кислоты, которая вхо- дит в состав сфинголипидов. Последние дей- ствуют как барьер, предотвращающий потерю воды через кожу. Сфинголипиды образуются в клетках гранулярного слоя кожи и секрети- руются в интерстиций в период их дифферен- цировки. Барьерные свойства кожи усилива- ются за счет содержания в ней холестерина, триглицеридов, длинноцепочечных жирных кислот. В первой линии защиты кожного ба- рьера основную роль играет роговой слой эпидермиса и секрет сальных желез, содержа- щий эфиры жирных кислот с ярко выражен- ными гидрофобными свойствами. У человека жировая смазка кожи вырабатывается в коли- честве 20 г/сутки. Роговой слой эпидермиса состоит из многих слоев липидных пласти- нок, каждая из которых представляет собой бислой липидов (церамиды, холестерин, сво- бодные жирные кислоты). Роговой слой эпи- дермиса предотвращает потерю воды через кожу и препятствует проникновению неорга- нических и органических веществ, в том числе фармакологических препаратов, путем пассивной диффузии. Совместно с липидами секрета сальных желез он эффективно защи- щает интактную кожу от внедрения в нее во- дорастворимых и менее эффективно — от жи- рорастворимых патогенных факторов. Значительная роль в защите кожи принад- лежит определенной микробной флоре, которая высвобождает бактерицидные и другие веще- ства, угнетающие рост патогенных видов мик- роорганизмов внешней среды — аэробов, гра- мотрицательных бацилл, грибков кандида и др. Защитная функция кератинизированного слоя подавляется при старении кожи, микро- и, особенно, макротравмах. В стареющей коже уменьшается количество клеток эпидермиса, меняется их микроструктура, плотность ка- пилляров снижается ниже нормы. Коллагено- вые и эластичные волокна склерозируются, обновление эпидермальных клеток и клеток волосяных луковиц задерживается. На таком фоне железы кожи атрофируются, что снижает эффективность действия кожного барьера, на- рушает заживление и способствует инфициро- ванию травматизированных участков кожи. Независимо от возрастного фактора резкое снижение барьерных свойств возникает при повреждениях всех слоев кожи, особенно ро- гового. В этом случае через базальный слой и прилегающие к нему шиповатый и грануляр- ный слои происходит интенсивная резорбция водо- и жирорастворимых ксенобиотиков, способных вызывать не только местные, но и системные повреждения организма. Барьерные свойства кожи максимальны при сухой коже. Они заметно угнетаются при ее избыточном увлажнении и потоотделении вследствие активации роста многих видов па- тогенных микроорганизмов и грибков. Нор- мальный состав микрофлоры кожи утрачива- ется также при использовании фармакологи- ческих препаратов и косметических средств, содержащих бактерицидные вещества. При повреждениях кожного барьера защи- та осуществляется неспецифическими и спе- цифическими факторами. В неспецифичес- кой гуморальной защите участвуют лизоцим, лактоферрин, комплемент, фибронектин, ин- терферон; в неспецифической клеточной — нейтрофильные лейкоциты, эозинофилы, макрофаги и натуральные лимфоциты-килле- ры. Специфическая защита осуществляется при участии иммуноглобулинов разных клас- сов, системы Т-лимфоцитов и макрофагов. Слизистые барьеры взрослого человека име- ют площадь около 400 м2. Они представлены слизистой оболочкой желудочно-кишечного, дыхательного и урогенитального трактов, вы- стланных большей частью однослойным и в меньшей степени многослойным эпителием. Здоровый эпителий может противостоять дей- ствию любых повреждающих агентов лишь при условиях адекватной замены альтериро- ванных и стареющих эпителиоцитов новыми и полноценного функционирования линий за- щиты. Замещение эпителиоцитов в слизистой оболочке желудочно-кишечного тракта проис- ходит за счет постоянной пролиферации ство- ловых клеток крипт, а в слизистой оболочке дыхательных путей — базальных клеток. Сли- зистые барьеры, как и кожный, имеют две линии защиты — надэпителиальную и эпи- телиальную. Первая линия представлена сли- 32
Таблица 2. Состав слизистых секретов Компонент Содержание, % Вода 90-95 Муцины 5 Электролиты, энзимы, нуклеиновые кислоты, липиды, белки плазмы кро- ви, секреторные иммуноглобулины класса А, бактерии и их продукты Менее 1 зью — вязкой жидкостью сложного состава, находящейся на поверхности эпителия чаще всего в виде геля (табл. 2). Слизистый слой на слизистых оболочках желудочно-кишечного, дыхательного и уроге- нитального трактов защищает их от патоген- ного воздействия внезапного изменения ос- мотического давления внеклеточной жидкос- ти, инфицирования и альтерирующих эффек- тов патогенных агентов. У здорового человека толщина слизистого слоя, например, в тонкой кишке достигает 600 мкм. Физико-химические свойства слизи опре- деляются составом гликопротеинов; защит- ные — содержанием лизоцима, лактоферрина, макромолекул секреторного иммуноглобули- на класса А и других веществ. Защитные механизмы однослойного и многослойного эпителия слизистых оболочек имеют некоторые различия. Однослойный эпителий, выстилающий сли- зистую желудочно-кишечного тракта, дыха- тельных путей характеризуется тесными меж- клеточными контактами, Препятствующими проникновению в подслизистый слой чуже- родных макромолекул. Таким образом, усили- вается защита, осуществляемая муцином, антителами класса А и другими компонента- ми слизи. Здоровый однослойный эпителий слизистых оболочек может пропускать макро- молекулы исключительно путем активного микровезикулярного транспорта через эпите- лиоциты. Этот вид транспорта наиболее акти- вен в участках фолликулоассоциированного эпителия слизистых оболочек, где отсутству- ют специфические рецепторы для полимер- ных антител класса А. В трансэпителиальном транспорте макромолекул участвуют главным образом М-клетки. Многослойный эпителий слизистых оболо- чек представлен разными видами стратифи- цированного эпителия, в котором барьерную функцию выполняют некератинизированные и паракератинизированные клетки, а также мембраносвязующие гликопротеины, секре- тируемые клетками нижних стратифициро- ванных слоев. Гликопротеины, находящиеся между эпителиоцитами, резко снижают про- ницаемость многослойных эпителиальных ба- рьеров для макромолекул. Подобные барьеры имеют слизистые оболочки полости рта, глот- ки, пищевода, уретры и влагалища у женщин. Воздухоносные пути выстланы разными вида- ми эпителия — от псевдостратифицированно- го до однослойного. Барьерная функция однослойного и многослойного эпителия усиливается мощ- ными иммунными механизмами. По сравне- нию с другими тканями слизистые оболочки отличаются более обильным содержанием лимфоидных клеток и высокой продукцией иммуноглобулинов. Иммунная система сли- зистых оболочек состоит из специализиро- ванных компонентов — организованной лим- фоидной ткани и диффузно расположенных лимфоидных клеток. Оба компонента отделе- ны от контакта с антигенами, находящимися на поверхности слизистой оболочки, эпите- лиальными барьерами. Организованная лим- фоидная ткань сосредоточена в фолликулах — миндалинах, бронхах и кишечнике. Отдель- ные фолликулы имеются на всем протяжении слизистой оболочки желудочно-кишечного тракта с более высокой плотностью в толстой и прямой кишке. Агрегированные фолликулы локализованы в язычных и небных миндали- нах, в виде аденоидов в оральной и носовой области глотки, в пейеровых бляшках тонкой кишки и в аппендиксе. Типичные кишечные фолликулы в периферической зоне и заро- дышевом центре содержат особенно много В-лимфоцитов. Эта зона отделяется от эпите- лия коронообразной структурой, содержащей В-лимфоциты, СП4+-Т-лимфоциты, антиген- представляющие клетки, в том числе макро- фаги. В агрегатах фолликулы отделены друг от друга интерфолликулярной зоной, богатой Т-клетками. В этих зонах находятся венулы, через стенки которых передвигаются цирку- лирующие лимфоциты. Организованный и диффузный компонент иммунной системы играют важную роль в механизме антигенной стимуляции и генерации лимфоцитов, про- дукции плазмоцитов, синтезирующих имму- ноглобулины класса А, в образовании клеток памяти — В- и Т-лимфоцитов. Поддержание барьерных свойств слизис- тых оболочек иммунным механизмом в орга- нах имеет некоторые особенности. Слизистая оболочка дыхательных путей ниже голосовых связок обладает мощной над- эпителиальной и эпителиальной барьерной защитой, поддерживаемой эффективно дейст- вующими иммунными механизмами. Эту за- 33
щиту значительно усиливают движения рес- ничек эпителиоцитов, вентиляция легких, кашлевые и чихательные рефлексы, предот- вращающие избыточное накопление на по- верхности слизистой оболочки альтерирую- щих продуктов и антигенов, поступающих с вдыхаемым воздухом. Снижение барьерных свойств слизистой оболочки дыхательных путей ведет к развитию разных по этиологии заболеваний дыхательных путей. Слизистая оболочка в разных отделах же- лудочно-кишечного тракта имеет хорошо вы- раженные барьерные свойства за счет эффек- тивно действующих механизмов надэпители- альной и эпителиальной защиты. В желудке дополнительным фактором, усиливающим функцию барьера против бактерий внешней среды, является секреция соляной кислоты. Дефицит ее и повышение pH желудочного сока способствуют быстрой колонизации па- тогенной флорой слизистой оболочки желуд- ка и даже тонкой кишки. В тонкой кишке важную защитную роль выполняет усиленная моторика. Особыми свойствами обладает ба- рьер слизистой оболочки ротовой полости. Слизистый барьер полости рта. Структура слизистой полости рта идентична коже и эпи- телию кишечника одновременно, так как она имеет слущивающийся плоский эпителий и в то же время простой цилиндрический эпите- лий и влажную поверхность. Слизистая обо- лочка полости рта состоит из тесно располо- женных клеток с минимальным количеством межклеточного пространства. Способна транспортировать разнообразные продукты, в том числе патогенные, из внешней среды в интерстиций, а затем в лимфу и кровь. Транс- портные механизмы представлены диффузи- онными процессами, активным переносом против концентрационного градиента и дру- гими видами эндоцитоза. Диффузионные по- токи обеспечивают движение молекул суб- стратов из зоны большей концентрации в зону меньшей. Диффузия может происходить через липидные компоненты мембраны или через водные канальцы. Большинство ве- ществ проникает через слизистую оболочку полости рта путем простой диффузии по зако- ну Фика, хотя слущивающийся плоский эпи- телий структурно более сложный, чем про- стая мембрана. Активный транспорт веществ через слизистую против концентрационного градиента или ионов против электрохимичес- кого градиента обеспечивается за счет мета- болизма и потребления энергии (активный транспорт аминокислот и др.). Твердые час- тицы проникают в клетки слизистой полости рта путем фагоцитоза, особенно в базальном слое. Растворенные в ротовой жидкости про- дукты захватываются путем пиноцитоза, а се- лективный трансэпителиальный транспорт осуществляется при участии адсорбционного эндоцитоза. В результате разных видов эндо- цитоза поглощаемые продукты вначале акку- мулируются в клетках слизистой в виде вези- кул, затем проникают через цитоплазматичес- кую базолатеральную мембрану во внутрен- нюю среду. Интенсивность этих процессов определяет уровень проницаемости слизисто- го барьера полости рта, повреждения которо- го ведут к резкому неспецифическому по- вышению проницаемости слизистого барьера полости рта. Слизистая выводных протоков желез внеш- ней секреции (слюнных желез, поджелудочной железы, желчевыводящих путей и др.). Клет- ки слизистой оболочки выводных протоков имеют плотные контакты. Через слизистую оболочку протоков осуществляется лишь не- большой пассивный трансэпителиальный поток ионов через узкие межклеточные щели из внешней среды внутрь и обратно. Актив- ная ионная проводимость в клетках слизи- стой выводных протоков имеется исключи- тельно в апикальной и базолатеральной мем- бране. Апикальная мембрана обладает ион- ными каналами (Ма+-каналы и др.), базолате- ральная — ионными насосами и аппаратом энергетического обеспечения. Проницаемость и транспортная функция клеток слизистой выводных протоков регули- руются главным образом симпатическими ме- диаторами. Возбуждение клеток, опосредо- ванное через бета-адренорецепторы, сопро- вождается усилением пассивного транспорта воды и активного и пассивного транспорта анионов и катионов через слизистую оболоч- ку протоков. Одновременно стимулируется выход из эпителиоцитов Na+, К+ и СГ в ок- ружающую среду. Возбуждение эпителиоци- тов, опосредованное через альфа-адренорецеп- торы, ведет, наоборот, к ослаблению пассивно- го транспорта воды, активного и пассивного транспорта ионов через слизистую протоков. Повреждение слизистой оболочки прото- ков вызывается химическими, физическими и биологическими патогенными факторами. Оно характеризуется усилением и часто пере- распределением пассивного потока воды, ионов через межклеточные щели, угнетением активной ионной проводимости через апи- кальную и базолатеральную мембрану, резким изменением состава секрета на поверхности слизистой оболочки протоков. Это происхо- дит обычно на фоне нарушений функции дру- гих барьеров. 34
Слизистая оболочка мочеполового тракта обладает выраженными барьерными свойст- вами, которые определяются состоянием над- эпителиальной и эпителиальной защиты, а также регулярностью мочеиспускания. Регу- лярное мочеиспускание при нормальной мик- рофлоре у мужчин и женщин препятствует колонизации патогенной микрофлорой сли- зистой оболочки. У женщин высокая кон- центрация гликогена в эпителиоцитах и его распад создают повышенный уровень молоч- ной кислоты во влагалище, что угнетает рост многих видов патогенных микробов. Клетки слизистой оболочки репродуктивного тракта у женщин не имеют механизма направленно- го эндоцитоза, поэтому через стратифициро- ванный эпителий не происходит пассивной диффузии белков и других видов макромоле- кул. Они, в том числе антигены, проникают через слизистую оболочку исключительно за счет миграции антигенпредставляющих кле- ток (клеток Лангерганса) в слои слизи и об- ратно. Мигрируя через слизистый барьер, ак- тивированные антигенпредставляющие клет- ки транспортируются в лимфатические сосу- ды, а затем в лимфатические узлы. Эффектив- ность барьерной функции слизистой оболоч- ки мочеполового тракта у женщин заметно изменяется в динамике физиологических из- менений активности клеток. Фазы менстру- ального цикла сопровождаются изменениями не только толщины эпителиального слоя вла- галища и шейки матки, но и способности эпителиоцитов к эндоцитозу. При этом изме- няется также распределение антигенпредстав- ляющих клеток в слизи и подслизистом слое. При несостоятельности любых видов сли- зистых барьеров возникают местные (воспа- ление) и общие (инфекционные осложнения, сепсис и др.) патологические процессы. 2.1.2. Гематолимфатический барьер Гематолимфатический барьер осуществляет механическую и физико-химическую защиту клеток органов и тканей от проникновения и действия патогенных факторов. Барьер обра- зован эндотелиоцитами, базальной мембра- ной капилляров, артерий и вен, интерстици- альным пространством, заполненным меж- тканевой жидкостью, клетками начальных лимфатических сосудов и клетками лимфоид- ных органов, масса которых у взрослого чело- века достигает 2 кг. Проницаемость эндоте- лия определяется состоянием гликопротеино- вого слоя на поверхности клеток, способнос- тью формировать цитоплазматические вези- кулы и величиной межэндотелиальных ще- лей, которая в норме составляет 15—20 нм. Эндотелий сосудов осуществляет обмен гид- рофильных низко- и макромолекулярных со- единений между кровью и интерстицием. Низкомолекулярные гидрофильные продукты транспортируются главным образом через межэндотелиальные щели. В капиллярах бры- жейки они открыты на 100 %, скелетных мышц — на 10 %, мозга — 0 %, что отражает интенсивность пассивного транспорта гидро- фильных низкомолекулярных соединений в разных органах. Эндотелий нормальной сосу- дистой стенки для макромолекул относитель- но непроницаем, вследствие чего различие в концентрации протеинов в крови и межкле- точной жидкости весьма существенно. Мак- ромолекулы переносятся по трансэндотели- альным каналам, образованным несколькими слившимися везикулами вследствие адсорб- ции на поверхности цитоплазматической мембраны. Проницаемость эндотелия сосудов и характер обмена между кровью и интерсти- цием определяют объем интерстициального пространства, представляющего собой про- межуточное звено гемолимфатического ба- рьера. Эта область включает жидкую и макро- молекулярную фазы и матрикс, состоящий из компонентов соединительной ткани (гликоза- миногликаны и др.). Интерстициальное про- странство пронизано внутритканевыми кана- лами без эндотелиальной выстилки (прелим- фатические сосуды) и лимфатическими сосу- дами, имеющими тонкие, высокопроницае- мые эндотелиальные клетки с щелями разной ширины. Лимфатические сосуды, собираю- щие лимфу, выступают в роли фильтров для различных циркулирующих в ней субстанций. В лимфоидных органах и клетках продуциру- ются антитела при антигенной стимуляции. Стабилизация заполнения интерстициального пространства обеспечивается саморегуляцией объема интерстициальной жидкости. В регу- ляции принимают участие лимфатические со- суды, которые способны сокращаться и транспортировать жидкость из внесосудисто- го пространства в ток венозной крови. Сокра- тительная способность лимфатических сосу- дов обычно повышается при утрате менее 50 % от объема циркулирующей крови. Благо- даря активации моторики лимфатических со- судов при большом запасе жидкости в интер- стициальном пространстве развиваются срав- нительно быстро компенсаторные процессы и обеспечивается восстановление утраченной части плазмы крови. При утрате 50 % и более циркулирующей крови моторная активность лимфатических сосудов угнетается, что, как 35
правило, ведет к развитию гиповолемическо- го шока. В последнем случае уменьшение объема циркулирующей крови в крупных со- судах и особенно в системе микроциркуляции сочетается с увеличением проницаемости эн- дотелия сосудов и усилением поступления из крови в интерстициальное пространство воды, электролитов и плазменных белков. При этом существенно изменяются состав и объем интерстициальной жидкости, которые влияют на пассивный транспорт полярных водорастворимых молекул, в том числе ток- сичной природы. Это способствует разведе- нию и снижению концентрации патогенных молекул, а следовательно, ослаблению их по- вреждающего действия. 2.1.3. Гистогематические барьеры Гистогематическими барьерами располагают органы, клетки которых требуют поставки из внеклеточной среды лишь определенных пи- тательных материалов. К этой группе отно- сятся также органы, имеющие в составе цито- леммы аутоантигены, проникновение кото- рых в кровь вызывает развитие разрушающего аутоиммунного процесса. Селективная про- ницаемость гистогематического барьера для питательных веществ, циркулирующих в крови, обеспечивает трофику паренхиматоз- ных клеток. Блокада тканевых антигенов с клетками иммунной системы организма пред- отвращает ее участие в механизмах аутоим- мунных процессов. Организация гистогемати- ческих барьеров в различных органах отлича- ется своеобразием. 2.1.З.1. Гематоэнцефалический барьер Гематоэнцефалический барьер (ГЭБ) играет важную роль в энергетике и функциональной активности ЦНС. В состав ГЭБ входят все элементы, расположенные между кровью и нервной клеткой, — эндотелий мозговых со- судов и капилляров (основная часть ГЭБ), ба- зальная мембрана, глиальные клетки, сосу- дистые сплетения и оболочки мозга. Матрикс в ЦНС непроницаем для чужеродных клеток даже при высвобождении ими протеаз, так как олигодендроциты выделяют большое ко- личество ингибиторов протеаз. Поэтому ГЭБ защищает ЦНС от проникновения токсичес- ких эндогенных и экзогенных веществ — би- лирубина, связанного с белками плазмы, и др. Тесный контакт клеток эндотелия и отсутст- вие в этих клетках фенестрации обеспечивают низкую проницаемость ГЭБ в обоих направ- лениях и задерживают вещества с диаметром частиц 2 нм и более и мол. м. более 2—10 кДа. При проникновении чужеродных частиц в эн- дотелиоцитах включается мощная защитная лизосомная система. ГЭБ создает для нейро- нов мозга специализированную среду, опти- мальную по составу для синаптической пере- дачи возбуждения. В создании такой среды важную роль играют эндотелиальные клетки, обладающие специфическими системами переносчиков. Селективное проникновение различных питательных веществ в мозговую ткань про- исходит трансэндотелиально в капиллярах. Быстро проникающие вещества обычно ис- пользуют особые механизмы транспорта. Од- нако скорость проникновения этих продуктов в мозг в 1000 раз и более меньше, чем в ка- пиллярах других тканей — кожи, скелетных мышц. ГЭБ практически непроницаем для циркулирующих в крови нейромедиаторов из- за наличия «ферментного барьера». Так, экстракция моноаминов из системы мозгово- го кровообращения не превышает 3—5 %. Проникающие в мозг моноамины быстро раз- рушаются МАО (моноаминоксидаза), содер- жащейся в эндотелии и перицитах, а также К.ОМТ (катехол-оксиметилтрансфераза) пи- альных сосудов, хориоидальных сплетений. Энергичному ферментативному распаду под- вергаются поступающие из крови в мозг и це- реброспинальную жидкость бета-эндорфин и ангиотензин II. Многие биологически актив- ные вещества (соматостатин, тиролиберин, энкефалины и др.) проникают из крови через ГЭБ в незначительных количествах. ГЭБ не- проницаем для центральных нейромедиато- ров. Это не только предохраняет их от вымы- вания в периферическую плазму, но и удер- живает в месте высвобождения. В то же время ГЭБ не может осуществить полной защиты нервной ткани от действия нейротропных агентов, в том числе патогенной природы, так как микроциркуляторное русло ЦНС имеет области с фенестрированными капилляра- ми — небольшие участки в ростральном кон- це 3-го желудочка (субфорникальный орган, конечная пластинка) и каудальном конце 4-го желудочка (area postrema). В этих участках сравнительно низкомолекулярные соедине- ния с мол. м. 15—25 кДа (интерлейкин 1, фак- тор некроза опухолей, интерлейкин 6, альфа- 2-интерферон и др.) проникают в ствол мозга. Проникновение низкомолекулярных продук- тов в мозг ведет к изменениям активности ве- гетативной нервной системы, функции эндо- кринных органов, поведенческих актов и им- мунных реакций. Так, проникновение ангио- 4R
тензина II в мозг вызывает раздражение ней- ронов субфорникального органа, которые проецируются в гипоталамус и базальные ган- глии переднего мозга; изменяются уровень АД, секреция вазопрессина, прием воды и другие физиологические показатели. Участки сосудистой системы мозга с фене- стрированными капиллярами не относятся к ГЭБ, обладающему только нефенестрирован- ными капиллярами. В составе ГЭБ системы «кровь—мозг» и «кровь—цереброспинальная жидкость» функ- ционируют самостоятельно. Система «кровь- мозг» представлена эндотелием капилляров, макро- и микроглией. Эндотелий капилляров мозга содержит в 4 раза больше митохондрий, чем эндотелий сосудов периферических орга- нов, что указывает на его высокую метаболи- ческую активность; характеризуется не только тесными контактами между клетками и отсут- ствием фенестраций в базальной мембране, но и слабо выраженным пиноцитозом. Функцио- нальная активность эндотелиоцитов мозговых капилляров регулируется астроцитами, секре- тирующими трофические факторы, влияющие на синтез белков в эндотелиоцитах, актив- ность ферментов систем трансэндотелиально- го переноса веществ. Эндотелиоциты мозго- вых сосудов синтезируют и накапливают ней- ромедиаторы с вазоактивными свойствами, которые при раздражении эндотелия высво- бождаются, через специфические рецепторы взаимодействуют с гладкомышечными клетка- ми артериол и тем самым изменяют кровоток. В мозговых капиллярах объем кровотока регу- лируется перицитами, обладающими сократи- тельной функцией, свойственной гладким мышцам. В капиллярах мозга имеются также нервные окончания, через которые, возможно, регулируется интенсивность фосфорилирова- ния и других процессов метаболизма и транс- порта в нервной ткани. Неспецифическая проницаемость мозго- вых сосудов для самых разнообразных ве- ществ зависит от продукции неспецифичес- ких щелочных фосфомоноэстераз, бутирилхо- линэстеразы, гамма-глутамилтрансферазы, аминопептидазы, Na+-, К+-зависимой АТФазы. Проницаемость для липофильных веществ до- полнительно определяется липофильностью их недиссоциированных форм, ионной диссоциа- цией, а также pH плазмы, связыванием с плаз- менными белками. Эндотелий капилляров мозга имеет несколько систем переноса — для гексоз, аминокислот, монокарбоксильных кис- лот, предшественников нуклеиновых кислот и для холина. Специфическая система трансло- кации гексоз (глюкоза, манноза, галактоза), монокарбоновых кислот, основных и кислых аминокислот, холина обеспечивает нейроны основными энергетическими и пластическими материалами. Специфическая система трансло- кации нейтральных аминокислот функциони- рует в двух вариантах. Система, локализован- ная на обращенной в просвет капилляра по- верхности эндотелиоцитов, преимущественно переносит лейцин и другие незаменимые ами- нокислоты и сохраняет постоянство их общего содержания в мозговой ткани. Другая система осуществляет предпочтительный транспорт аланина и других заменимых аминокислот. Концентрируя их внутри эндотелиоцитов, эта система создает движущую силу для транспорта незаменимых нейтральных аминокислот в моз- ге и поддерживает их низкую концентрацию в мозговой ткани. Неспецифическая система транспорта бел- ков обеспечивает проникновение белков пре- имущественно через канальцевидные межкле- точные коммуникации и задерживает все ве- щества с мол. м. более 10 кДа при размере частиц 2 нм. В эндотелиоцитах большая часть белков, поступивших в результате пиноци- тоза, разрушается мощной лизосомной сис- темой. Системы ионного транспорта эндотелиоци- тов функционируют при участии Na+-, К+-, Са2+- и Mg2+-HacocoB, локализованных на ци- топлазматической мембране. Система транслокации незаменимых жир- ных кислот обеспечивает их поступление в мозговую ткань, где происходят основные этапы их метаболизма и включение в состав различных мембран. Диффузионный обмен веществ с полярными молекулами между кровью и внеклеточной жидкостью мозга затруднен из-за наличия ГЭБ, образованного глиальными клетками, покрывающими капиллярную сеть. В то же время эндотелий мозговых сосудов проницаем для макромолекул исключительно в безбарьер- ной зоне, локализованной в области располо- жения ядер базальных отделов ствола, межу- точного и конечного мозга (гипоталамичес- кие, паравентрикулярные нервные центры, ядро отдельного пучка, субфорникальный орган, area postrema). Благодаря таким свойст- вам эндотелия обеспечивается поступление из крови в базальные ядра биологически актив- ных веществ (биогенные амины, гормоны — инсулин, ангиотензин, кальцитонин; олиго- пептиды, вещество П, простагландины группы D и др.). Воздействуя на специфические ре- цепторы нейронов ядер базальных отделов ствола, биологически активные вещества уча- ствуют в центральной регуляции вегетативных 37
функций организма, например в модуляции сердечно-сосудистых рефлексов и централь- ной регуляции артериального давления. Глия. Клетки глии занимают приблизи- тельно 50 % от массы мозга, из них 90 % составляют астроциты и олигодендроциты, 10 % — микроциты. В мозговой ткани глия выполняет опорную (в отношении нейро- нов), репаративную, трофическую и буфер- ную (гомеостатическую) функции. Глиаль- ные клетки также секретируют гуморальный фактор, стимулирующий регенерацию аксо- на, растущий конец которого обладает фиб- ринолитической способностью. Функция от- дельных видов клеток глии отличается выра- женной специализацией. Астроциты по признаку их локализации подразделяют на фиброзные и протоплазмати- ческие: первые сосредоточены в белом вещест- ве мозга, вторые — в сером. Астроциты, обра- зуя множество контактов одновременно на соме нейронов и в капиллярах, транспортиру- ют различные вещества из крови в нейрон и в обратном направлении, поддерживая опти- мальный уровень водно-ионного равновесия. В активированном астроците снижается содер- жание РНК, белка и ферментов; на этом фоне клетка переходит с аэробного в основном на анаэробный гликолиз. В этот период астроци- ты наиболее интенсивно поглощают из вне- клеточной среды биологически активные ами- нокислоты (глутамат, глицин, аланин, гамма- аминомасляную кислоту), биогенные амины, ионы Са2+, К+ и снабжают нейрон необходи- мыми питательными веществами (трофичес- кое действие). Одновременно астроциты акку- мулируют ионы, выходящие из возбужденного нейрона, создавая оптимальный ионный со- став вокруг нервных клеток. Олигодендроциты являются продуцентами миелина в центральной и периферической нервной системе; участвуют в регуляции переноса ионов через клеточные мембраны. Микроглиальные клетки, по аналогии с гистиоцитами, обладают фагоцитарной функ- цией и удаляют из мозговой ткани погибшие клетки. Функции эндотелия и глиальных клеток при повреждениях мозга. Эндотелий мозговых со- судов легко повреждается при нарушениях кислотно-основного состояния, повышении давления крови в артериях мозга, воздействи- ях на эндотелиоциты жирорастворимых пато- генных продуктов (этанол, пропиленгликоль и др.). Ослабление функции ГЭБ вызывают токсичные вещества (соединения ртути и др.), лекарственные препараты (амитриптилин и др.), повышение концентрации в крови био- логически активных веществ (гистамин, ан- гиотензин). Нарушения функции ГЭБ сочета- ются с увеличением числа эндотелиальных пузырьков вследствие усиления везикулярно- го транспорта белка через ГЭБ активным или пассивным путем. При воспалительных про- цессах в ЦНС повреждение ГЭБ стимулирует миграцию лейкоцитов трансцеллюлярно через эпителиоциты, в то время как в других отделах сосудистой системы при воспалении лейкоциты мигрируют исключительно через межклеточные контакты. Поврежденный эн- дотелий утрачивает способность к селектив- ному транспорту гексоз и аминокислот из крови в мозг. Через эндотелий начинают перемещаться в обоих направлениях белки, липопротеиды и многие другие вещества, на- рушающие функцию нейронов и глиальных клеток. В зонах развития воспалительного процесса в нервной ткани трансэндотелиаль- ная миграция лейкоцитов обычно поддержи- вает воспалительную демиелинизацию аксо- нов нервных клеток, способствуя раздраже- нию глиальных элементов, а в тяжелых случа- ях вызывает их гибель. Необратимые повреж- дения клеток глии ведут к нарушению ее опор- ной функции, изменению архитектоники рас- положения нейронов, патологической актива- ции или угнетению их деятельности, к разви- тию нейродистрофий. В мозговой ткани, ок- ружающей зону воспалительного очага, раз- дражение глии проявляется в виде усиления митотического деления макроглиальных кле- ток и их полиплоидизации. Чрезмерная сти- муляция астроцитов приводит к нарушениям трофической функции в связи с угнетением способности к мобилизации и усилению син- теза трофических материалов, низким уров- нем поглощения аминокислот из внешней среды, неполноценностью транспорта ионов, высвобождаемых нейроном. Дефекты в регу- ляции ионного состава внеклеточной жидкос- ти служат причиной изменений возбудимости нейронов и развития в них дистрофических процессов. Растяжение, перерезка нервных стволов, проникновение склерозирующих веществ, микробов (лепры) в эндоневральные про- странства периферических нервных стволов повреждают функции метаболических единиц, представленных триадой — олигодендроцит- миелин—аксон нейрона. Патологический про- цесс начинается с повреждения капилляров эндоневрия и периневрия, резкого увеличения пассивной проницаемости эндотелия для мак- ромолекул, ионов и водорастворимых не- электролитов. Это изменяет функциональное состояние аксонов нервных клеток, нарушает
проведение в них возбуждения, что в итоге может приводить к дегенерации. Система кровь—спинномозговая жидкость. В образовании СМЖ участвуют эндотелий и кубический эпителий сосудистых сплетений стенок желудочков мозга. Кубический эпите- лий активно секретирует Na+ и тем самым со- здает определенный химический концентра- ционный градиент, определяющий объем СМЖ во всех полостях мозга. Частично СМЖ образуется за счет диффузии межклеточной жидкости из мозговой ткани, омывающей ней- роны и глиальные клетки. Активное образова- ние СМЖ мозговыми сосудистыми сплетения- ми и самой мозговой тканью создает опреде- ленное гидростатическое давление (в среднем 20—40 мм рт.ст.). СМЖ истекает из желудоч- ков мозга, и большая часть ее реабсорбируется в систему венозных синусов при помощи арах- ноидальных ворсинок, сформированных в виде клапанов. Небольшое количество СМЖ может всасываться в местах выхода черепно- мозговых и спинальных нервов. Спинномозго- вая жидкость выполняет роль специализиро- ванной жидкой среды — наполнителя полос- тей, где располагается ЦНС. Благодаря погру- жению в жидкую среду ЦНС обеспечивается не только оптимальной механической защи- той, но и высокоэффективным дренирующим механизмом, действующим за счет удаления вредных продуктов распада с током СМЖ, главным образом в венозные синусы. Состав СМЖ претерпевает количествен- ные и качественные изменения при самых различных патологических процессах, возни- кающих в ЦНС. Важную роль в этих процес- сах играют клетки эпендимы, которые вместе с пиаглиальной мембраной отделяют СМЖ от межклеточной жидкости мозга. Клетки эпен- димы — эпендимоциты, снабженные микро- ворсинками, обладают свойствами транспорт- ного эпителия, характерным признаком кото- рого является высокая активность АТФазы латеральной и базолатеральной мембраны клетки, а также наличие щелевых контактов между клетками. В связи с такой структурной организацией эпендима выполняет роль диф- ференцирующих фильтров между СМЖ и межклеточной жидкостью мозга, обмен между которыми может осуществляться через межклеточные щели эпендимы путем диффу- зии и общего тока интерстициальной жидкос- ти. Из межклеточного пространства нервной ткани в СМЖ могут поступать различные продукты. Так, вдыхание газовой смеси с резко повышенной концентрацией СО2, дли- тельные судороги, вызванные электрошоком или фармакологическими препаратами, по- вышение артериального давления выше ис- ходного на 90 мм рт.ст. и более повреждают ГЭБ. Это повреждение происходит на фоне резкой дилатации сосудов головного мозга, повышения гидростатического давления в мозговых сосудах, нарушения образования и циркуляции СМЖ, угнетения трофической и буферной функции глии. При повреждении ГЭБ возникает альтерация нейронов, разви- ваются системные нарушения регуляции дея- тельности жизненно важных органов, значи- тельно возрастает концентрация белков в СМЖ и межклеточной жидкости мозга. Угне- тение продукции СМЖ связано обычно с уменьшением поступления в желудочки мозга Na+, секретируемого кубическим эпителием сосудистых сплетений. При отеке мозга СМЖ выполняет очень важную для компенсации нарушений метаболизма дренирующую функ- цию за счет усиленного поступления в нее па- тологических ингредиентов из межклеточных пространств поврежденных участков мозго- вой ткани и ускорения их удаления в веноз- ные синусы. При повреждении мозговой ткани пролиферация клеток эпендимы резко увеличивается, что играет важную роль в за- пуске и поддержании регенеративного про- цесса, ведущего к замещению утраченных участков мозга соединительной тканью. Хро- нические повреждения сосудистых сплетений желудочков мозга часто развиваются при бо- лезнях иммунных комплексов, продукции ау- тоантител к гломерулярным базальным мем- бранам почек из-за сходства их антигенного состава со структурами сплетений. Повыше- ние содержания белков в СМЖ возникает при различных формах менингита, при опухолях ЦНС. Ограниченная гетерогенность имму- ноглобулинов класса G отмечается при ост- рых заболеваниях мозга (герпетический энце- фалит), а также при хронических патологи- ческих процессах (рассеянный склероз, сифи- лис). Выраженное повышение концентрации белков в СМЖ, специфичных для ЦНС, про- исходит при острых энцефалитах, сиринго- миелии. При некоторых формах шизофрении в СМЖ возрастает активность бета-гидрокси- лазы. Своеобразие механизмов образования и циркуляции СМЖ часто влияет на фармако- динамическое действие лечебных препаратов и других веществ при внутрижелудочковых и спинномозговых введениях. 2.1.3.2. Гематотестикулярный барьер В гематотестикулярном барьере (ГТБ) барьер- ную функцию выполняют стенки сосудов, 39
имеющие сплошной эндотелий, собственная оболочка семенных канальцев, клетки Серто- ли, интерстиций и белковая оболочка яичек. Эти структуры обеспечивают высокую изби- рательность проникновения веществ внутрь семенных канальцев и изолируют спермато- генный эпителий от иммунного аппарата соб- ственного организма. Через ГТБ не проника- ют краски, L-ДОФА, антитела класса G, но проходят альбумины, альфа- и бета-глобули- ны, гонадотропные гормоны (ФСГ, ЛГ, эстрогены). При повреждениях ГТБ (травма, действие повышенной температуры, инфек- ции — туберкулез, вирусный паротит и др.) образуются аутоантигены, которые индуциру- ют синтез соответствующих аутоантител, вы- зывающих повреждение клеток яичек и асперматогенез. 2.1.3.3. Гематофолликулярный барьер Гематофолликулярный барьер (ГФБ) форми- руют клетки внутренней теки зреющего фол- ликула и фолликулярный эпителий. Трофи- ческие потребности созревающей яйцеклетки обеспечиваются клетками гранулезы, по- скольку прямого контакта между фоллику- лярной жидкостью и яйцеклеткой не сущест- вует. Подвергающиеся атрезии фолликулы не имеют ГФБ. 2.1.4. Циркуляторно-органные барьеры Циркуляторно-органные барьеры (ЦОБ) обес- печивают внутрисосудистое очищение крови от чужеродных продуктов. Функция этих ба- рьеров, сосредоточенных в разных органах, в известной степени специализированна. Печеночный барьер защищает гепатоциты от проникновения грамотрицательной микро- флоры и ее эндотоксинов. Основную функ- цию в этом процессе выполняют клетки Куп- фера. Они на 80—90 % очищают кровь в пор- тальной системе от патогенных микробных факторов путем интенсивного эндоцитоза. Повреждение печеночного барьера происхо- дит, как правило, при гипоксических состояниях. В этом случае срыв защиты пече- ни сопровождается проникновением бактери- альных эндотоксинов в общий кровоток, что ведет к грубым нарушениям циркуляции крови вплоть до эндотоксинового шока. Легочной барьер задерживает циркулирую- щие в крови мелкие частицы (микросгустки фибрина, тени эритроцитов, опухолевые клетки, микробы, жировые капли размером до 7 мкм). Закупоривая легочные сосуды, мелкие частицы вызывают местную гомеоста- тическую бронхо- и вазоконстрикцию. В зоне обструкции возникает лейкоцитарная ин- фильтрация, и возбужденные микро- и мак- рофаги уничтожают патогенные факторы, после чего локальная бронхо- и вазокон- стрикция исчезает. Гематоофтальмический барьер (ГОБ) под- держивает адекватность химического состава водянистой влаги, обеспечивающей снабже- ние питательными веществами главным обра- зом хрусталика и роговой оболочки глаза, не имеющих собственной системы кровоснабже- ния. Другие отделы глаза — сетчатка, радуж- ка, хориоидальные и цилиарные тела имеют обильную васкуляризацию и получают пита- тельные вещества из крови. Функция оптических сред глаза определя- ется составом водянистой влаги, которая об- разуется исключительно капиллярами и эпи- телиоцитами цилиарного тела. Постоянно об- разующаяся водянистая влага частично удаля- ется через зрачок в переднюю камеру глаза, затем через фонтаново пространство она перемещается в фильтрующий угол радужки и вливается в шлеммов канал. Другая часть во- дянистой влаги покидает глаз через крипты в венах передней поверхности радужки. Осталь- ное количество водянистой влаги проникает в гиалоидный канал папиллы зрительного нерва через щель, образованную поддержива- ющими связками хрусталика и передней по- верхностью стекловидного тела. В последнем случае водянистая влага вливается в лимфати- ческие сосуды ствола зрительного нерва или сосудов радужки. Функция ГОБ нарушается при механичес- ких повреждениях глаза (пункция и др.), че- репно-мозговой травме и других повреждени- ях. Функциональные нарушения ГОБ прояв- ляются прежде всего в угнетении активности селективных механизмов трансэндотелиаль- ного транспорта белков, аминокислот, аскор- биновой кислоты и в меньшей степени электролитов. При этом концентрация белков в водянистой влаге может возрастать в десят- ки раз, исчезает разница в содержании ами- нокислот, резко снижается концентрация ас- корбиновой кислоты. Патологические изме- нения состава водянистой влаги ведут к по- вреждениям оптических сред глаза, ограниче- нию ее выведения и повышению внутриглаз- ного давления, что отрицательно влияет на функцию нейронов сетчатки. В патогенезе многих заболеваний зрительного аппарата из- менения продукции и состава водянистой влаги могут играть важную роль. лп
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ Сериков В.Б., Серикова Н.В., Беляков Н.А. Форми- рование микровезикул в клетках эндотелия. Параметры эволюции везикул//Биологические мембраны. — 1987. — Т. 4, № 9. — С. 947—954. Andreoli Th.E., Hoffman J.F. (Eds) Membrane physiol- ogy. — New York, 1987. Arturson G. Aspects of the blood-lymph-barrier in shock//Upsala J. med. Sci. — 1988. — Vol. 93, N 2. - P. 193-200. Ausiello D.A., Hartwig G., Brown D. Membrane and microfilament organization and vasopressin action in transporting epithelia//Cell Calcium and Contr. Membr. Transp: 40th Annu Symp. — Woods Hole, Nass, 3—7 Sept, 1986. — New York, 1987. — P. 259-275. Banks W., Kastin A. Saturable transport of peptides across the blood-brain barrier//Life Sci. — 1987. — Vol. 41, N 11. - P. 1319-1338. Bradbury M.W.B. The blood-brain barrier//Circ. Res. - 1985. - Vol. 57. - P. 213-222. Broadwell R.D., Balin B.J., Salcman M. Polatity of the blood-brain barrier to the endocytosis of exogenous protein/Ed. Z. Wiss, Karl-Marx-Univ. — Leipzig: Math.-naturwiss. R., 1987. — Vol. 36, N 2. — P. 170-174. Frokjaer J.J. The continuous capillary: structure and function//Biol. skr. Kgl. dan. vid. selsk. —1985. — Vol. 25. - P. 209—253. Handler J.S. Overview of epithelial polarity//Ann. Rev. Physiol. — 1989. - Vol. 51. - P. 729-740. Landman L. The epidermal permeability barrier//Anat. and Embriol. — 1988. — Vol. 78, N 1. — P. 1 — 13. Narahashi T. Ion channels. — New York, 1988. — Vol. 1. Neuwelt E.A. (Ed.) Implication of the Blood-Brain Barrier and its manipulation. — Vol. 1. — New York, 1988. Pardridge W.M. (Ed.) The blood-brain barrier: cellular and molecular biology. — New York, 1993. Rodriguer-Boulan E., Salas P.J. External and internal signals for epithelial cell surface polarization//Ann. Rev. Physiol. - 1989. — Vol. 51. - P. 741-754. Smith Q.R. The blood-brain barrier and the regulation of amino acid uptake and availability to brain// Adv. exp. Med. Biol. — 1991. — Vol. 291. — P. 55-71. Spring K. Salt and water transport by epithelia: electro- physiologic and light microscopic techniques// Molec. Physiol. - 1985. - Vol. 8, N 1. - P. 35- 42. Welsh M. Electrolite transport by airway epithelia// Physiol. Rev. - 1987. - Vol. 67, N 4. - P. 1143— 1184. 2.2. ПАРАИММУНИТЕТ Параиммунитет — процесс быстрого включе- ния неспецифической защиты организма в ответ на воздействие патогенных агентов до периода формирования полноценного специ- фического иммунитета. В основе параимму- нитета лежат активация систем микро- и мак- рофагов, усиление пролиферации клеток лимфоидной ткани, индукция синтеза лизо- цима, интерферона, комплемента и других неспецифических защитных субстанций. Со- стояние параиммунитета поддерживается мульти- и монопотентными активаторами. Эффективность параиммунитета зависит от функционирования физиологических барье- ров, активности систем клеточного и гумо- рального неспецифического иммунитета. Мулътипотентными активаторами реакций параиммунитета являются лизаты бактерий, вирусов, биологически активные вещества. К унипотентным регуляторам относятся ин- дукторы интерферона, адъюванты, стимуля- торы лимфоцитов, активаторы и ингибиторы отдельных компонентов комплемента. Пер- вые возбуждают гранулоциты и агранулоциты (микро- и макрофаги), усиливают неспеци- фическую пролиферацию лимфоцитов. Вто- рые избирательно влияют на синтез и актив- ность отдельных компонентов неспецифичес- кой гуморальной внеклеточной защиты орга- низма. В совокупности мульти- и унипотент- ные факторы быстро модулируют неспецифи- ческие механизмы защиты за счет индукции синтеза и стимуляции образования антиген- неспецифичных защитных субстратов. Лизоцим — катионный белок с мол. м. 15 кДа, содержащийся в биологических жид- костях — сыворотке крови, мокроте, слизи, слюне и др. Он постоянно секретируется мо- ноцитами, гистиоцитами и периодически продуцируется возбужденными нейтрофиль- ными лейкоцитами в период экзоцитоза спе- цифических и азурофильных гранул. Кон- центрация лизоцима в плазме крови здоро- вого человека достаточно высока: общее со- держание достигает 150 мг. Концентрация лизоцима в секретах желез слизистых оболо- чек определяется активностью секреторного процесса и скоростью его катаболизма в тка- нях. Содержание лизоцима в плазме крови увеличивается при стимуляции моноцитар- но-макрофагальной системы и снижается при гипоплазии красного костного мозга. Для проявления бактерицидного эффекта лизоцима вначале необходима фиксация комплемента и нормальных антител сыво- ротки крови на поверхности цитоплазмати- ческой мембраны чужеродных клеток, что ведет к ее альтерации. Комплемент — комплекс белков сыворотки крови, составляющий у человека около 10 % от общего количества глобулинов. Компле- мент играет роль эффекторной системы с раз- носторонними биологическими функциями. 41
Комплемент участвует в механизмах неспеци- фической и специфической защиты от ин- фекционных патогенных агентов, является независимой системой коммуникации для клеток органов и тканей, стимулятором ак- тивности моноцитов, макрофагов и грануло- цитов, а также В-лимфоцитов. Как белковый комплекс комплемент состоит из компонен- тов, выполняющих разные функции в процес- сах их активации. Все компоненты компле- мента первоначально синтезируются в виде единых цепей — молекул предшественников. Синтез компонентов комплемента регулиру- ется гормонами, особенно половыми стерои- дами, и разными медиаторами. В условиях па- тологии стимуляция продукции комплемента в 1,5 раза и более происходит при воспали- тельных, инфекционных, опухолевых процес- сах, болезнях иммунных комплексов, подагре, травме и др. Угнетение продукции компле- мента отмечается при наследственном его де- фиците, гепатите, циррозе печени, лимфолей- козе, гломерулонефрите и других заболевани- ях, в патогенезе которых важное место зани- мает угнетение белкового синтеза. Компоненты комплемента. Компонент Clq у человека является Са2+-за- висимым белком. Молекула компонента С1 содержит три субкомпонента — Clq, С1г и Cls. Clq синтезируется клетками печени, се- лезенки, костного мозга, легких, в то время как С1г и Cls — перитонеальными и легочны- ми макрофагами. Компонент Clq циркулиру- ет в крови в виде комплекса, состоящего из одной молекулы Clq и двух полипептидных цепей С1г — Cls (Clq/C 1 r/C 1 s). Компонент C2 — углеводородсодержащая полипептидная цепь. Компонент СЗ — гликопротеин, состо- ит из двух полипептидных цепей — альфа- и бета-, соединенных дисульфидными мостика- ми. Компонент СЗ синтезируется в печени, селезенке, лимфатических узлах, костном мозге и легких; компонент С4 — преимущест- венно макрофагами, а компонент С5 — мак- рофагами, клетками костного мозга, печенью. Компонент С6 образуется в печени; компо- нент С8 — в печени, селезенке, легких, тон- кой кишке и почках. В печени продуцируется более 90 % компонентов СЗ, С6 и фактора В. Компоненты комплемента активируются и приобретают энзимные свойства по класси- ческому и альтернативному пути. В активации компонентов комплемента определяющую роль играет взаимодействие их субкомпонентов со специфическими ре- цепторами на поверхности цитоплазматичес- кой мембраны клеток-мишеней — В-лимфо- цитов, эритроцитов, моноцитов, нейтрофиль- ных лейкоцитов, тромбоцитов, фибробластов И др. Фиксация субкомпонентов на рецепторах комплементчувствительных клеток ведет к их удалению из кровотока (комплексы СЗЬ-ре- цептор CRj и др.). При фиксации лигандов клетки-мишени возбуждаются и включают- ся в комплементзависимые патологические процессы. Фиксация компонента СЗа на ре- цепторах тучных клеток ведет к дегрануляции этих клеток, высвобождению вазоактивных продуктов — гистамина и др. Фиксация СЗЬ на рецепторах CR3 макрофагов активирует лизосомы, усиливает образование ИЛ-1 и других биологически активных веществ. Бо- лее широкий спектр действия имеет компо- нент С5а. При взаимодействии С5а с рецепто- рами С5а тучных клеток и базофилов индуци- руется дегрануляция с высвобождением, взаи- модействие с рецепторами нейрофилов вызы- вает развитие «респираторного» взрыва, воз- растание экспрессии рецепторов CR! и CR2. В моноцитах при таком взаимодействии уси- ливается продукция ИЛ-1, активируются ли- зосомы, усиливается экспрессия рецепторов для Fc-фрагментов иммуноглобулинов. Через посредство специфических клеточных рецеп- торов активированные компоненты компле- мента могут оказывать прямое цитолитичес- кое действие либо выступать в роли опсони- нов, когда фиксация их на поверхности бак- териальных клеток облегчает реакции распо- знавания системой микро- и макрофагов с последующим фагоцитозом. Классический путь активации компонентов комплемента происходит преимущественно при инфекционных и аутоиммунных заболе- ваниях. Активаторами С1 обычно являются иммунные комплексы, липид А в составе ли- пополисахаридов и др. При этом вначале про- исходит связывание Clq, что вызывает кон- формационные изменения его молекулы, затем активируется С1г, который переводит в энзиматически активное состояние Cls. Под воздействием Cls С2 расщепляется на суб- компоненты С2а и субкомпонент С2Ь, не свя- занные между собой дисульфидными мости- ками. В этот момент образуется СЗ-конверта- за, которая вызывает образование производ- ных СЗЬ и др. У человека этап активации С1 включает три стадии. Первая стадия заключается в протеоли- зе N-терминального участка альфа-цепи с образованием СЗа-анафилатоксина с мол. м. 9 кДа. Этот компонент может взаимодейст- вовать с гладкомышечными клетками, ней- трофильными лейкоцитами и тучными клет- ками. 42
Вторая стадия представлена фиксацией СЗЬ на поверхности зимозана, иммунных комплексов бактерий, вирусов и многих дру- гих видов клеток. Третья стадия — образование центра, рас- познаваемого рецепторами для СЗЬ на по- верхности цитоплазматической мембраны мо- ноцитов, В-лимфоцитов и других клеток-ми- шеней. Это создает возможность фиксации на клетках нерастворимых и растворимых пато- генных агентов. Подобный механизм играет важную роль в иммобилизации антигенов на клетках лимфоидных фолликулов, в коопера- ции В-лимфоцитов и макрофагов в иммунном ответе, в клиренсе иммунных комплексов, нейтрализации вирусов и др. Комплементза- висимый лизис клеток-мишеней происходит путем образования мембраноатакующего комплекса, состоящего из терминальных ком- понентов С5ЬС9Ь в результате активации компонента С5 в С5а конвертазами класси- ческого или альтернативного пути. При взаи- модействии с мембраной клетки-мишени мембраноатакующий комплекс погружается в их липидный бислой на глубину до 5 нм. Лизис клеток наступает в результате образо- вания трансмембранных каналов или реорга- низации липидов вокруг мембраноатакующе- го комплекса в виде полого цилиндра. Эф- фективность действия мембраноатакующего комплекса на бактерии ослабляется в случаях устранения их с поверхности цитолеммы, не- ковалентного взаимодействия, препятствую- щего погружению комплекса в наружную мембрану, а также при наличии пептидного слоя, покрывающего уязвимые участки для атаки. Альтернативный путь активации компонен- тов комплемента обеспечивает первую линию защиты от инфекционных агентов в неимму- низированном организме в течение всего пе- риода формирования специфического иммун- ного ответа. Центральным звеном в актива- ции компонентов комплемента альтернатив- ным путем является участие двух систем уси- ления. Первая представлена протеиназами трипсинового типа — факторами В и D, вто- рая — регуляторными белками Н, J и Р (про- пердином). Активация СЗ осуществляется СЗ-конвертазой, что ведет к образованию ряда производных. Со специфическими ре- цепторами клеток-мишеней взаимодействуют СЗ, СЗЬ, СЗс, C3d, С4 и С4Ь. Эти компоненты могут также включаться в иммунные ком- плексы, причем СЗЬ в этих случаях участвует в активации СЗ-конвертаз. При связывании СЗЬ с рецепторами на мембране клеток-ми- шеней обеспечиваются опсонизация, иммун- ное прилипание микробов, солюбилизация иммунных преципитатов и др. Нарушения синтеза компонентов компле- мента. Нарушения синтеза компонентов ком- племента возникают при генетических и при- обретенных повреждениях комплементобра- зующих клеток. В этих случаях угнетаются стадии активации компонентов комплемента, что предрасполагает организм к развитию ин- фекционных процессов. Врожденные дефекты синтеза компонен- тов комплемента носят аутосомно-рецессив- ный характер. У человека может возникать дефицит всех компонентов комплемента, за исключением С9, компонентов альтернатив- ного пути активации комплемента. Врожден- ный дефект синтеза Clq характерен для слу- чаев тяжелой комбинированной иммунной недостаточности (лимфотоксическая агам- маглобулинемия). Генетическая недостаточ- ность С1г часто отмечается при заболеваниях гломерулонефритом. Дефицит компонентов комплемента С1, С4, С2 обычно сочетается с развитием системной красной волчанки и хронического гломерулонефрита. Ослабле- ние или выключение образования СЗ и инак- тиватора СЗ резко снижает устойчивость ор- ганизма человека к бактериальным инфекци- ям. Недостаток компонентов С5, С6, С7 ха- рактеризуется частым развитием системной красной волчанки, а дефицит С1 нередко ве- дет к заболеванию ангионевротическим оте- ком. Приобретенные нарушения продукции ком- понентов комплемента возникают при острой обтурационной желтухе, тиреоидите, дерма- томиозите, остром инфаркте миокарда и дру- гих тяжелых заболеваниях. Приобретенный дефицит компонентов комплемента носит, как правило, многогранный характер, так как их синтез осуществляется преимущественно в печени — органе, наиболее повреждаемом при возникновении тяжелых патологических процессов. Следствием подобных нарушений является высокая восприимчивость организ- ма больного к инфекциям. Пропердин представляет собой комплекс белков, синтезируемых лимфоидной тканью. Связывание пропердина с полисахаридами цитоплазматической мембраны чужеродных клеток активирует компоненты комплемен- та и вызывает последующий лизис этих кле- ток. Фибронектин — комплекс полифункцио- нальных гликопротеидов, состоящий из двух полипептидных цепей, соединенных одной или двумя дисульфидными мостиками. Мол. м. фибронектина составляет 440 кДа, в плаз- 43
ме крови он находится в концентрации около 0,3 г/л. Фибронектин плазмы крови играет роль опсонина в фагоцитозе желатинсодержа- щих веществ, что способствует выведению их из кровотока. Интерфероны относятся и группе белков, защищающих клетки при вирусных инфек- циях. Они представляют собой гликопротеи- ды и подразделяются на альфа-, бета- и гамма-виды. Альфа-, бета- и гамма-виды входят в состав интерферона 1 типа, так как все они обладают сходными антигенными свойствами и связываются одними и теми же рецепторами цитоплазматической мембраны клеток. Гамма-вид представлен интерферо- ном II типа, который связывается только со своими рецепторами цитоплазматической мембраны почти всех клеток организма. Ин- терфероны разных видов синтезируются и высвобождаются в жидкие среды многими клетками. Альфа-интерферон синтезируется преимущественно В-лимфоцитами, О(К)- лимфоцитами и макрофагами. Бета-интерфе- рон образуется фибробластами и эпителио- цитами, а гамма-интерферон — Т-хелпера- ми, натуральными киллерами и макрофагами после митогенной и/или антигенной стиму- ляции. Индукторами синтеза интерферона являются вирусы, хламидии, риккетсии, ми- коплазмы, простейшие, стимуляторы всех видов Т- и В-лимфоцитов, митогены, анти- лимфоцитарные антитела и др. В интерфе- ронпродуцирующих клетках вирусы, митоге- ны и другие стимуляторы вызывают дере- прессию клеточного генома и образование иРНК для синтеза интерферона. Циркулирующий в плазме крови интерфе- рон связывается с рецепторами клеток, что вызывает активацию цитоплазматических эн- зимов, усиление синтеза мРНК и образования белков. В организме человека интерфероны обладают сложными многоплановыми меха- низмами действия (табл. 3). Антивирусное действие интерферона свя- зано с блокадой репликации ДНК и РНК ви- русов в результате индуцирования синтеза специального белка-репрессора и подавлени- ем вирусной репродукции из-за утраты спо- собности вирусной иРНК и рибосом форми- ровать полирибосомы. Наряду с этим интер- фероны повышают активность натуральных киллеров, макрофагов и усиливают продук- цию антител. Иммунорегулирующее действие И, особен- но гамма-типа, заключается в изменениях экспрессии антигеном 2-го класса главного комплекса гистосовместимости на иммуно- компетентных клетках. Усиление экспрессии Таблица 3. Физиологические эффекты ин- терферона типов альфа-, бета- и гамма Эффект Механизм действия Антивирусный Торможение фиксации вирусов на (альфа-, бета- цитоплазматической мембране кле- и гамма-типы) ток-мишеней, угнетение транскрип- ции, транслокации, активности орни- тинкарбоксилазы, экспрессии онко- генов и белкового синтеза Индукция Синтез и высвобождение клетками цитокинов альфа-интерферона, фактора некро- (гамМа-тип) за опухолей, интерлейкинов-1, -3, лимфотоксинов Им му но- Индукция главного комплекса гисто- модуляторное совместимости класса 1 (альфа-, бе- действие та- и гамма-типы) Индукция главного комплекса гисто- совместимости класса 2 (гамма-тип) Индукция синтеза бета-2-микрогло- булина (альфа-, бета- и гамма-типы) Индукция синтеза комплемента (аль- фа-, бета- и гамма-типы) Индукция образования рецепторов для Fc-фрагмента иммуноглобулинов (гамма-тип) Индукция образования рецепторов для фактора некроза опухолей Активация макрофагов, стимуляция фиксации полинуклеаров на эндоте- лии сосудов (гамма-тип) Активация натуральных киллеров (альфа-, бета- и гамма-типы) Усиление пролиферации В-лимфоци- тов и синтеза антител класса G Стимуляция роста Т-лимфоцитов (гамма-тип) Торможение гемопоэза (альфа- и бе- та-тип) Стимуляция продукции тимозина и созревания лимфоцитов (альфа-, бета- и гамма-типы) Цитостатическое действие на чуже- родные клетки (альфа- и гамма- типы) Цитотоксическое действие на чуже- родные клетки (альфа-, бета- и гам- ма-типы) антигенов гистосовместимости связано с син- тезом протеинов и мРНК. Однако оно может быть заблокировано стимуляторами синтеза цАМФ в клетках. При возрастании экспрес- сии антигенов главного комплекса гистосов- местимости облегчается активация макрофа- гов, усиливается цитотоксичность лимфоци- тов, возрастает иммунный ответ, повышается продукция И клетками и фибронектина фиб- робластами.
Противоопухолевое действие И направле- но на усиление противоопухолевого иммуни- тета за счет увеличения количества и возрас- тания цитотоксичности иммунокомпетент- ных клеток — натуральных киллеров, Т-лим- фоцитов-киллеров, микро- и макрофагов. Фагоцитарную активность макрофагов И увеличивает за счет усиления экспрессии ре- цепторов к Fc-фрагменту антител, а также путем стимуляции синтеза лизосом. Кроме того, И блокирует действие иммуноглобули- нов, угнетающих функцию эффекторных клеток, и способствует более интенсивной экспрессии опухолеспецифических антиге- нов на цитоплазматической мембране малиг- низированных клеток. И угнетает также рост малигнизированных клеток и усиливает их элиминацию системами цитотоксических и фагоцитирующих клеток. Белки острой фазы образуются при мест- ных и общих повреждениях тканей и орга- нов, выполняют роль активаторов системы лейкоцитов и ряда гуморальных защитных механизмов. Белки острой фазы (БОФ) син- тезируются преимущественно в печени и вы- свобождаются в жидкие среды организма. Основным стимулятором секреции БОФ всех типов является ИЛ-6, который синтезиру- ется и секретируется во внеклеточную сре- ду моноцитами, фибробластами и некото- рыми другими клетками. Стимулирующий эффект ИЛ-6 потенцируется при взаимо- действии с ИЛ-1 и фактором некроза опухо- лей — полипептидным цитокином, образуе- мым в зоне воспаления возбужденными мак- рофагами. Это связано с усилением экспрес- сии гена в клетках, ответственного за синтез ИЛ-6. Белки острой фазы представлены не- сколькими видами протеинов. С-реактивный белок (СРБ) — пентамер с мол. м. 100— 144 кДа, состоит из 5 идентичных неглико- лизированных полипептидных цепочек, со- единенных дисульфидными мостиками, кон- центрация в плазме крови человека — 680— 800 нг/л. С-реактивный белок синтезируется гепатоцитами. При повреждении тканей и органов концентрация СРБ в плазме крови уже через 6—8 ч может возрастать в десятки и сотни раз. В плазме крови СРБ связывает- ся с поликатионами, белками разрушенных лейкоцитов, с фосфохолинсодержащими ксе- нобиотиками — бактериальными полисаха- ридами и др. В виде комплексов СРБ приоб- ретает свойства сильного активатора компо- нентов К. СРБ включен также в механизм контроля свертываемости крови, где его ко- фактором является тромбомодулин. В этом случае СРБ активируется под воздействием такой низкой концентрации тромбина, кото- рая не вызывает активации тромбоцитов и факторов свертывания — X и др. В активи- рованной форме СРБ заметно удлиняет время свертывания крови, тормозит агрега- цию тромбоцитов и угнетает активность V и VIII факторов свертывания. Оросомукоид — медленно обновляющийся кислый альфа(-гликопротеид, один из глав- ных компонентов плазмы крови. Оросомуко- ид связывает ксенобиотики основного ха- рактера. Биокомплексы ксенобиотик — оро- сомукоид проникают через мембрану кле- ток и подвергаются внутриклеточной дегра- дации. Фибриноген — белок острой фазы — уси- ленно синтезируется в печени под воздей- ствием ИЛ-6. Увеличение концентрации фи- бриногена в плазме крови способствует уси- лению продукции фибрина в зоне тканевых или органных дефектов, повышает трофичес- кое обеспечение пролиферирующих клеток, которыми он легко утилизируется. Ингибиторы сериновых протеоз (серпины) включают около 15 белков — альфа]-анти- трипсин, антитромбин, кофактор II гепари- на, альфа]-антихимотрипсин, С1-ингибитор и др. Эти ингибиторы протеаз предотвраща- ют развитие повреждений клеток тканей и органов протеазами, проникающими в жид- кие среды организма из разрушенных и аль- терированных клеток зоны повреждения. Близкую функцию выполняют альфа2-мак- роглобулин с мол. м. 700 кДА, который свя- зывает и инактивирует протеиназы, находя- щиеся в крови, тканевой жидкости и лимфе. Лактоферрин — важный энзим специфи- ческих гранул нейтрофильных лейкоцитов, является железосвязующим белком. Лакто- феррин (ЛФ) содержится в сравнительно вы- сокой концентрации в плазме крови, секре- тах слизистых желез, в молоке. ЛФ регулиру- ет всасывание железа в тонком кишечнике, участвует в его транспорте в крови, влияет на костномозговой гранулоцитопоэз. ЛФ уг- нетает рост микробов, особенно грамотрица- тельной группы, за счет его действия как же- лезохелатирующего агента, вызывающего де- фицит железа, необходимого для роста ряда видов бактерий. Кининогены — альфа2-глобулины плазмы крови. Они, как белки острой фазы, играют важную роль в деятельности эндогенной сис- темы свертывания крови, образовании кини- нов, активации контактной фазы свертыва- ния крови и ингибировании активности цис- теинпротеиназы. 45
2.2.1. Неспецифическая клеточная защита В системах параиммунитета неспецифическая клеточная защита осуществляется антителоне- зависимыми лимфоцитами, имеющими врож- денный набор специфических рецепторов ци- топлазматической мембраны, при участии ко- торых взаимодействие с лигандами цитолеммы чужеродных клеток ведет к их лизису. В неспе- цифической клеточной защите участвует не- сколько видов цитотоксических лимфоцитов. Нулевые 0(К)-лимфоциты представляют собой медленно делящуюся популяцию кле- ток. Содержание их в крови человека не пре- вышает 2—2,5 % от общего количества лим- фоцитов. 0-Лимфоциты обладают высоким цитотоксическим потенциалом по отноше- нию к чужеродным клеткам-мишеням. Натуральные киллеры (большие грануляр- ные лимфоциты) — генетически детерминиро- ванная, автономная популяция лимфоцитар- ной группы, происходящая из одного предше- ственника с Т-лимфоцитами, но не относя- щаяся к Т- и В-лимфоцитам. Клетки происхо- дят из костного мозга, отсутствуют в тимусе, созревают в селезенке, лимфатических узлах, откуда поступают в кровоток. Содержание их в крови человека не превышает 5 % от общего числа лимфоцитов. Физиологическая недоста- точность активности натуральных киллеров отмечается лишь во внутриутробном и раннем постнатальном периоде развития человека. У взрослых людей зрелые натуральные килле- ры содержат азурофильные гранулы, а на ци- топлазматической мембране — небольшое ко- личество рецепторов для Fc-фрагмента анти- тел класса G. Натуральные киллеры отличают- ся низкой метаболической активностью. Они лишены антигенных маркеров, присутствую- щих на цитоплазматической мембране В- и Т-лимфоцитов. Натуральные киллеры способ- ны узнавать антигены чужеродных, малигни- зированных и вирусинфицированных клеток, не имеющих антитела на цитолемме. Узнава- ние происходит за счет наличия у натуральных киллеров множественных рецепторов для по- врежденных участков лигандных молекул на цитолемме в совокупности с дефицитом анти- генов ГКГ класса I, защищающего нормаль- ные клетки от агрессии со стороны натураль- ных киллеров. Поэтому натуральные киллеры уничтожают главным образом малигнизиро- ванные и вирусинфицированные клетки; ци- тотоксическое действие их проявляется без предварительной сенсибилизации в отсутствие иммуноглобулинов и компонентов компле- мента. Процесс распознавания чужеродных клеток не зависит от содержания в среде ионов магния и кальция и заключается в активации метаболизма, усилении синтеза перфорина, формировании уроподий, проникающих в ци- топлазму клеток-мишеней. Образование уро- подий завершается нанесением «летального удара» клетке-мишени путем выделения из них порфирина. Процесс экзоцитоза этого лимфотоксина зависит от содержания в среде ионов кальция, магния и глюкозы. В результа- те летального удара в цитолемме клетки-ми- шени образуются многочисленные поры, в ци- топлазме активируются лизосомы, из них вы- свобождаются гидролитические ферменты, об- разуются гидроперекиси, что связано с угнете- нием реакций пентозофосфатного цикла и цикла Кребса. Деградирующие клетки-мише- ни, высвобождающие во внешнюю среду хемо- таксины для лейкоцитов, уничтожаются мак- рофагальной системой. Цитотоксическое дей- ствие натуральных киллеров возрастает при повышении во внеклеточной среде концентра- ции интерферона, интерлейкина-2, полипеп- тидов, гликопротеинов, ретиноевой кислоты и иммуноглобулинов класса G, адсорбирован- ных на цитолемме натуральных киллеров. Ци- тотоксическое действие натуральных киллеров ослабляется при стрессе, снижении концент- рации плазменного интерферона, при наличии в среде простагландинов, бета-эстрадиола и гуморальных факторов, секретируемых Т- и В- супрессорами. Натуральные киллеры выпол- няют не только цитотоксическую функцию, но и являются регуляторами процессов гемопоэ- за, иммуногенеза, воспаления, так как в воз- бужденном состоянии высвобождают целый ряд цитокинов. LAK-киллеры — специальная популяция лимфоцитов, приобретающих цитотоксичес- кие свойства исключительно после воздейст- вия интерлейкина-2 в клеточных инфильтра- тах. При узнавании чужеродных клеток-ми- шеней LAK-киллеры используют те же меха- низмы агрессии, что и натуральные киллеры. Итак, повреждение тканей и органов пато- генными агентами любого происхождения автоматически включает гуморальные и кле- точные механизмы параиммунитета, направ- ленные на обеспечение быстрой и эффектив- ной защиты организма за счет подавления роста и размножения патогенных микробов и вирусов, удаления нежизнеспособных клеточ- ных и внеклеточных структур в зоне альтера- ции. Неспецифические реакции параиммуни- тета являются необходимым звеном защиты, определяющим затем развитие и становление механизмов специфического иммунного отве- та организма на повреждение. 46
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ Козлов Л.В. Белки системы комплемента: актива- ция и регуляция//Иммунология. — 1997. — № 2. - С. 8-13. Малыгин А.М. Натуральные киллеры и их физиоло- гическое значение//Цитология.— 1985.— Т. 27, № 10. - С. 1091-1100. Blum J.-P. Le systeme du complement//Vie med. — 1985. - Vol. 66, N 12. - P. 593-598. Callewaert D. Natural cytotoxicity: Recent progress and continuing conroversy//Natur. Immunity and Cell Growth Regul. — 1985. — Vol. 4, N 2. — P. 61-77. Crowther D. (Ed.) Interferons: mechanims of action and role in cancer. Therapie. — Berlin, 1991. Dinge Young J. Killing of target cells by lymphocytes: A mechanistic view//Physiol. Rev. — 1989. — Vol. 69, N 1. - P. 250-314. Ferrar M.A., Schreiber R.D. The molecular cell biology of interferon у and its receptor//Ann. Rev. Immu- nol. - 1993. - Vol. 11. - P. 571-611. Haberman R.B., Reynolds С. IV., Ortaldo J.R. Mecha- nism of cytotoxicity by natural killer (NK) cells// Ann. Rev. Immunol. — 1986. — Vol. 4. — P. 651 — 680. Knop J. Immunological significance of interferon// Ann. Inst. Pasteur. — 1985. — Vol. 1360, N 1. — P. 81-83. Muller-Esterl W. Novel functions of the kininogens// Semin. Thrombosis and Hemostasis. — 1987. — Vol. 13, N 1. - P. 115-121. Pedersen B.K. Natural killer cells in relation to disease and treatment//Allergy. — 1986. — Vol. 40, N 3. — P. 547-557. Pestka J. J., Langer J.A. Interferons and their actions// Ann. Rev. Biochem.— 1987.— Vol. 56.— P. 727— 777. Rather K, Till G.O. The complement system. — Ber- lin-Heidelberg, 1988. Sitkovsky M.V., Henkart P.A. (Eds) Cytotoxic cells. — Boston—Basel, 1993. Susman M. (Ed.) Interferon, principles and medical applications. — Austin, 1992. Young L.H.Y. How lymphocytes kill//Ann. Rev. Med. - 1990. - Vol. 41. - P. 45-54. 2.3. СПЕЦИФИЧЕСКАЯ ИММУННАЯ ЗАЩИТА Специфические системы иммунной защиты обеспечивают восстановление клеточного и внеклеточного гомеостаза организма при по- вреждениях, ведущих к образованию антиге- нов. Специфичность иммунного ответа зави- сит от распознавания антигена и активации пролиферации пулов клеток-эффекторов кле- точного и гуморального иммунитета, масса которых у взрослого человека достигает 1,5— 2,0 кг при числе лимфоцитов и плазмоцитов 1010—10" и числе молекул иммуноглобулинов (Ig) 10’8—10’9. Специфический иммунитет иг- рает важную роль в поддержании клеточного гомеостаза организма. Стареющие, мутиро- ванные и малигнизирующиеся клетки различ- ных органов высвобождают аутоантигены, что приводит к индукции аутоиммунных реакций, облегчающих удаление из организма нежиз- неспособных клеток и клеток с изменившим- ся генотипом. Посредством аутоиммунных реакций поддерживается также иммунный го- меостаз и контролируются пролиферация и дифференцировка лимфогемопоэтических клеток. Внедрение в организм чужеродных аг- рессивных макромолекул, вирусов, бактерий, обладающих антигенностью и повреждающих ткани, индуцирует развитие иммунных реак- ций, выступающих в роли мощных средств повышения активности клеточных механиз- мов защиты. В формировании клеточных и гуморальных иммунных ответов участвуют Т- и В-лимфоци- ты и другие виды клеток. Несмотря на разли- чие эффекторных функций, большинство Т-клеток распознают антигенные пептиды, конъюгированные с главным комплексом гис- тосовместимости, при участии специфических рецепторов. Специфическая иммунная защита является результатом интеграции эффектов антител, антителозависимых цитотоксических клеток и Т-лимфоцитов. Аппарат иммуногене- за сосредоточен в лимфоидной ткани, состоя- щей из внутреннего и внешнего отделов. Внутренний отдел представлен лимфатически- ми узлами и селезенкой; они синтезируют антитела, циркулирующие затем в жидких сре- дах организма. Внешний отдел лимфоидной ткани локализован в слизистой оболочке же- лудочно-кишечного тракта, верхних дыхатель- ных путей, мочеполового тракта, ацинарных отделов молочных желез и др. Этот отдел лим- фоидной ткани синтезирует антитела, защи- щающие преимущественно покровные ткани, особенно слизистые. У человека плазматичес- кие клетки в слизистых оболочках продуциру- ют более 96 % секреторного иммуноглобулина типа А, большая часть которого происходит из плазмоцитов слизистой оболочки желудочно- кишечного тракта. Эффективность специфи- ческой защиты определяется природой антиге- на, типом антител и функциональной актив- ностью цитотоксических клеток, а также со- стоянием параиммунитета. 2.3.1. Антигены Антигенами являются чужеродные молекулы, способные индуцировать образование антител и специфически с ними реагировать с утратой 47
биологической активности. Антигены состоят из детерминантных групп и белкового носи- теля. Детерминантные группы — это собственно распознаваемые иммуноком- петентными клетками части антигена и един- ственные участки молекулы, вступающие в специфическую реакцию с антителами. Де- терминантные группы (гаптены) в молекуле антигена представлены тремя видами органи- ческих соединений — полисахаридами, гли- копротеинами и гликолипидами. Полисаха- риды входят в состав мембран клеток микро- бов, соединительнотканных элементов, эпи- телиоцитов слизистых оболочек и др. Полиса- хариды могут содержать антигенные детерми- нанты, состоящие из олигосахаридов (малые сахара, содержащие до 6 моносахаридов), мо- носахаридов (глюкоза, галактоза, фруктоза, манноза), которые очень часто выступают в роли детерминантных групп. Гликолипиды иммуногенны только в комплексе с белком или другими видами липидов. Они являются мультивалентными структурами, очень слабо реагирующими с антителами. При комплек- сировании гликолипидов с фосфолипидами или холестерином их иммуногенность может заметно увеличиваться. Природа, число, рас- положение детерминантных групп на поверх- ности молекулы комплексируемого белка и их конформационная структура определяют силу иммуногенности антигена. Антигены подразделяют на экзо- и эндо- генные. К экзогенным антигенам относятся бактериальные, вирусные субстраты, фарма- кологические препараты, продукты жизнедея- тельности насекомых, гельминтов и др. Все они вызывают образование антител, реагиру- ющих только с антигеном-индуктором. Одна- ко существуют перекрестно реагирующие антигены — продукты некоторых патогенных бактерий бета-гемолитического А-стрепто- кокка 5-го серотипа и др. Мембрана этого вида стрептококка имеет общие антигены с сарколеммой клеток миокарда, антигенами фибробластов. Другой микроорганизм — Е. coli 086 содержит общие антигены со сли- зистой оболочкой желудка и кишечника. Перекрестно реагирующие антигены индуци- руют образование гетерофильных антител, ре- агирующих одновременно с антигеном-ин- дуктором и клетками тканей организма, имеющими сходство состава антигенов. Это может повести к развитию вторичных иммун- ных повреждений — альтерации клеток серд- ца, суставов, почек, ускорению отторжения аллотрансплантатов и к другим иммунным нарушениям. Эндогенные антигены подразде- ляют на несколько типов. Видовые антигены представлены белками сыворотки крови; являются общими для всех сывороточных белков данного вида. Видовые антигены легко денатурируются под воздейст- вием физических факторов (нагревание, ох- лаждение и др.), комплексируются с химичес- кими веществами, бактериальными, вирусны- ми продуктами, фармакологическими пре- паратами, в результате чего изменяют свои антигенные свойства. Органные антигены представляют собой специализированные органные белки, в обычных условиях лишенные контакта с лим- фоидной системой из-за наличия гистогема- тических барьеров. Белки органов поступают в систему циркуляции только после повреж- дения барьеров. В этом случае индуцируется развитие аутоиммунных процессов соответст- вующей органной патологии — катаракты хрусталика глаза при дефектах гематоофталь- мического барьера и др. Клеточные антигены объединяют ряд видов антигенности. Мембранные групповые анти- гены состоят преимущественно из полисаха- ридов, в меньшей степени из липидов и бел- ков. Структура их одинакова для цитоплазма- тических мембран всех видов клеток данного организма. У человека к групповым антиге- нам относятся эритроцитарные антигены сис- темы АВО, резус-фактор, в состав которых входят сильно разветвленные олигосахариды, содержащие фруктозу. Групповые антигены постоянно выделяются из организма со слю- ной и другими экскретами. Антигены гистосовместимости участвуют в распознавании антигенов, индукции иммун- ного ответа, кооперации клеток иммунной системы и уничтожении чужеродных продук- тов в организме. Антигены главного комплек- са гистосовместимости (ГКГ) представлены полипептидами и/или гликопротеинами ци- топлазматической мембраны клеток. Антиге- ны ГКГ обладают высокой иммуногенностью. Они универсальны, так как экспрессируются на мембране клеток почти всех органов и тка- ней. Антигены ГКГ определяют развитие ре- акций трансплантационного иммунитета, формирование специфичности Т-лимфоци- тов, регуляцию уровня иммунных реакций в ответ на антигенное раздражение. У человека синтез антигенов ГКГ, некоторых компонен- тов комплемента, антител и отдельных фер- ментов контролируется разными генами, ло- кализованными в коротком плече 6-й хромо- сомы. Антигены ГКГ подразделяют на ряд клас- сов, выполняющих разные функции в генезе иммунных реакций в организме. 48
I класс генов имеют ядросодержащие клет- ки организма. При участии этого класса генов синтезируется 1-й вид антигенов ГКГ. Он со- стоит из двух разных по длине полипептид- ных цепочек, связанных между собой некова- лентно. Короткая полипептидная цепочка с мол. м. 12 кДа представляет собой поверх- ностный белок бета-2-микроглобулин. Длин- ная полипептидная цепочка с мол. м. 46 кДа является трансмембранным белком, обладаю- щим антигенными детерминантами для алле- лей трех лоскутов антигенов ГКГ — HLA-A, HLA-B и HLA-C (HLA — англ, human leuko- cyte antigen). Все аллели кодоминантны. Пер- вый вид антигенов ГКГ распознается цито- токсическими клетками, при его участии про- исходит узнавание и затем элиминация по- врежденных (вирусинфицированных и др.) клеток. Специфические HLA-антигены суще- ствуют только в форме клеточно-поверхност- ных субстанций, в растворенном виде они могут содержаться в сыворотке крови. Сцеп- ление образования HLA-антигенов с синте- зом компонентов комплемента С2 и С4 при- дает ему свойство усиливать цитотоксичность макрофагов и активировать плазминоген. II класс генов сосредоточен преимущест- венно в клетках иммунной системы — в мак- рофагах, дендритных клетках, В- и Т-лимфо- цитах, эндотелиоцитах. При участии гена HLA-D синтезируются антигены ГКГ 2-го вида, состоящие их двух нековалентно свя- занных гликопротеидов. Оба гликопротеида являются трансмембранными белками. Анти- гены ГКГ 2-го вида играют ключевую роль в распознавании и презентации антигенов Т-хелперами, кооперации клеток иммунной системы. III класс генов локализован в клетках, син- тезирующих некоторые компоненты компле- мента. Он кодирует синтез компонентов ком- племента С2, С4 и проактиватора СЗ, обеспе- чивает антителозависимый цитолиз и активи- рует антителозависимый фагоцитоз. IV класс генов контролирует синтез фер- ментов, сцепленных с главным комплексом гистосовместимости (два аллельных варианта глиоксалазы эритроцитов и др.); 1г-гены, тесно сцепленные с локусом гис- тосовместимости, проявляют свое действие только на уровне Т-лимфоцитов, модулируя их активность в специфических иммунных реакциях; Ун-гены контролируют функцию В-лимфо- цитов, синтез легких и тяжелых цепей имму- ноглобулинов. Продукты, синтезированные под контролем этих генов, регулируют взаи- модействие клеток в иммунном ответе (хел- перные и супрессорные Т-клетки, специфич- ность клонов Т-лимфоцитов, подвергающих- ся стимуляции под влиянием антигенов). Цитоплазматические антигены представля- ют собой макромолекулы микросом, мито- хондрий и других органелл, высвобождаемые клеткой при разрушении. Ядерные антигены представлены продукта- ми распада ядер необратимо поврежденных клеток (ДНК, РНК, гистоны, рибонуклеопро- теины и др.). Ксенонеоантигены — макромолекулярные экскреты, высвобождаемые во внешнюю среду клетками, инфицированными ДНК-ви- русами. 2.3.1.1. Конкуренция антигенов При проникновении в организм смеси анти- генов иммунные ответы на них имеют суще- ственные различия, так как возникает межмо- лекулярная и внутримолекулярная конкурен- ция. Межмолекулярная конкуренция заклю- чается в угнетении иммунного ответа на анти- гены, вводимые в организм на фоне предва- рительной иммунизации другим антигеном. В основе ингибирования ответа на последую- щее внедрение другого антигена лежат акти- вация специфических и неспецифических Т-супрессоров и высвобождение ими лимфо- кинов, индуцирующих у макрофагов супрес- сорную активность при контакте с предшест- вующим антигеном. Поэтому при последова- тельном введении разных антигенов возника- ет прогрессирующее уменьшение образования антител. В патогенезе инфекций этот вид антигенной конкуренции имеет прямое отно- шение к механизму возникновения суперин- фекции. Внутримолекулярная конкуренция связана с наличием разных типов детерми- нантных групп на одном белке-носителе. Это ведет к возникновению «соревнования» анти- ген представляющих клеток и В-лимфоцитов разной степени специфичности за узнавание антигена с неоднородными детерминантными группами, что может значительно снижать се- лективность иммунного ответа. 2.3.1.2. Пути поступления антигенов в организм Экзогенные антигены поступают во внутрен- ние среды преимущественно через покровные ткани. Кожные покровы проницаемы для жирора- створимых продуктов, способных комплекси- 49
роваться с белками и тем самым превращать- ся в антигены. При механических, термичес- ких, химических и радиационных поражениях кожа теряет барьерные свойства и через нее начинают легко проникать разнообразные по происхождению антигены. Желудочно-кишечный тракт у детей ранне- го постнатального периода имеет высокую физиологическую проницаемость для антиге- нов из-за недоразвития кишечного барьера. У детей этого возраста могут легко всасывать- ся из химуса белки, не утратившие антиген- ной специфичности (белки коровьего молока, растительные белки и др.). Поэтому в раннем постнатальном периоде при искусственном вскармливании, как правило, нарушается им- мунная реактивность и возникают различные осложнения, связанные с питанием (диатезы и др.). У детей позднего постнатального пе- риода и у взрослых через интактный кишеч- ный барьер путем трансцеллюлярного эндо- цитоза проникает лишь небольшое количест- во чужеродных белков, в основном микроб- ного происхождения. Это является физиоло- гическим процессом, необходимым для акти- вации субэпителиальной лимфоидной ткани и адекватного образования антител. Дефицит всасывания чужеродных белков выступает в роли фактора риска, способствующего разви- тию недостаточности иммуногенной способ- ности организма. В то же время чрезмерное усиление всасывания является фактором риска, облегчающим возникновение воспали- тельных заболеваний кишечника и пищевой аллергии. Через интактный кишечный барьер легко проникают вирусы бешенства, клеще- вого энцефалита, бактериальные нейротокси- ны (ботулизм). Повреждение слизистой обо- лочки кишечника значительно увеличивает адсорбцию чужеродных белков химуса на ци- топлазматической мембране. Подвергаясь эн- доцитозу, они не расщепляются полностью в фаголизосомах, сохраняют антигенные детер- минанты и в таком виде проникают в лимфу и кровь. Это ведет к продукции специфических антител и к заболеванию (пищевая аллергия). Слизистая оболочка дыхательных путей в интактном состоянии легко проницаема для ряда патогенных вирусов (грипп и др.), бакте- риальных токсинов (ботулизм) и микроорга- низмов (чума и др.). Проницаемость слизи- стой оболочки для антигенов резко возрастает при нарушениях механической защиты, угне- тении защитных рефлексов (чихательных, кашлевых), ослаблении параиммунитета и специфического иммунитета. Экзогенные антигены могут проникать в организм парентеральным путем, минуя по- кровные ткани (парентеральные инъекции антиген содержащих лечебных препаратов, внедрение антигенных субстанций при укусах насекомых, ядовитых животных). Эндогенные антигены органов, обладающих мощными барьерами, могут проникать в жид- кие среды и контактировать с лимфоидной тканью лишь при повреждении барьерных структур. В других случаях эндогенные анти- гены образуются при: а) нарушении белково- го синтеза в клетках и экзоцитозе неадекват- ных по составу белков в жидкие среды; б) при денатурации клеточных и внеклеточных бел- ков под воздействием физических факторов; в) при комплексировании с инородными хи- мическими соединениями. 2.3.1.3. Метаболизм антигенов Растворенные в плазме крови антигены из со- судистой системы частично проникают в сек- реты и в их составе удаляются из организма железами внешней секреции (слюнные, пото- вые, кишечные) и с мочой. При заболеваниях размеры пор в капиллярах выделительных ор- ганов увеличиваются, что усиливает фильтра- цию из крови всех макромолекул, в том числе антигенов. В этих условиях значительно воз- растает удаление из организма антигенов с экскретами (выделительный иммунитет). Вза- имодействуя с рецепторами цитоплазматичес- кой мембраны, растворенные в плазме анти- гены фиксируются клетками и подвергаются эндоцитозу, после чего депонируются в клет- ках в виде «малых» лизосом, где длительное время сохраняют свои антигенные свойства. Из малых лизосом антигены постепенно вы- свобождаются в жидкие среды и тем самым удлиняют период антигенной стимуляции лимфоидных органов и антиген представляю- щих клеток. Часть антигенов, растворенных в плазме крови, ультрафагоцитируются микро- фагами и фиксированными макрофагами. В фаголизосомах этих клеток антигены обыч- но перевариваются до конечных продуктов. И наконец, часть антигенов подвергается не- полному перевариванию в антигенпредстав- ляющих клетках — дендритных клетках селе- зенки, лимфатических узлов, la-несущих мак- рофагах и фибробластах, Т-хелперах, активи- рованных В-лимфоцитах, клетках Лангерган- са кожи. Продукты неполного переваривания антигенов являются необходимыми субстра- тами для формирования наиболее характер- ных признаков иммунного ответа — специ- фичности и образования клеток памяти на антигенную стимуляцию, на поверхности ци- БП
топлазматической мембраны которых экс- прессированы первичные структуры вариант- ной цепи ГКГ второго класса. Эти структуры являются генетически детерминированными молекулами, необходимыми для генерации оптимального иммунного ответа на данный антиген. Антителообразованию предшествует анти- генное распознавание (процессинг) в анти- генпредставляющих клетках. Внеклеточные антигены поступают в эти клетки путем эндо- цитоза, внутриклеточные антигены (вирусные и др.) в них сразу подвергаются обработке в цитозоле. Цитозольный и эндосомальный процессинги заключаются в ограниченном протеолизе антигенов и во взаимодействии пептидного антигена с молекулами ГКГ вто- рого класса с образованием сложного пепти- да, способного реагировать с CD-4-позитив- ными Т-хелперами. Сложный пептидный комплекс экспрессируется на поверхности цитоплазматической мембраны антигенпред- ставляющих клеток и служит мишенью для Т-хелперов. Внутриклеточные антигены в цитозоле подвергаются частичному протеоли- зу, после чего они связываются с молекулами ГКГ первого класса в эндоплазматической сети, поступают в аппарат Гольджи, затем перемещаются на поверхность цитолеммы, где распознаются Т-хелперами, а также Т-киллерами. Для индукции Т-лимфоцитза- висимых ответов необходим прямой физичес- кий контакт между Т-лимфоцитами и анти- генпредставлящими клетками. В антителоге- незе участвуют только зрелые Т-лимфоциты. Эти клетки образуются в результате проник- новения и взаимодействия стволовых клеток костного мозга с ретикулярными клетками тимуса. Вначале вне зависимости от антиге- нов формируются незрелые Т-лимфоциты, которые поступают в кровоток, колонизируют селезенку, лимфатические узлы, где созрева- ют под воздействием тимических гормонов, приобретают антигенраспознающие рецепто- ры на цитоплазматической мембране. Зрелые Т-лимфоциты формируют долгоживущую (у человека до 9—12 мес) рециркулирующую популяцию клеток, которая составляет 70— 80 % от всей массы циркулирующих в крови лимфоцитов. Рецепторы зрелых Т-лимфоци- тов несут идиопатические детерминанты для рецепторов В-лимфоцитов. Связующий анти- ген участок Т-лимфоцита кодируется генами, локализованными в области Y-генов иммуно- генов. Связывание лигандов антигенпредставля- ющих клеток с рецепторами Т-хелперов (CD- 4) в течение нескольких секунд приводит к их возбуждению, характеризующемуся гидроли- зом фосфолипазой фосфатидил-инозитол- 4,5-дифосфата с образованием диацилглице- рина и инозитол-1,4,5-трифосфата. Под воз- действием этих продуктов увеличивается со- держание внутриклеточного кальция и акти- вируется протеинкиназа, стимулирующая фосфорилирование белков. В этих условиях активируется функция ионных насосов, воз- никает деполяризация цитоплазматической мембраны, изменяется pH цитозоля в резуль- тате усиления деятельности Ж’/Н ' -антипор- терной системы, возрастает содержание цАМФ и цГМФ. Стимулированный Т-хелпер образует рецепторы, которые по аминокис- лотному составу и структуре становятся спе- цифичными для данного антигена. Далее ак- тивация Т-лимфоцитов включает две фазы — пролиферацию и дифференцировку. В период пролиферативной фазы образуется многочис- ленный клон клеток с рецепторами, идентич- ными таковым в материнской клетке. Лимфо- циты пролиферируют каждые 12 ч, и за 6 сут из одной клетки может образоваться до 4000 клеток. В стадии дифференцировки Т-лимфо- циты синтезируют гуморальные факторы (ин- терлейкин-2 и др.) и приобретают способ- ность к экзоцитозу. При активации Т-хелпе- ры уже через 2 ч (пик — 4—6 ч), высвобождая интерлейкин-2, индуцируют пролиферацию Т-лимфоцитов и вхождение В-лимфоцитов в митотический цикл: Go -> G], Это быстро по- вышает количество антигенстимулированных Т-хелперов, которые в свою очередь усиленно высвобождают гамма-интерферон и повыша- ют его концентрацию в плазме крови. Под воздействием гамма-интерферона в антиген- представляющих клетках возрастают экспрес- сия антигенов ГКГ второго класса и образова- ние иммуногенных комплексов. Т-хелперы, создавая кооперацию Т- и В-лимфоцитов, формируют эффекторный аппарат специфи- ческого клеточного и гуморального иммуни- тета. В-лнмфоцнты происходят из плюрипотент- ных кроветворных клеток. При созревании они переходят в В-коммитированные клет- ки — пре-В-лимфоцитпредшественники. Эти клетки синтезируют только иммуноглобулины класса М. Проникая в пейеровы бляшки, В-коммитированные клетки в них инкубиру- ются, созревают и превращаются в зрелые формы. Связывание нативного антигена с ци- топлазматической мембраной В-коммитиро- ванных клеток ведет к созданию толерантнос- ти к данному антигену. Зрелые В-лимфоциты представляют собой долгоживущую популя- цию клеток, циркулирующих в крови. 51
Схема 3. Взаимодействие микрофага с Т-лимфоцитом На цитоплазматической мембране В-лим- фоцитов локализованы антигенные рецепто- ры иммуноглобулиновой природы, представ- ленные главным образом тяжелыми тау-цепя- ми мономерных иммуноглобулинов классов М и D. Антигенные рецепторы в В-лимфоци- тах постоянно синтезируются и выводятся в жидкие среды вместе с фрагментами цито- плазматических мембран. Сбрасываемые ком- плексы в жидких средах имеют период полу- распада 4—5 ч. Антигены, взаимодействую- щие с рецепторами В-лимфоцитов, подверга- ются эндоцитозу. В цитоплазме они частично расщепляются в фаголизосомах. Часть преоб- разованного антигена в ассоциации со вто- рым классом главного комплекса гистосов- местимости экспрессируется на поверхность В-лимфоцита. В-лимфоциты имеют также ре- цепторы для связывания Fc-фрагмента анти- тел класса G, которые обеспечивают фикса- цию на поверхности цитоплазматической мембраны комплексов антиген—антитело. Кроме того, В-лимфоцит содержит общие для всех В-клеток рецепторы для компонента С'з-комплемента, что позволяет ему связы- вать комплексы антиген—антитело с компо- нентом С'з-комплемента. Однако наиболее сильными стимуляторами В-клеток являются возбужденные антигенпредставляющие клет- ки и Т-хелперы. Активация В-лимфоцита начинается с воз- действия интерлейкинов 4, 5, 6 совместно с антигеном на специфические рецепторы ци- топлазматической мембраны, где и происхо- дит распознавание антигена в совокупности с антигенами класса II главного комплекса гис- тосовместимости (иммуноглобулиновые ре- цепторы В-лимфоцитов играют пассивную роль при связывании антигена). Активиро- ванные В-лимфоциты выводятся из системы циркуляции, оседают в лимфатических узлах и других лимфоидных образованиях. Там клетки переходят из фазы Go в фазу G, мито- тического цикла. Индукция бласгтрансфор- мации (тиражирование клеток) резко повы- шает число стимулированных В-лимфоцитов. Однако дочерние клетки утрачивают способ- ность к воспроизведению из-за экспрессии специфических рецепторов к фактору созре- вания (интерлейкин-2) Т-лимфоцитов-хелпе- ров. Взаимодействие бластных форм В-лим- фоцитов с фактором созревания индуцирует процесс дифференцировки и превращения бластных форм в плазмоциты, секретирую- щие иммуноглобулины соответствующих классов (схема 3). Плазматические клетки (у человека период их жизни около 35 сут) об- разуют иммуноглобулины путем предвари- тельного синтеза из аминокислот двух тяже- лых и двух легких цепей отдельными полири- босомами мембран эндоплазматической сети. Затем происходит сборка антитела за счет сшивки двух легких и двух тяжелых цепей би- сульфидными мостиками после отсоединения полипептидных цепей от полирибосом. Лег- кие цепи содержат по одной детерминантной 52
группе, они ответственны за специфическое связывание с детерминантными группами антигена. Тяжелые цепи определяют способ- ность антитела фиксироваться на клетках-ми- шенях, а при взаимодействии антитела с антигенами — осуществлять типовые имму- нологические реакции (преципитацию, агг- лютинацию, лизис и др.). В начале образова- ния антител включается механизм положи- тельной обратной связи, в основе которой лежит связывание комплексов антиген—анти- тело на поверхности антигенпрезентирующих клеток. В этом случае возникает фермента- тивное отщепление участка Fc от антитела — короткоживущего высокоспецифичного регу- ляторного пептида — стимулятора пролифе- рации В-лимфоцитов, антителосинтезирую- щей способности плазмоцитов и активатора продукции Т-лимфоцитами фактора, усили- вающего функцию активированных Т-лимфо- цитов. В совокупности эти процессы заметно усиливают становление гуморального и кле- точного специфического иммунитета. 2.3.2. Антитела Все классы иммуноглобулинов имеют че- тырехцепочечную полипептидную структуру, из которой две цепи относятся к тяжелым, а две — к легким. Специфичность антител определяется структурой и конформацией ак- тивных центров легких цепей, реагирующих с детерминантными группами антигена. Анти- тела не способны прямо нейтрализовать био- логические эффекты макромолекул и надмо- лекулярных структур. Антитела осуществляют лишь специфическое связывание антигенов или гаптенов в активных центрах, опсонируя, таким образом, чужеродные вещества. Эф- фекторная функция антител проявляется в двух вариантах. Во-первых, антитела, вступая в контакт с антигеном, обеспечивают их транслокацию или накопление на мембранах клеток, а также перенос через биологические барьеры (эндотелий сосудов и др.). Оконча- тельное расщепление антигена происходит в клеточных специализированных системах, в основном в фаголизосомах. Эти процессы осуществляются только в клетках, обладаю- щих Fc-рецепторами для иммуноглобулинов (микро- и макрофаги, лимфоциты, а также неиммунные клетки — эндотелиоциты, эпи- телиоциты). Через посредство Fc-рецепторов происходит трансмембранная передача сигна- лов, активируются эндоцитоз, пролиферация лимфоцитов. Во-вторых, комплекс антиген- антитело активирует комплемент, в результа- те чего стимулируются цитолитические про- цессы. Иммуноглобулин класса А синтезируется плазматическими клетками красного костно- го мозга, селезенки, лимфатических узлов и содержится в организме в двух видах. Сывороточный иммуноглобулин А представ- ляет собой мономерную форму, играющую важную роль в гуморальном специфическом иммунитете, так как она обладает высоким аффинитетом и связывает антиген без участия комплемента. При антигенной стимуляции титр антител класса А в сыворотке крови по- вышается сравнительно быстро. Катаболизм мономерной формы антитела класса А, осо- бенно комплексов антитело—антиген, проис- ходит преимущественно в РЭС печени. Секреторный иммуноглобулин А является основным видом антител, защищающим сли- зистые оболочки. Эта форма образуется при контакте поступающей из крови мономерной формы с базолатеральной мембраной эпите- лиоцитов. Здесь мономерная форма связыва- ется со специфическими рецепторами, под- вергается при их участии адсорбционному эн- доцитозу, затем доставляется к апикальной мембране и высвобождается в виде комплекса димерное антитело А — секреторный глико- протеид. Адсорбируясь на поверхности слизи- стой, димерная форма в отличие от мономер- ной слабо расщепляется протеазами, нейтра- лизует вирусы, препятствует прикреплению бактерий и грибов к апикальной поверхности эпителиоцитов, оказывает антитоксическое действие, усиливает продукцию муцина, угне- тает абсорбцию пищевых антигенов и тем самым предотвращает образование антител против пищевых веществ (белков молока, мяса и др.). При образовании комплексов ди- мерное антитело А — антиген в их элимина- ции участвуют энтероциты. При дефиците ди- мерной формы антитела А у взрослых возни- кает предрасположенность к развитию реци- дивирующих инфекций, аллергии, злокачест- венных новообразований в слизистых оболоч- ках. У младенцев недостаточность антител класса А сочетается с повышенной абсорб- цией пищевых антигенов и развитием хрони- ческих воспалительных заболеваний желудоч- но-кишечного тракта. Иммуноглобулины класса G представляют собой гликопротеины, состоящие из двух пар тяжелых и легких цепей. Антитела класса G синтезируются плазматическими клетками лимфатических узлов и селезенки. Они обла- дают высокоспецифичными антитоксически- ми, комплементсвязующими и высокоавид- ными к антигену свойствами. Антитела клас- 53
ca G обеспечивают удаление (клиренс) пище- вых антигенов из плазмы крови. При избы- точном образовании иммунных комплексов антиген—антитело класса G, часто одновре- менно с образованием комплексов антиген- антитело класса Е, возникает непереноси- мость определенных пищевых продуктов. Это связано с активацией иммунными комплекса- ми компонентов комплемента, стимуляцией тучных клеток, базофилов, высвобождением биологически активных веществ, вызываю- щих развитие воспаления слизистых оболочек желудочно-кишечного тракта и повышение проницаемости кишечного барьера к пище- вым антигенам. Иммуноглобулины класса М синтезируются плазмоцитами лимфатических узлов, селезен- ки и других лимфоидных органов. В кровенос- ном русле иммуноглобулины класса М выпол- няют функцию нормальных антител. Обладая высокой авидностью к антигенам, они образу- ют с антигенами крупномолекулярные ком- плексы, которые стимулируют фагоцитоз, ак- тивируют компоненты комплемента С'1, С'4. При адсорбции на В-лимфоцитах антитела класса М выступают в роли специфических антигенных рецепторов. При участии этих антител происходят возбуждение, пролифера- ция В-лимфоцитов, дифференцировка их до- черних клеток в плазмоциты. Транспортиров- ка данных антител с экзосекретами на поверх- ность слизистых оболочек заметно повышает барьерные свойства последних. Иммуноглобулины класса D синтезируются плазмоцитами лимфатических узлов и селе- зенки. Проникая в кровь, антитела класса D совместно с антителами класса М адсорбиру- ются на цитолемме В-лимфоцитов и выпол- няют роль специфических рецепторов. Анти- тела класса D участвуют в кожных аллерги- ческих реакциях немедленного типа и в фик- сации компонентов комплемента. При неко- торых заболеваниях — лимфолейкозе, син- дроме Сьегрена на лимфоцитах резко возрас- тает адсорбция иммуноглобулинов класса D. Образование иммуноглобулинов разных классов в детском возрасте отличается от тако- вого у взрослых. У детей в возрасте до двух лет в плазме крови преобладают антитела клас- са М. При грудном вскармливании ребенок получает только с молоком матери иммуногло- булины классов А (до 0,5 г/сут) и G, лактофер- рин, лизоцим, а также олигосахариды как ана- логи эпителиальных рецепторов. В комплексе эти факторы обеспечивают защиту организма ребенка от кишечных инфекций, бактериаль- ных и вирусных повреждений органов дыха- ния, слуха и мочеполового тракта. 2.3.2.1. Регуляция антителообразовання Процесс антителообразовання в организме регулируется несколькими системами. Гене- тический контроль у человека осуществляется антигенами ГКГ — HLA-системой, локализо- ванной в 6-й хромосоме, 1г-генами, кодирую- щими синтез антигенов гликопротеиновой природы 1а, встроенных в цитолемму макро- фагов, В-лимфоцитов и активированных Т-лимфоцитов. Гены, участвующие в синтезе иммуноглобулинов, контролируют взаимо- действие клеток в процессе иммунного отве- та, включая Т-хелперы и Т-супрессоры, и специфичность клонов Т-лимфоцитов, под- вергающихся антигенной стимуляции. Нейроэндокринная регуляция антителообра- зования осуществляется в основном нервными центрами гипоталамуса через конечное звено внутриклеточной регуляции — систему цикли- ческих нуклеотидов. Регуляция межклеточно- го взаимодействия в процессе активации им- мунной системы осуществляется общими для всего организма биологически активными ве- ществами — биогенными аминами, гормона- ми, регуляторными пептидами и др. В гормо- нальной регуляции иммуногенеза важную роль играют глюкокортикоиды, так как они явля- ются сильными модуляторами активности кле- ток иммунной системы. При нормальной ней- рогормональной регуляции обеспечивается адекватное антителообразование в организме, координированное по классам иммуноглобу- линов. Происходит формирование иммунных комплексов, оказывающих антиинфекцион- ное, иммунорегуляторное действие с высокой эффективностью биологических эффектов. Координация деятельности клеток систем синтеза иммуноглобулинов значительно изме- няется при нарушениях функционального со- стояния нервных центров гипоталамуса, осо- бенно отражающихся на возбудимости симпа- тико-адреналовой системы. Умеренное воз- растание активности симпатико-адреналовой системы (например, при физиологическом стрессе) с незначительным увеличением кон- центрации КТА и глюкокортикоидов в крови стимулирует пролиферацию клеток органов, участвующих в иммунитете, что ведет к усиле- нию продукции антител в адекватных соотно- шениях по классам. Длительная гиперактив- ность симпатико-адреналовой системы (при патологическом стрессе) с высоким уровнем КТА и глюкокортикоидов в крови сопровож- дается снижением массы лимфоидной ткани, абсолютного и относительного числа лимфо- цитов, моноцитов, эозинофилов, базофилов при одновременном увеличении количества С А
нейтрофильных лейкоцитов. В то же время глюкокортикоиды способствуют стабилизации мембран лизосом макрофагов, снижению по- глощения ими антигенов, подавлению реак- ций бласттрансформации. Это нарушает ко- оперативное взаимодействие макрофагов, Т-хелперов и В-клеток, резко ослабляет обра- зование плазмоцитов, а тем самым и продук- цию антител. Избыток глюкокортикоидов через посредство специфических рецепторов ингибирует высвобождение макрофагами и лимфоцитами интерлейкинов и одновременно активирует экзоцитоз гуморальных агентов Т-супрессорами. Однако снижение продукции Т- и В-лимфоцитов, уменьшение синтеза и концентрации антител в крови существенно не отражается на функции стволовых клеток — они сохраняют способность к пролиферации, несмотря на уменьшение миграции совместно с В-лимфоцитами из костного мозга в кровь. Но и в этих условиях поддерживается опреде- ленный уровень компенсации убыли клеток органов, участвующих в антителообразовании. Нарушение координации деятельности перед- них, медиальных и задних ядер гипоталамуса (при патологическом стрессе в стадии истоще- ния) приводит к характерному длительному увеличению содержания в крови альдостерона, вазопрессина и соматотропина. Это облегчает пролиферацию и миграцию стволовых клеток совместно с В-лимфоцитами из костного моз- га в кровь и лимфоидные органы, благоприят- ствует созданию кооперативного взаимодейст- вия макрофагов, Т- и В-лимфоцитов. В резуль- тате значительно повышается интенсивность иммунного ответа и организм приобретает способность активно реагировать на внедре- ние даже слабых антигенов. Нарушения регу- ляции иммуногенеза могут приводить к разви- тию иммунокомплексных болезней при фор- мировании дефектных комплексов антиген- антитело (системная красная волчанка, гломе- рулонефрит, увеит и др.), аутоиммунных забо- леваний клеточного типа (хронический агрес- сивный гепатит, энцефаломиелит и др.) и ау- тоиммунных заболеваний гуморального типа (гемолитическая анемия, тромбоцитопения, пернициозная анемия и др.). Гормоны вилочковой железы. Вилочковая железа продуцирует Т-зависимые лимфоциты, содержание которых в крови человека в норме достигает 70 % от числа всех циркулирующих лимфоцитов. Исходной клеткой является стволовая; проникая в тимус с кровью, она размножается и дифференцируется в направ- лении Т-клеточных линий. Тимоциты активи- руются поликлональными митогенами (гормо- нами тимуса и др.). В активированных клетках возрастает трансмембранный обмен Na+ и Н+, повышается pH цитоплазмы, образуются вто- ричные мессенджеры (цАМФ, цГМФ, инози- тол-1,4,5-трифосфат), понижается концентра- ция АТФ и одновременно увеличивается кон- центрация Са2+ в результате мобилизации его из внутриклеточных депо и усиления входа в клетку. Поэтому в тимусе постоянно происхо- дят синтез антигенспецифичных рецепторов и отбор рецепторов для распознавания антиге- нов гистосовместимости до выхода Т-лимфо- цита в систему циркуляции. В процессах про- лиферации и синтеза антигенспецифичных ре- цепторов образуются клетки с дефектами антигенного состава, что ведет к массовой ги- бели (до 99 %) продуцируемых в тимусе лим- фоцитов еще до выхода их в кровь. Помимо образования Т-лимфоцитов, ти- мус функционирует как эндокринная железа. Секретируемый тимусом гормон тимозин представляет собой совокупность гормонов из группы термостабильных кислых полипепти- дов со средней мол.м. 4 кДа (табл. 4). Таблица 4. Основные гормоны тимуса (по Т.Е. Ивановской и др., 1996) Г ормон Характеристика гормона Тимопоэтин Полипептид; влияет на Т-лимфоциты, блокирует нервно-мышечную пере- дачу Тимический Полипептид; активирует Т-лимфоци- гуморальный ты фактор Тимический Полипептид; усиливает гиперчувст- фактор X вительность замедленного типа, вос- станавливает число Т-лимфоцитов в крови Тимический Нонапептид; влияет на дифференци- сывороточный фактор ровку Т-киллеров Альфа-1 -тимо- Полипептид; влияет на разные этапы ЗИН дифференцировки Т-лимфоцитов и дифференцировку Т-хелперов Альфа-7-тимо- Полипептид; влияет на дифференци- ЗИН ровку Т-супрессоров, на поздние этапы созревания Т-лимфоцитов Бета-4-тимо- Полипептид; влияет на ранние этапы ЗИН дифференцировки Т-лимфоцитов Гормоны группы тимозина могут быть не- специфичными и специфичными для тимуса, хотя все они регулируют иммунные функции организма (размножение, дифференцировку подклассов Т-лимфоцитов, рост лимфоидных органов и др.). Так, альфа-1-тимозин, синте- зируемый эпителиальными клетками телец Гассаля, параллельно обнаруживается во мно- 55
гих эпителиальных тканях, что указывает на его неспецифичность для тимуса. Этот гормон обеспечивает, по-видимому, дифференциров- ку Т-лимфоцитов на хелперные, киллерные и супрессорные клетки. Избыток альфа-1-тимо- зина в организме характерен для некоторых аутоиммунных заболеваний (тяжелая миасте- ния). Другие тимусные гормоны — тимопоэ- тин и тимулин специфичны для тимуса. Оба гормона регулируют дифференцировку проти- моцитов в тимоциты и созревание Т-лимфо- цитов. При недоразвитии тимуса возникает де- фицит тимических гормонов, что ведет к угне- тению процесса созревания Т-лимфоцитов, де- фектности систем специфического гумораль- ного и клеточного иммунитета. Инволюция ти- муса при патологическом стрессе происходит за счет деструкции кортизолчувствительных лимфоцитов, а восстановление массы тимуса в постстрессовом периоде — за счет размноже- ния кортизолрезистентных лимфоцитов, сти- мулированных тимическими гормонами. В регуляции процессов становления сис- тем Т- и В-лимфоцитов участвуют также ви- донеспецифические миелопептиды костного мозга, которые стимулируют иммунный ответ в продуктивной фазе антителогенеза. Системы цитокинов. Цитокины являются короткодистантными медиаторами коммуни- каций между клетками иммунной системы — макрофагами, лимфоцитами и плазмоцитами (табл. 5). Дефекты в системе цитокинов служат одной из важных причин нарушений функци- онирования клеток иммунной системы, в частности их способности к активации, проли- ферации и дифференцировке. Цитокины сти- мулируют клетки фагоцитарной системы, во- влекают в воспалительный процесс другие виды клеток (фибробласты, эндотелиоциты). Таблица 5. Цитокины — регуляторы имму- ногенеза Цитокин Продолжение табл. 5 Происхождение и свойства Фактор не- кроза опу- холей бета (лимфоток- син) Интер- лейкин-1 , альфа и бета; мономер Интер- лейкин-2; мономер Интер- лейкин-4; мономер Интер- лейкин-5; мономер Интер- лейкин-6; мономер Интер- лейкин -7; мономер Цитокин Происхождение и свойства Инсулино- Синтезируются клетками паренхиматоз- подобные ных органов; оказывают метаболическое факторы и митогенное влияние на многие виды роста 1 и 2 клеток. Митогенный эффект инсулино- подобного фактора значительно превы- шает митогенный эффект инсулина Трансфор- Синтезируется тромбоцитами и многи- мирующий ми видами клеток; вызывает В- и Т-кле- фактор рос- точную иммуносупрессию, стимулирует та синтез фибронектина и проколлагена Фактор не- Синтезируется моноцитами; активирует кроза опу- макрофаги, адсорбцию полиморфно- холей альфа ядерных лейкоцитов на эндотелии сосу- (кахексии) дов, вызывает кахексию Интерлей- кин- 10 Интерлей- кин-12; со- стоит из 2 гликопепти- дных субъ- единиц, со- единенных дисульфид- ной связью Синтезируется лимфоцитами; активиру- ет пролиферацию В-лимфоцитов, воз- буждает полиморфно-ядерные лейко- циты Синтезируется всеми ядросодержащи- ми клетками; индуцирует реакцию ост- рой фазы, активирует В- и Т-лимфо- циты, полиморфно-ядерные лейкоциты, усиливает адсорбцию последних на эн- дотелии сосудов, стимулирует продук- цию ИЛ-2 Синтезируется активированными Т-лим- фоцитами; усиливает пролиферацию Т-лимфоцитов, фагоцитарную актив- ность макрофагов, пролиферацию и дифференцировку В-лимфоцитов, акти- вирует синтез иммуноглобулинов клас- сов G, М и А Синтезируется активированными лим- фоцитами; является активатором функ- ции, пролиферации и дифференцировки В- и Т-лимфоцитов, увеличивает экс- прессию антигенов ГКГ класса II, стиму- лирует синтез антител классов М, Е, G4 Синтезируется активированными Т-лим- фоцитами; угнетает секрецию Т-хелпе- рами интерферона гамма, фактора не- кроза опухолей альфа и бета, ИЛ-2, является фактором дифференцировки эозинофилов Синтезируется фибробластами, эндо- телиоцитами сосудов, моноцитами, Т-лимфоцитами; является фактором дифференцировки В- и Т-лимфоцитов, стимулирует развитие реакции острой фазы и синтез антител плазматически- ми клетками Синтезируется активированными Т-лим- фоцитами; играет роль стимулятора пролиферации В- и Т-лимфоцитов, уси- ливает экспрессию специфических ре- цепторов для ИЛ-2 на мембране Т-лим- фоцитов, потенцирует эффекты митоге- нов Синтезируется клетками лимфоидной системы; угнетает секрецию Т-хелпера- ми интерферона гамма, факторов не- кроза опухолей альфа и бета, ИЛ-2; сти- мулирует секрецию Т-хелперами ИЛ-3, 4, 5 и 10, усиливает синтез антител классов G и А, вызывает дегрануляцию тучных клеток, эозинофилов и базофи- лов Синтезируется преимущественно клет- ками макрофагально-моноцитарного ря- да; усиливает цитотоксические свойства клеток, включая Т-киллеры и натураль- ные киллеры, стимулирует продукцию интерферона гамма 56
Схема 4. Влияние цитокинов на клетки иммунного ответа Цитокины в комбинации могут вызывать си- нергические либо антагонистические эффек- ты. Сложные взаимодействия цитокинов в организме обеспечивают каскадность реак- ций, в которых они участвуют, что играет важную роль в динамике воспаления, имму- ногенезе, повреждениях иммунной системы и других патологических процессах (схема 4). Помимо классических цитокинов, в иммун- ном ответе участвует интерферон гамма. Он является полипептидом с мол. м. 20—25 кДа, продуцируется Т-лимфоцитами при стиму- ляции их митогенами, антигенами, ИЛ-1 и ИЛ-2. Интерферон гамма стимулирует экс- прессию антигенов ГКГ класса II на макро- фагах, эпителиоцитах, лимфоцитах и других видах клеток. При его участии происходят активация макрофагов и повышение цитоток- сических свойств Т-киллеров и натуральных киллеров. 2.3.2.2. Система отрицательной обратной связи в иммуногенезе При избыточной концентрации антител в жидких средах организма в механизме регуля- ции антителообразовання включается система отрицательной обратной связи. При повыше- нии концентрации антител они усиленно бло- кируют антигены, что снижает антигенную стимуляцию клеток иммунной системы. В то же время возрастает взаимодействие антител класса G в комплексе с антигеном с Fc-pe- цепторами Т-лимфоцитов, что вызывает суп- рессорные .эффекты в виде высвобождения специфических (к определенным антигенам) и неспецифических (не зависящих от вида антигена) гуморальных ингибиторов актив- ности эффекторных клеток иммунной систе- мы (торможение пролиферации Т-хелперов и других клеток на митогенные стимулы). По- мимо активации Т-супрессоров, при избытке антител активируются также В-супрессоры — местные неспецифические ингибиторы мито- тического деления клеток. Выделяемые этими клетками гуморальные факторы подавляют пролиферацию всех активно делящихся кле- ток, включая Т- и В-лимфоциты в селезенке, лимфатических узлах, красном костном мозге, а также стволовые клетки. 2.3.2.3. Неспецифическое влияние на иммуногенез Селезенка человека содержит около 25 % от всех Т-лимфоцитов, из которых наибольшее число составляют Т-супрессоры, и 60 % от всех В-лимфоцитов. Плазматические клетки, 57
сосредоточенные в селезенке, продуцируют антитела классов G и М. Селезенка осущест- вляет фильтрацию крови, благодаря фагоци- тозу из тока крови элиминируются повреж- денные эритроциты, тромбоциты, лейкоциты, чужеродные белки, бактерии, электроотрица- тельные коллоиды (задержка коллоидов в па- ренхиме может продолжаться до 10—15 мин). При участии эндокарбоксипсптидазы и лей- кокиназы лимфоцитов в селезенке осущест- вляется синтез тафтсина (компонент тяжелой цепи антитела класса G) — биологически ак- тивного вещества, увеличивающего наряду с опсонинами подвижность и фагоцитарную активность микро- и макрофагов. В совокуп- ности деятельность селезенки направлена на повышение активности антигенпредставляю- ших клеток. Адъюванты (липополисахариды, липоиды), проникающие в ткани, вызывают развитие местного асептического воспаления, усилива- ющего фагоцитарную способность антиген- презентирующих клеток РЭС. Возрастают де- понирование антигенов, освобождение эндо- генных стимуляторов роста, что усиливает бе- локсинтезирующую функцию клеток иммун- ной системы и тем самым повышает синтез иммуноглобулинов. Алиментарные факторы. Недостаточность белка в пище вызывает прогрессирующее гене- рализованное угнетение активности главным образом системы Т-лимфоцитов и в меньшей степени системы В-лимфоцитов. Подобный эффект наблюдается и при ожирении. Важную роль в нарушениях иммуногенеза играют вита- мины — пиридоксин, каротиноиды, витамины А и Е. Пиридоксин необходим для осущест- вления нормальной пролиферации и приобре- тения цитотоксических свойств Т-лимфоцита- ми. При длительном дефиците пиридоксина системные нарушения в синдроме гипови- таминоза включают угнетение пролиферации Т-лимфоцитов и снижение их цитотоксичес- кой активности. Каротиноиды, витамины А и Е обладают адъювантным действием и при по- ступлении в организм в высоких дозах вызыва- ют заметное усиление иммуногенеза. Из мик- роэлементов иммуногенную способность орга- низма усиливают железо и цинк. 2.3.3. Реакции антиген—антитело Антигены могут реагировать с антителами в адекватных и неадекватных соотношениях. В первом случае развиваются, как правило, защитные реакции, во втором — патологичес- кие. При взаимодействии детерминант анти- гена и антитела в адекватных соотношениях формируется полноценная иммунная реак- ция, состоящая из химической (быстрой) и из коллоидной (медленной) фазы. Образующие- ся комплексы антиген—антитело взаимодей- ствуют с различными белками плазмы крови и лейкоцитами, эндотелием сосудов. Эти комплексы возбуждают антителозависимые цитотоксические клетки, активируют альтер- нативные пути системы комплемента. Фикса- ция молекул компонента комплемента СЗа на агрегатах, содержащих комплекс антиген- антитело, нарушает их структуру и повышает растворимость. Эти реакции носят защитный характер. Взаимодействие детерминантных групп антитела с детерминантами антиге- на ведет к утрате биологической активнос- ти (инактивации) антигена. При участии Fc-фрагмента антитела, прореагировавшего с антигеном, ограничиваются интенсивность и длительность иммунного процесса путем ак- тивации фагоцитирования нейтрализованного или иммобилизированного иммунного ком- плекса, блокады контакта антигена с иммуно- компетентными клетками, инактивации ре- цепторов этих клеток комплексами антиген- антитело (ограничение активности антиген- представляющих и эффекторных клеток). В то же время повышается эффективность иммунного ответа за счет избирательного по- давления продукции низкоаффинных антител в результате ускорения смены синтеза имму- ноглобулинов класса М на синтез иммуногло- булинов класса G. Ведущие механизмы защи- ты представлены клеточными и гуморальны- ми цитотоксическими реакциями. Иммунная стимуляция цитотоксических клеток направ- лена на уничтожение чужеродных продуктов, удаление поврежденных и мутированных кле- ток и сохранение тем самым клеточного го- меостаза (филогенетически ранний уровень цитотоксических реакций). Специфичность ответов антителозависимых цитотоксических клеток определяется специфичностью анти- тел, фиксированных на цитоплазматической мембране клеток-мишеней. Нейтрофильные лейкоциты возбуждаются иммунными комплексами, реагирующими с Fc-рецепторами цитоплазматической мембра- ны. В активированной клетке резко возраста- ет синтез реактивных метаболитов кислорода (свободных радикалов), происходят лабилиза- ция лизосом, высвобождение лизосомных ферментов, лизоцима, интерферона, химо- трипсиноподобной протеазы, эластазы, гид- ролаз, фактора-ингибитора митохондриаль- ного дыхания клеток-мишеней. Возбужден- ный нейтрофильный лейкоцит захватывает и 58
расщепляет до конечных продуктов иммун- ные комплексы, свободные легкие цепи им- муноглобулинов. Иммунные комплексы час- тично разрушаются под воздействием сыворо- точных протеаз. Эозинофильные лейкоциты активируются иммунными комплексами (антиген — антите- ло класса Е или G), связывающимися с Fc- рецепторами цитоплазматической мембраны. Клетки интенсивно экзоцитируют большое количество активных радикалов кислорода, лизосомальные ферменты и токсичные веще- ства, повреждающие клетки-мишени, кото- рые затем элиминируются при участии мак- рофагальной системы. Макрофаги активируются иммунными комплексами антиген—антитело классов G, М и Е, реагирующими с Fc-рецепторами ци- топлазматической мембраны. Возбужденные макрофаги высвобождают интерлейкин-1, интерферон, компонент комплемента СЗ, ли- зоцим, лизосомальные протеазы и гликозида- зы, активатор плазминогена, коллагеназу, эластазу, реактивные метаболиты кислорода, простагландины, лейкотриены, незначитель- ное количество метаболизированного антиге- на и другие продукты. Комплекс субстанций, экзоцитируемых макрофагами, альтерирует клетки-мишени и облегчает их фагоцитоз. Киллерные Т-лимфоциты возбуждаются че- рез посредство Fc-рецепторов комплексами антиген—антитело класса G. Уничтожение клеток-мишеней происходит стадийно. Вна- чале в период контакта с клеткой-мишенью Т-лимфоциты распознают антигены, в клет- ках усиливается обмен веществ и синтезиру- ется необходимое количество лимфотоксина, цитоплазматическая мембрана образует псев- доподии, проникающие в клетки-мишени. При завершении этих процессов лимфоцит наносит «летальный удар», т.е. вводит лимфо- токсин в цитоплазму клетки-мишени. Эта фаза зависит от содержания во внеклеточной среде двухвалентных катионов и глюкозы. Клетки-мишени, получившие лимфотоксин, подвергаются дезинтеграции в результате ла- билизации лизосом, выхода из них в цито- плазму гидролаз, активации перекисного окисления липидов. Аутолизирующиеся клет- ки элиминируются системой макрофагов. Киллерная функция системы комплемента заключается в активации комплемента по классическому или альтернативному пути, образовании мембраноатакующих комплек- сов с терминальными компонентами C5b—С9. Этот комплекс закрепляется и включается в липидный слой цитолеммы клетки-мишени и вызывает ее лизис. 2.3.4. Иммунодефициты К иммунодефицитам относятся нарушения поддержания иммунного гомеостаза, возни- кающие вследствие патологических измене- ний контроля пролиферации и дифференци- ровки лимфогемопоэтических клеток. Им- мунный гомеостаз нарушается в результате недостаточности гуморального и/или клеточ- ного звена. Нарушение гуморального звена специфической иммунной защиты имеет сложную природу. Физиологическая иммунная недостаточ- ность является следствием недоразвития лим- фоидной системы у детей в первые 3 мес жиз- ни. В этот период в организме ребенка синте- зируются преимущественно иммуноглобули- ны класса М и существует значительный де- фицит образования антител классов А и G. При грудном вскармливании дефицит послед- них восполняется в результате поступления их с молоком, особенно с молозивом, и бы- строй реабсорбции в кровь из-за высокой проницаемости желудочно-кишечного барье- ра у ребенка в этом возрасте. К физиологической иммунной недостаточ- ности относится также ослабление иммуните- та в пожилом и старческом возрасте, связан- ное с инволюцией и снижением секреторной активности тимуса. Уменьшение синтеза ти- мусных гормонов способствует угнетению ак- тивности систем Т- и В-лимфоцитов. Нару- шается нормальное соотношение между суб- популяциями Т-лимфоцитов в направлении снижения числа Т-хелперов и увеличения ко- личества Т-супрессоров. Это ведет к наруше- нию формирования Т-лимфоцитзависимых реакций и к увеличению числа долгоживущих Т-лимфоцитов — клеток памяти. При старе- нии клетки памяти приобретают повышенную способность синтезировать интерлейкин-10, который оказывает ингибирующий эффект на клеточную пролиферацию. Усиление ингиби- рующего действия интерлейкина-10 на имму- ногенез редуцирует образование иммуногло- булинов, особенно класса А, в ответ на анти- генную стимуляцию. В этот период усилива- ется продукция моноклональных аутоантител на стимуляцию аутоантигенами. До 70 % ау- тоантител образуется на ядерные аутоантиге- ны клеток слизистой желудка и значительно меньше — на аутоантигены других органов. Изменения иммуногенеза в старческом воз- расте нередко сочетаются с развитием дис- протеинемии и снижением содержания сыво- роточных белков. Возрастные нарушения сис- темы иммунитета создают предрасположен- ность к развитию злокачественных опухолей, 59
повышают чувствительность организма к ин- фекционным агентам и возникновению хро- нических форм инфекционных заболеваний, способствуют индукции атеросклеротических повреждений сосудов и нередко являются причиной различных эндокринопатий. Алиментарная иммунная недостаточность возникает у детей и взрослых людей при бел- ковом голодании, дефиците витамина Bj2, по- вышенной деструкции белков тканей, генера- лизованном угнетении пролиферации клеток, в том числе и образования плазмоцитов. При алиментарной недостаточности иммунитета нарушается нейрогормональная регуляция продукции иммуноглобулинов, в плазме крови заметно снижается концентрация бел- ков, включая иммунные гамма-глобулины. Это ведет к ослаблению параиммунитета, спе- цифического клеточного и гуморального им- мунитета, что предрасполагает организм к ин- фекционным болезням. Патологическая иммунная недостаточность может носить врожденный и приобретенный характер. Врожденные нарушения иммуноге- неза обычно связаны с генетическими дефек- тами В- и Т-лимфоцитов. При грубых генети- ческих дефектах В-лимфоцитов (тип Брутто- на) возникает тотальная гипогаммаглобулине- мия с недостаточностью всех классов имму- ноглобулинов. Дефекты генотипа В-лимфо- цитов могут быть связаны с селективным от- сутствием одного гена, ответственного за продукцию какого-либо класса иммуноглобу- линов. В этом случае развивается недостаточ- ность продукции отдельного класса антител, чаще класса А. В связи с гипогаммаглобули- немией при всех видах генетических дефектов В-лимфоцитов констатируются неполноцен- ность хемотаксиса микро- и макрофагов, по- вышенная ригидность мембран гранулоцитов и мононуклеаров, снижается синтез интерфе- рона, лизоцима, интерлейкинов, появляется склонность к пиогенным инфекциям, к раз- витию коллагенозов. При низкой концентра- ции циркулирующих в крови иммуноглобули- нов возрастает антигенная стимуляция Т-лимфоцитов, в результате чего повышается вероятность развития в организме аутоаллер- гических процессов. Нарушение созревания Т-лимфоцитов про- исходит при врожденной аплазии или гипо- плазии тимуса (синдром Ди Джорже). При этом создаются дефицит тимических гормо- нов (тимозина и др.) и недостаточность обра- зования зрелых Т-лимфоцитов. Уменьшение поступления зрелых Т-лимфоцитов в крово- ток снижает возможность развития аллерги- ческих реакций замедленного типа. Благодаря взаимодействию систем Т- и В-лимфоцитов продукция иммуноглобулинов разных классов сохраняется, но она происходит на низком уровне, в связи с чем снижается резистент- ность организма к инфекционным агентам. Тяжелый комбинированный иммунодефицит обусловлен сцепленным с полом спорадичес- ким аутосомно-рецессивным дефектом или полным отсутствием в клетках крови фермен- та, участвующего в обмене аденозина, — аде- нозиндезаминазы. Это ведет к угнетению дез- аминирования аденозина и дезоксиаденозина и его метаболитов в клетках крови, особенно в лимфоцитах, к торможению синтеза ДНК, резкому нарушению процессов пролиферации гемопоэтических клеток и клеток, обеспечи- вающих иммуногенез. Блок системы стволо- вая клетка — Т-лимфоцит вызывает тоталь- ную недостаточность иммунной системы и ведет к сильному уменьшению числа плазма- тических клеток. Эти нарушения значительно ослабляют формирование иммунных ответов организма на антигенное раздражение. Другой вид тяжелого иммунодефицита связан с аутосомно-рецессивным дефектом Т-лимфоцитов в виде дефицита фермента пуриннуклеозидфосфорилазы. При этом на- рушается фосфорилирование гуанозина, инозина, дезоксигуанозина и дезоксиинози- на, угнетается их переход в пуриновые осно- вания. В клетках накапливаются токсичные продукты нарушенного пуринового обмена, что тормозит синтез ДНК и пролиферацию клеток, в том числе клеток иммунной сис- темы, истощает пул и подавляет активность Т- и В-лимфоцитов. Развивается тотальная иммунная недостаточность, и резко повыша- ется восприимчивость организма к инфек- циям. Приобретенная иммунная недостаточность развивается при злокачественных гемопати- ях — множественной миеломе, хроническом лимфоматозе, тяжелых формах нефрозо-неф- рита с большой потерей белка с мочой, энте- ритах, энтероколитах и других тяжелых забо- леваниях. Эти болезни характеризуются воз- никновением патологических процессов, ве- дущих к накоплению в жидких средах, тканях и органах протеаз, медиаторов воспаления, белков острой фазы и других биологически активных продуктов. Их избыток ведет к сни- жению числа фагоцитирующих клеток, ней- тропении, моноцитопении, лимфопении, к неполноценности хемотаксиса фагоцитов, по- вышению ригидности мембраны гранулоци- тов, а также к снижению продукции лизоци- ма, интерферона, лимфотоксинов, ослабле- нию активности Т- и В-лимфоцитов. В ре- 60
зультате значительно ограничивается «очище- ние» организма от чужеродных субстанций, обладающих антигенностью, и повышается чувствительность к сапрофитной и патоген- ной флоре. Дефекты активации комплемента обуслов- лены врожденными и приобретенными нару- шениями синтеза отдельных его компонен- тов. Это вызывает недостаточность класси- ческого пути активации комплемента при участии комплексов антиген—антитело (клас- сов М, G) и альтернативного пути активации различными полисахаридами, агрегирован- ным иммуноглобулином класса А, что пред- располагает организм к развитию тяжелых инфекционных повреждений. В структуре заболеваний иммунной систе- мы инфекционной природы все большее зна- чение приобретает синдром приобретенного инфекционного иммунодефицита (СПИД). Вирус иммунодефицита человека (ВИЧ) от- носится к группе ретровирусов. Он передает- ся от больного человека здоровому преиму- щественно через поврежденные слизистые оболочки, трансплацентарно, с молоком ма- тери, при переливании крови. В организме вирус внедряется преимущественно в Т-хел- перы, так как гликопротеин CD4 цитолеммы является его рецептором. За счет рецептор- зависимого эндоцитоза комплекса рецептор— гликопротеин CD4—гликопротеин вирусной оболочки вирус проникает в цитозоль. В клетках под воздействием фермента транс- криптазы РНК генома подвергается транс- крипции, превращается в ДНК, после чего вирусная ДНК интегрируется в геном Т-хел- пера. При контакте вирусинфицированного Т-хелпера с митогенами, аллогенами проис- ходит стимуляция размножения вируса, ви- русные белки и РНК генома связываются с цитолеммой лимфоцита. Растущие вирионы повреждают цитолемму, проникают во вне- клеточную среду и инфицируют здоровые Т-хелперы. Массивное разрушение Т-хелпе- ров вызывает их дефицит, что ведет к тяже- лым нарушениям функции иммунной систе- мы — резкому снижению пролиферации В-лимфоцитов и образованию плазмоцитов — продуцентов антител, ослаблению ответов ци- тотоксических Т-клеток и Т-супрессоров на антигенную стимуляцию. Дефицит Т-хелпе- ров ведет к недостаточности продукции лим- фокинов, активирующих наряду с антителами клетки белой крови, включая лимфоциты раз- ных типов. Это является другой причиной значительного ослабления ответов цитоток- сических Т-лимфоцитов и Т-супрессоров на антигенную стимуляцию. Клинические проявления синдрома приоб- ретенного инфекционного иммунодефицита (СПИД) определяются стадией заболевания. Начальная (первая) стадия связана с вирус- ным заражением Т-хелперов и их массивным повреждением. Это происходит обычно в те- чение 2 нед на фоне развития клинической симптоматики, напоминающей грипп, — го- ловной боли, недомогания, лихорадки, боли в суставах и других неспецифических функцио- нальных нарушений. В редких случаях клини- ческие проявления болезни сохраняются в те- чение месяцев и вплоть до одного года. Начи- ная с этого периода организм утрачивает спо- собность к адекватной выработке специфи- ческих антител, которых всегда недостаточно для уничтожения вируса в организме. Средняя (вторая) стадия начинается с раз- вития аденопатии в виде увеличения размеров лимфатических узлов, селезенки и печени при персистировании лихорадки, быстрой утомляемости и появления прогрессирующего снижения массы тела, а также развития хро- нических кожных и легочных заболеваний. В этой стадии болезни число Т-хелперов в крови больных может снижаться до 400 кле- ток/мкл и меньше. При дефиците Т-хелперов возникает глубокое нарушение деятельности всех компонентов иммунной системы, что ос- лабляет неспецифическую и специфическую гуморальную и клеточную защиту организма и способствует возникновению тяжелых ин- фекций, вызываемых даже сапрофитной фло- рой — простейшими, грибами, микобактерия- ми, вирусами. Длительность средней стадии СПИДа может продолжаться год и более. Поздняя (третья) стадия характеризуется еще более выраженными нарушениями функ- ции иммунной защиты и практически полной утратой способности организма противосто- ять вирусным, стафилококковым, стрепто- кокковым и другим инфекциям. На этой ста- дии болезни повреждения ткани легких чаще всего вызывают Pneumocystis carini, на кож- ных покровах появляется саркома Калоши, в лимфоидных органах часто развиваются лим- фомы. Другие нарушения функции жизненно важных органов на фоне низкого содержания в крови противовирусных антител ведут к тому, что болезнь приобретает необратимую форму с летальным исходом. 2.3.5. Специфическая клеточная защита Антителозависимые клеточные и гумораль- ные иммунные реакции у человека дополня- ются системой цитотоксических Т-лимфоци- 61
тов. Эта система эффективно поддерживает постоянство генотипов клеток организма за счет непрерывной элиминации всех дефект- ных клеток, включая опухолевые. Система цитотоксических Т-лимфоцитов составляет многочисленную популяцию: их содержание в периферической крови может достигать 90 % от общей массы лимфоцитов. Экспрессия CD4- или CDS-гликопротеи- нов на цитолемме придает Т-лимфоцитам разные функциональные свойства. CD4+-T- лимфоциты при контакте с антигенами и воз- буждении секретируют в окружающую среду факторы роста и факторы дифференцировки для других Т- и В-лимфоцитов. Возбужден- ные антигеном СВ8+-Т-лимфоциты секрети- руют преимущественно лимфотоксины, спо- собствующие уничтожению чужеродных и альтерированных собственных клеток. Поэто- му инфильтрация поврежденных участков тканей и органов СВ4т-Т-лимфоцитами ведет к активации преимущественно патологичес- ких пролиферативных процессов, в то время как инфильтрация СВ8+-Т-лимфоцитами — к активации цитотоксических механизмов по- вреждения. Цитотоксические свойства СВ8г-Т-лим- фоцитов возникают в результате синтеза в них перфорина, фактора угнетения активнос- ти макрофагов и полинуклеаров, фактора тор- можения пролиферации мезенхимальных кле- ток и кожно-реактивных факторов, усилива- ющих проницаемость сосудов. Цитотоксичес- кие свойства СВ8+-Т-лимфоцитов возрастают при воздействии на них холинергических суб- станций, вызывающих накопление гуанозин- 3,5-дифосфата в цитозоле. Киллерный эф- фект этих клеток ослабевает при воздействии на них простагландинов типа Е12, холерного токсина, теофиллина и других веществ. Цитотоксический эффект СВ8+-Т-лимфо- цитов осуществляется последовательно, по стадиям. В первой стадии происходят прямой контакт Т-лимфоцита с клеткой-мишенью и не зависящее от содержания ионов кальция и магния в среде распознавание при участии рецепторов антигенных детерминант с ак- тивацией внутриклеточного метаболизма. В СВ8+-Т-лимфоцитах вначале синтезируют- ся гранулы, содержащие цитолитические про- дукты, в частности гликопротеин — перфо- рин. Во второй стадии Т-лимфоцит произво- дит «летальный удар» в виде зависящего от содержания в среде кальция, магния и глюко- зы экзоцитоза перфорина в межклеточную щель, возникшую при контакте Т-клетки с клеткой-мишенью. В межклеточной щели перфорин, подвергаясь Са2+-зависимой кон- формации, встраивается в цитолемму клетки- мишени и путем лизиса образует в ней поры, сходные по величине с порами, возникающи- ми в цитолемме под воздействием С9 компле- мента. После этого (третья стадия) клетка-ми- шень в течение 3—5 ч контакта подвергается деградации за счет не зависящей от содержа- ния кальция, магния и глюкозы активации ли- зосом и внутриклеточного высвобождения из них гидролитических ферментов, образования токсических продуктов перекисного окисле- ния липидов. Гуморальные факторы, высво- бождаемые погибающими клетками, активи- руют макрофагальную систему, очищающую организм от чужеродных продуктов. Антигены погибающих клеток одновременно стимулиру- ют процесс иммуногенеза, что ведет к включе- нию в механизм защиты организма антитело- зависимых иммунных реакций. 2.3.5.1. Толерантность Толерантность — устойчивое отсутствие им- мунного ответа организма на антигенную сти- муляцию. В случаях полной элиминации ак- тивированного антигеном клона иммунных клеток толерантность может носить необра- тимый характер. Обратимая толерантность возникает при блокаде функции лимфоцитов. Она может вызываться путем прямого инги- бирующего эффекта антигена преимущест- венно на В-лимфоциты либо комплексами антиген—антитело. Толерантность подразде- ляется также на естественную и искусствен- ную (индуцированную). Естественная толерантность обусловлена полным отсутствием иммунных ответов на воздействие видоспецифических, групповых, тканеспецифических аутоантигенов, содер- жащихся в неваскуляризируемых тканях и органах, снабженных гистогематическими барьерами, препятствующими проникнове- нию органных аутоантигенов в систему лимфо- и кровообращения (хрусталик глаза, яички и др.). Естественная толерантность формируется в результате элиминации в ти- мусе незрелых клонов лимфоцитов, обладаю- щих рецепторами к соответствующему ауто- антигену. Для поддержания естественной то- лерантности требуется постоянный контакт лимфоцитов с аутоантигенами собственного организма. По видам толерантных лимфоци- тов естественная толерантность подразделя- ется на низко- и высокозонную. Низкозонная естественная толерантность формируется на уровне Т-клеток. В-лимфоциты остаются не- 62
толерантными, но они не способны отвечать иммунной реакцией на аутоантигены из-за отсутствия сигнала от толерантных Т-хелпе- ров. Высокозонная толерантность включает Т- и В-лимфоциты, которые становятся то- лерантными при контакте с аутоантигенами в высоких концентрациях. Развитию естест- венной толерантности способствует наличие в крови сывороточных факторов — ингиби- торов иммуногенеза, секретируемых Т-суп- рессорами. Индуцированная (искусственная) толерант- ность обозначает временное неустойчивое от- сутствие иммунных ответов организма на оп- ределенные виды аллогенов. Наиболее успеш- но индуцированная толерантность воспроиз- водится при помощи парентерального введе- ния определенных доз олиговалентных анти- генов (гетерологичной сыворотки крови и др.), а также путем введения высоких доз полимерных мультивалентных антигенов — бактериальных эндотоксинов, пневмококко- вого полисахарида и др. Индуцированная то- лерантность возникает в результате прямого воздействия антигенов на иммунокомпетент- ные клетки и вторично из-за опосредования ингибиторного эффекта Т-супрессоров на ме- ханизмы формирования иммунного ответа. В механизме развития индуцированной толерантности на введение олиговалентных антигенов важную роль играет нарушение кооперативного взаимодействия Т- и В-лим- фоцитов. В случае становления толерантнос- ти В-лимфоциты, распознающие антиген с помощью сорбированных на их поверхности иммуноглобулинов классов М и D, не полу- чают сигналов от Т-лимфоцитов, не распо- знающих антиген в чистом виде вне ком- плексирования с антигенами ГКГ первого класса. В этих условиях В-лимфоциты, ста- новясь толерантными к данному антигену, утрачивают способность к трансформации в плазмоциты. Большие дозы введенных полимерных мультивалентных антигенов оказывают наи- более сильный эффект на пре-В-лимфоциты на стадии их перехода в зрелые В-клетки. Эти клетки становятся анергичными к последую- щим сингенным антигенным стимулам. Это происходит потому, что антигены блокируют специфические рецепторы В-лимфоцитов, уг- нетают их трансформацию в плазматические клетки, усиливают продукцию в лимфоидной ткани Т-супрессоров, способствуют их воз- буждению и синтезу ингибирующих факто- ров, угнетающих иммунный ответ организма на внедрение инфекционных и неинфекцион- ных антигенов. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ Абрамов В. В. Взаимозависимость функционирова- ния иммунной и нервной системы//Успехи совр. биол. — 1991. — Т. III, № 6. — С. 840— 851. Бережная Н.М. Нейтрофилы и иммунологический гомеостаз. — Киев, 1988. Брондз Б.Д. Генетические условия функций суб- ' классов Т-лимфоцитов и их рецепторов//Успе- хи совр. биол. — 1991. — Т. III, № 6. — С. 858— 872. Воробьев А.А. Физиологические пути введения антигенов и других биологически активных ве- ществ в организм//Иммунология. — 1996. — № 5. - С. 4-8. Гуковская А. С. и др. Ионные сигналы в активации лимфоцитов. — В кн.: Внутриклеточная сигна- лизация. — М., 1988. — С. 135—144. Друх В.М., Земсков В.М., Воробьев А.А. Фагоцитар- ные клетки и инфекции, вызванные вирусом иммунодефицита человека//Успехи совр. биол. - 1992. - Т. 112, № 3. - С. 383-397. Земсков А.М., Земсков В.М., Золоедов В.И., Бжозов- ский Е. Специфическая и неспецифическая им- мунокоррекция//Успехи совр. биол. — 1997. — Т. 117, № 3. - С. 261-268. Иванова В.П. Иммуномодулирующие пептиды: роль пептидных фрагментов эндогенных и эк- зогенных белков в модуляции иммунных про- цессов//Успехи совр. биол. — 1994. — Т. 114, № 3. - С. 353-371. Ивановская Т.Е., Зайрятьянц О.В. Патология тиму- са у детей. — СПб.: Сотис, 1996. Извекова В.А. Липиды мембран и функция имму- нокомпетентных клеток в норме и патологии// Успехи совр. биол. — 1991. — Т. III, № 4. — С. 577-590. Йегер Л. (Ред.) Клиническая иммунология и аллер- гология. — Том 1. — М.: 1990. Корнева Е.А. (Ред.) Иммунофизиология. — СПб.: Наука, 1993. Кусмарцев С.А., Бельский Ю.П., Агранович И.М. Ес- тественные супрессорные клетки//Успехи совр. биол. - 1994. - Т. 114, № 6. - С. 705-711. Лысенко А.Я. ВИЧ-инфекция и СПИД-ассоции- руемые заболевания. — М.: 1996. Лямперт И.М., Колесникова В.Ю., Кочеткова Е.В. Роль перекрестно реагирующих антигенов мик- роорганизмов при различных иммунологи- ческих феноменах//Итоги науки и техники. ВИНИТИ. — Иммунол. — 1996. — Т. 15. — С. 40-63. Меджидов Р.М. Мембранный транспорт антиген- ных пептидов//Биохимия. — 1992. — Т. 57, №10. - С. 1597-1598. Михайлова А.А. Участие медиаторов иммунитета в неиммунном взаимодействии//Иммунология.— 1992. - № 4. - С. 4-8. Новобранцева Т.Н. Интерлейкин- 12//Успехи совр. биол. - 1996. - Т. 116, № 2. - С. 206-216. Петров Р.В. Иммунология. — М.: Медицина, 1987. Петров Р.В., Хаитов Р.М., Пинегин Б. В. Иммуно- диагностика иммунодефицитов//Иммуноло- гия. - 1997. - № 4. - С. 4-7. 63
Сидорова Е.В. Антигенспецифичные рецепторы Т- и В-лимфоцитов и передача сигнала//Успехи совр. биол. — 1995. — Т. 115, № 5. — С. 627— 640. Утешев Б. С. Механизмы активации В-лимфоци- тов//Успехи совр. биол.— 1991— Т. 111, № 4,— С. 591-603. Фримель X., Брок И. Основы иммунологии. — М.: Мир, 1986. Хавинсон В.Х., Жуков В. В. Пептиды тимуса и ме- ханизмы иммуномодуляции//Успехи совр. биол. - 1992. - Т. 112, № 4. - С. 554-563. Шхинек Э.К., Рыбакина Е.Г., Корнева Е.А. Интер- лейкин 1 в реализации иммунонейроэндокрин- ных взаимосвязей//Успехи совр. биол.— 1993.— Т. 113, № 1. - С. 95-106. Ярилин А.А. Апоптоз и его место в иммунных про- цессах//Иммунология. — 1996. — № 6. — С. 4— 10. Abbas А.В., Lichtman А.Н., Poker J.J. (Eds) Cellular and molecular immunology. — Philadelphia: Lon- don, 1991. Bentley G.A. The structure of the T-cell antigen recep- tor//Ann. Rev. Immunol. — 1996. — Vol. 14. — P. 563-590. Farrar M.A., Schreiber R.D. The molecular cell biology of interferon-у and its receptor//Ann. Rev. Immu- nol. - 1993/- Vol. 11. - P. 571-611. Gemsa B., Kaldan J.R. Immunologie. — Stuttgart- New York, 1991. Grundmann E., Vollmer S. (Eds) Reaction pattern of the lymph node. — Berlin, 1991 - Gupta S, Paul W.E., Cooper M.D. Mechanisms of lymphocyte activation and immune regulation: de- velopmental biology of lymphocytes//Adv. exp. Med. Biol. - 1990. - Vol. 252. Kagi D., Lederman B., Biirki K. Molecular mechanisms of lymphocyte-mediated cytotoxicity and their role in immunological protection and pathogenosis in vivo//Ann. Rev. Immunol. — 1996. — Vol. 14. — P. 207-232. Katlama Ch. AIDS.— 1996,— Suppl. 10,— P. 43—46. Moller G. (Ed.) Mechanisms of antigen processing// Immunol. Rev. — 1996. — N 151. Moretta A., Bottino C, Vitale M. Receptors for HLA class 1 molecules in human natural killer cells// Ann. Rev. Immunol. — 1996. — Vol. 14. — P. 619-648. Neutra M.R., Pringault E., Kraehenbuhl J.-P. Antigen sampling across epithelial barriers and induction of mucosal immune response//Ann. Rev. Immunol.— 1996. - Vol. 14. - P. 275-300. Penneys N.S. Skin manifestations of AIDS. — London, 1990. Podack E.R., Kupfer A. T-cell effector functions: mechanisms for delivery of cytotoxicity and help// Ann. Rev. Cell Biol. - 1991. - Vol. 7. - P. 479- 504. Roitt J. Essential immunology. — Oxford: Blackwell Sci. Publ. - 1994. Schoub B.D. AIDS and HIC in perspective. — Cam- bridge, 1994. Steinmann R.M. The dendritic cell system and its role in immunogenicity//Ann. Rev. Immunol. — 1991. - Vol. 9. - P. 387-399. Westermark B., Betsholts C., Hokfelt B. (Eds) Growth factors in health and diseases. — Netherlands: El- sevier Sci., 1990. York LA., Rock K.L. Antigen processing and presenta- tion by the class 1 major histocompatibility com- plex//Ann. Rev. Immunol. — 1996. — Vol. 14. — P. 369-396.
Гпава 3 ТИПОВЫЕ КЛЕТОЧНЫЕ ПАТОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ 3.1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА Клетка является элементарной частицей многоклеточного организма. Организм чело- века состоит из 10' клонов клеток, которые включают около 60 триллионов единиц. Из этих клеток формируются четыре основных типа ткани — эпителиальная, мышечная, нервная и соединительная, имеющие экто-, мезо- и эктодермальное происхождение. В зависимости от способности синтезиро- вать ДНК клеточные популяции подразделя- ют на 4 группы. Статические — неделящиеся, ядросодержа- щие, необратимо дифференцированные клет- ки — нервные, мышечные, железистые, гра- нулоциты и макрофаги крови и тканей, жиро- вые клетки. При увеличении нагрузки в фи- зиологических пределах эта группа клеток от- вечает развитием гипертрофии; при чрезмер- ной нагрузке клетки погибают без активации деления. Лабильные — обновляющиеся клетки, по- стоянно входящие в митотический цикл. Такие клетки делятся до тех пор, пока не по- лучат сигнал о прекращении деления при со- прикосновении с однотипными клетками (контактное торможение). При контакте однотипные клетки узнают друг друга при участии органо- или тканеспецифических белков цитолеммы, причем контакты возни- кают только у клеток, находящихся на стадии покоя (Go). К лабильным клеткам относятся: а) стволовые клетки костного мозга — само- поддерживающаяся популяция, способная дифференцироваться в разных направлениях, обладает большим потенциалом к пролифера- ции с четко выраженными циклами развития; б) тканевые клетки — самоподдерживающая- ся популяция, способная дифференцировать- ся только в одном направлении. В зонах роста клетки дифференцированы частично: клетки базального слоя эпидермиса, крипт кишечни- ка, эритроидный и миелоидный росток кост- ного мозга и др. Стабильные (покоящиеся) — способные к пролиферации клетки, в норме не синтезиру- ют ДНК. При стимуляции начинают синтези- ровать ДНК и митотически делиться. К ста- бильным клеткам относятся: а) клетки меро- кринных желез эпителиального и соедини- тельнотканного происхождения — печени, почек, поджелудочной железы, хряща, рых- лой соединительной ткани. Эти клетки могут выходить из состояния покоя и пролифериро- вать. Максимальная способность к регенера- ции выражена у клеток желез эпидермального происхождения — печени и др.; б) клетки, входящие в митотический цикл только при воздействии индукторов-митогенов, — лим- фоциты и др. Малигнизированные клетки — пролифери- рующие клетки эпителиального и соедини- тельнотканного происхождения, утратившие способность к дифференцировке и вхожде- нию в состояние покоя. Межклеточные взаимодействия. Все виды клеток, за исключением малигнизированных, тесно взаимодействуют между собой. В орга- нах и тканях межклеточное взаимодействие необходимо для координации активности, дифференцировки и роста клеток. Межкле- точное взаимодействие обеспечивается двумя основными механизмами. Первый механизм представлен секрецией сигнальных веществ в межклеточную жидкость. Эти сигналы клет- ки-мишени воспринимают через специфичес- кие рецепторы и соответственно изменяют свою активность. Второй механизм коммуни- кации представлен контактами между цито- плазматическими мембранами клеток, что объединяет их в группы, которые интегриру- ются в определенные структуры. Между клет- ками этих структур образуются десмосомы, плотные, щелевые соединения и каналы. Дес- мосомы выполняют функцию опор или точек отсчета, закрепленных в цитоскелете, относи- тельно которых ориентируются остальные структуры межклеточных контактов. Зоны простых плотных соединений являются клю- 65 3-3910
чевыми образованиями в регуляции тканевого или органного гомеостаза. Они обеспечивают адгезионное взаимодействие, выполняют роль барьеров и формируют определенные области внеклеточного пространства, строго изолиро- ванные друг от друга (в печени желчный ка- пилляр — синусоидальное пространство и др.). В щелевых соединениях происходит транспорт ионов и небольших молекул между клетками. Каналы межклеточных сообщений не являются пассивными порами — они чув- ствительны к изменениям физико-химичес- ких параметров — межклеточной разницы электрических потенциалов, внутриклеточно- го pH, содержания Са2+ в цитоплазме и др. Структурная организация тканей и органов играет важную роль в процессе проникнове- ния патогенных агентов в клетки и в механиз- мах их повреждения. 3.2. ТРАНСПОРТ ПАТОГЕННЫХ ФАКТОРОВ В КЛЕТКУ Патогенные факторы проникают в клетку, ис- пользуя те же транспортные механизмы, что и естественные метаболиты. Транслокация ве- ществ из крови в межклеточное пространство происходит очень быстро на уровне системы микроциркуляции. Свободная диффузия — пассивный транс- порт без затрат энергии и без участия пере- носчиков — осуществляется в двух вариантах. В первом варианте перенос быстро раствори- мых веществ липидной природы в липидные компоненты мембраны клеток происходит по градиенту концентрации с линейной зависи- мостью между скоростью переноса вещества и его растворимостью в липидах. Скорость переноса уменьшается с возрастанием моле- кулярной массы большинства малых и круп- ных липофильных молекул — недиссоцииро- ванных жирных кислот, эфиров и др. Свобод- но диффундируемые мембранотропные пато- генные агенты нарушают электрогенные, ме- таболические и барьерные функции клеток. Вода и низкомолекулярные водорастворимые вещества могут также диффундировать через каналы цитоплазматической мембраны вне зависимости от парциальных диффузионных потоков по закону Фика. Этот вид транспорта происходит по электрохимическому градиен- ту, не требующему затрат энергии. Активный транспорт патогенных факторов с участием переносчиков осуществляется в виде облегченной диффузии и сопряженного транспорта. Облегченная диффузия используется в здоровом организме при транспорте моносахаридов и неэлектролитов в клетках многих тканей и органов, за исклю- чением печени и почек. Таким же путем про- никают в клетку патогенные агенты. С о- пряженный активный транспорт в норме используется при транслокации ами- нокислот и сахаров в клетках кишечника. При участии ферментов происходит энергоза- висимое комплексирование водорастворимых веществ, не обладающих способностью про- никать через мембраны с переносчиками бел- ковой природы, в результате чего образуются жирорастворимые и мембранопроходимые со- единения, перенос которых в цитоплазму происходит против градиента концентрации при участии АТФазного насоса и ферментов (пермеаз) через каналы для Na+, К*, Са2+, Mg5+. Пиноцитоз (микровезикулярный транс- порт) — постоянный процесс окружения ка- пель внеклеточной жидкости участками ци- топлазматической мембраны, отпочкование, образование вакуолей, окруженных мембра- ной. В органах везикулярный транспорт на- правлен из просвета капилляров через эндо- телий в межклеточное пространство, а из не- го — в органоспецифические клетки. При пи- ноцитозе в цитоплазме образуются фаголизо- сомы, где часть поглощенных веществ разру- шается, а часть депонируется (в норме 90 и 10 % соответственно). При связывании пато- генных агентов с липосомами облегчается их транспорт в область аппарата Гольджи, затем к лизосомам. Липосомы образуются при дис- пергировании фосфолипидов и представляют собой двойные мембраны (молекулы фосфо- липидов обращены неполярными частями друг к другу, полярными частями — в водный раствор). В липосомах сильно выражена по- движность входящих в их состав фосфолипи- дов в сочетании с высокой проницаемостью их мембран для различных, в том числе ле- карственных веществ. Липосомы проявляют высокое сродство к клеткам РЭС. В клетки липосомы проникают путем эндоцитоза раз- ных видов в зависимости от их массы и типа клеток; внутри клеток находятся главным об- разом в лизосомах. Адсорбционный эндоцитоз является наибо- лее эффективным транспортом, независимым от концентрации веществ вне клетки. Адекватное нормальное специфическое свя- зывание лигандов-макромолекул или их час- тиц (полипептидных гормонов, факторов роста нервов, эпителия, некоторых фермен- тов, медиаторов и др.) с рецепторами приво- дит к впячиванию участка мембраны, несуще- го комплекс лиганд—рецептор, формирова- 66
нию при участии кластрина окаймленной ямки. Затем образуются окаймленные пу- зырьки с оболочкой, построенной из белка кластрина (везикул-рецептосомы, кластеры), которые подвергаются избирательному транс- порту и как мембранные белки — интернали- зации. Окаймленные пузырьки переносятся от ЭПС к комплексу Гольджи и лизосомам. В последних происходит закисление содержи- мого, и через несколько десятков минут отде- ленные от мембраны окаймленные пузырьки расщепляются лизосомными ферментами с утратой кластриновой оболочки, миграцией свободных белков оболочки к цитоплазмати- ческой мембране и использованием их для новообразования окаймленной ямки и окайм- ленного пузырька. Степень нарушений функ- ции клетки зависит от ее способности осу- ществлять адсорбционный эндоцитоз лиган- дов. Неадекватное относительно специфическое связывание патогенных факторов (токсичные белки растительного и животного происхож- дения — дифтерийный токсин, холерный ток- син, рицин и др.) с рецепторами цитоплазма- тической мембраны также сопровождается формированием кластеров, их транспортом к аппарату Гольджи, но образуются лишь «малые» лизосомы, защищенные от действия ферментов обычных («больших») лизосом. Это способствует сохранению патогенных агентов в клетке, проявлению их повреждаю- щего действия на ферментные системы пре- имущественно белкового синтеза. Суть этих повреждений состоит в стимуляции АДФ-ри- бозилирования внутриклеточных субстратов (факторы элонгации), нарушении процессов трансляции в рибосомах, угнетении белково- го синтеза с последующей гибелью клетки или в резкой стимуляции образования в клет- ках цАМФ, например в кишечнике при холе- ре за счет повышения АДФ-рибозилирования ГТФ-связующей регуляторной единицы аде- нилатциклазы (G-белок) с последующей чрез- мерной активацией метаболизма и функций, ведущих к грубым повреждениям. Фагоцитоз — один из основных видов эли- минации чужеродных продуктов в организме. При эффективном фагоцитозе происходит специфическое связывание иммуноглобули- новыми рецепторами цитолеммы фагоцитов лигандов чужеродных частиц, их обволакива- ние и втягивание внутрь клетки. После этого большинство чужеродных продуктов подвер- гается деградации в фаголизосомах при учас- тии гидролаз. При неэффективном фагоцито- зе процесс ферментного переваривания нару- шается. Это происходит в случаях устойчи- вости объектов фагоцитоза к действию гидро- литических ферментов (частицы кварца, ас- беста и др.), наличия защитных капсул (неко- торые виды патогенных бактерий), выделения патогенными агентами токсичных веществ (блокада разрушения микробных клеток в фа- голизосомах при выделении ими аммиака). Эндоневральный транспорт — проникнове- ние патогенных агентов (нейротропных ток- синов, вирусов, бактерий лепры и др.) с тка- невой жидкостью в эндоневральные про- странства нервных стволов и перемещение их в ЦНС с током эндоневральной жидкости со скоростью 2—3 мм/ч. Ретроградный аксонный транспорт возни- кает при адсорбционном эндоцитозе патоген- ных агентов в области терминалей аксона, что ведет к их перемещению в сому нейрона в со- ставе ретроградного тока аксоплазмы (токси- ны столбняка, ботулизма и др.). 3.3. ТИПОВЫЕ НАРУШЕНИЯ КЛЕТОЧНОЙ ЗАЩИТЫ Пути возможного транспорта патогенных факторов в клетку контролируются разными видами клеточных защитных механизмов. Надмембранный (экзоклеточный) механизм защиты связан с формированием гликокалик- са — сравнительно толстой, особенно на по- верхности микроворсинок кишечного эпите- лия, надклеточной оболочки, состоящей из гликопротеидов, гликолипидов, протеоглика- нов, поверхностных белков, синтезируемых при участии аппарата Гольджи. Сиаловые кислоты, входящие в состав гликокаликса, обладают отрицательным электрическим за- рядом и передают его внешней поверхности цитоплазматической мембраны. Гликокаликс служит инструментом распознавания клеток своего вида. Он предотвращает аутолиз кле- ток и обеспечивает адгезивные и когезивные связи между клетками в тканях и органах. Мембранные механизмы защиты зависят от количества и состава белков, ганглиозидов, фосфолипидов, гликолипидов и холестерина в цитолемме. В защите цитолеммы важную роль играют липидные субстраты, основными компонентами которых являются фосфати- дилэтаноламин и фосфатидилхолин. Липиды мембран определяют их текучесть, электри- ческий заряд, проницаемость и активность многих мембраносвязанных ферментов. Внутриклеточная защита представлена не- сколькими системами, лимитирующими в норме скорость течения обменных процессов. Эти процессы оптимально могут протекать 67 з-
только при нормальном парциальном напря- жении кислорода в клетках (РО2 — 4—6 мм рт.ст.). В безъядерных клетках (эритроциты) во внутриклеточной защите доминирующую роль играет функционирование цитоплазмен- ных систем — глутатионовой, аскорбиновой и токофероловой, препятствующих перекисно- му окислению липидов. В ядросодержащих клетках наиболее важным звеном, поддержи- вающим энергетическое снабжение и опреде- ляющим внутриклеточный гомеостаз, явля- ются клеточное дыхание и фосфорилирова- ние — центральный механизм регуляции ак- тивности. В динамике физиологических про- цессов во всех клетках с аэробным метаболиз- мом постоянно используется основной путь активации молекулярного кислорода — вос- становление его с помощью одного электрона в активных центрах ферментов. Активаторами молекулярного кислорода являются также комплексы Fe2+—аскорбинат для всех мем- бранных структур и комплекс Fe2+—никотин- амиддинуклеотидфосфат для мембран глав- ным образом эндоплазматической сети. В норме клетка утилизирует до 98 % кислоро- да путем реакций с цитохромом аЗ, который является терминальным цитохромом в дыха- тельной цепи митохондрий. Небольшое коли- чество кислорода (1—2 %), не использованное в реакциях с цитохромом аЗ, путем переноса одного электрона на молекулу кислорода пре- вращается в супероксидный анион-радикал О2 или Н2О2. Супероксид способен легко диффундировать на значительном протяже- нии. Перенос двух электронов формирует вначале пероксианион кислорода, а затем перекись водорода, которые беспрепятствен- но диффундируют в пределах клетки, но не обладают высокой окислительной способнос- тью. В низкой (физиологической) концентра- ции в клетках свободные радикалы и перекис- ные соединения представляют собой продук- ты нормального метаболизма, которые обра- зуются в процессе клеточного дыхания. Ис- точниками активных форм кислорода в клет- ках являются митохондрии, в которых даже в норме происходит утечка около 2 % кислоро- да в виде супероксидного аниона и перекиси водорода. Активные формы кислорода также образует система ксантиноксидазы. Она про- дуцирует О2, который образуется из НАД-за- висимой ксантиндегидрогеназы путем огра- ниченного протеолиза либо путем окисления тиоловых групп фермента. Помимо постоян- но действующих внутриклеточных источни- ков активных форм кислорода в организме, не менее важную роль играют некоторые виды клеток, высвобождающие свободные ра- дикалы только при возбуждении (микрофаги, эозинофилы). 3.3.1. Образование свободных радикалов и антиоксидантная защита Активированные нейтрофилы, эозинофилы, моноциты продуцируют Oj и другие активные радикалы при участии НАДФ-оксидазы мем- бран. Местное высвобождение активных форм радикалов способствует усилению фаго- цитарной функции этих клеток. В норме фер- ментативное перекисное окисление является этапом синтеза биоактивных метаболитов — простагландинов, стероидных гормонов и др. Физиологическая концентрация свободных радикалов и перекисных соединений в клетке поддерживается в результате функционирова- ния антиоксидантных систем. В клетках функционируют антирадикаль- ная, антикислородная и антиперекисные сис- темы. Антирадикальная и анти- кислородная системы ингибируют процессы перекисного окисления липидов. Антирадикальная цепь — это поток Н+-ионов от процессов энзиматического окисления (цикл Кребса, пентозофосфатный цикл, бета- окисление жирных кислот) и комплексы об- ратимых окисленно-восстановленных состоя- ний глутатиона, аскорбата и токоферолов. Цепь глутатион — аскорбат обеспечивает поток Н+ от фонда НАД-ФН и НАД-Н к то- коферолу (полифенолам). Эти процессы ведут к восстановлению и инактивации свободных радикалов. В антиоксидантной за- щите клеток участвует также мелатонин — гормон шишковидной железы, высвобожде- ние которого в кровь подчиняется циркадно- му ритму с максимальной секрецией в ноч- ные часы. Независимый от шишковидной же- лезы синтез меланотонина происходит в рети- не глаза, в энтерохромаффинных клетках ки- шечника. Через посредство специфических рецепторов меланотонин легко проникает в клетки, где он выполняет роль антиоксиданта с наиболее выраженным сродством к токсич- ному гидроксильному радикалу ( ОН). Фер- ментативная детоксикация активных форм кислорода осуществляется супероксидисмута- зой по схеме: О2 + О2 + 2Н+ -> О2 + Н2О2. Затем происходит разрушение перекиси водо- рода каталазой, пероксидазой различной суб- стратной специфичности. Синглетный кисло- род инактивируется при участии токоферола и селена. Токоферол — наиболее распростра- ненный липидный антиоксидант, способный 68
взаимодействовать со свободными радикала- ми и с различными продуктами перекисного окисления липидов. Эффект связан с его спо- собностью встраиваться в мембраны за счет специфического реагирования с полиненасы- щенными жирными кислотами фосфолипи- дов — важнейшими компонентами клеточных мембран. Селен вступает в реакцию со сво- бодными радикалами ненасыщенных жирных кислот, активирует синтез внутриклеточных антиоксидантов и тем самым заметно повы- шает резистентность клеточных мембран к действию продуктов перекисного окисления липидов. Ферментативная детоксикация гид- роперекисей липидов осуществляется глута- тионпероксидазой, НАДФН- и НАДН-зави- симыми пероксидазами и каталазой. При инактивации свободных радикалов на основе кислорода конечными продуктами являются вода и молекулярный кислород. В норме кон- центрация антиоксидантных ферментов в клетке пропорциональна количеству субстра- тов — активных форм кислорода. Лимитирование антиоксидантных систем клетки происходит за счет количественного поступления экзогенных антиоксидантов (ви- тамины Е, С, РР, убихинон, биофлавоноиды, эрготионин и др.), нарушения клеточного го- меостаза, скорости регенерирования НАДФН и НАДН уровнем ферментативного катабо- лизма, а также за счет изменений активности внутриклеточных ферментов, элиминирую- щих перекиси (пероксидазы), и ферментов, восстанавливающих антиоксиданты (редукта- зы). Срыв любого звена, особенно дыхания, вызывает угнетение эффективности действия антиоксидантных систем клетки. Так, сниже- ние интенсивности дыхания клетки на 30 % повышает РОг в ней с 4 до 34 мм рт.ст., что резко увеличивает образование активных ра- дикалов. Чрезмерное образование свободных радикалов (Ог, ОН- и др.) происходит в ре- зультате неконтролируемой активации основ- ных путей их синтеза (моновалентное восста- новление Ог ферментативным путем с участи- ем цитохрома Р-450, ксантиноксидазы, альде- гидоксидазы и других ферментов). Избыток свободных радикалов вызывает ряд грубых нарушений метаболизма и функции клеток. Так, токсичность супероксидного радикала и его производного — синглетного кислорода — проявляется в виде окисления SH-групп и ос- татков триптофана в ферментах, что вызывает их инактивацию. Перекисное окисление жиров представлено окислением ненасыщен- ных жирных кислот с образованием продук- тов распада, включающих альдегиды, кетоны, липидные гидроперекиси, малональдегид и короткоцепочечные алканы (этан, пентан). При образовании активных радикалов проис- ходит разрыв мембран, нарушается структура ДНК, что ведет к появлению и накоплению мутаций. Конформационные изменения бел- ковых молекул (фрагментация, деполимери- зация, полимеризация) возникают в результа- те окисления свободными радикалами входя- щих в состав белковой молекулы метионина, гистидина, тирозина, триптофана, пролина. При конформационных изменениях устойчи- вость белковых молекул к ферментативному гидролизу значительно снижается, приближа- ясь к таковой при гидролизе чужеродных бел- ков. Следствием указанных повреждений яв- ляется усиление образования в митохондриях Н2О2 и супероксиданиона Ог — источника синглетного кислорода Ог и высокореакцион- ного радикала ОН'. При увеличении кон- центрации Ог возникают индукция перекис- ного окисления липидов, нарушение функ- ции клеточных мембран. Окисление свобод- ными радикалами тиогрупп вызывает сниже- ние активности Ма+/Са2+-обменного меха- низма и Ма+/К+-АТФазы цитоплазматичес- ких мембран. Усиление свободнорадикальных процессов и повреждение обмена белков, уг- леводов и ДНК нарушается также и за счет развития недостаточности системы детокси- кации в клетке. Усиление свободнорадикаль- ного повреждения генома приводит к подав- лению деления клеток, накоплению инертных полимеров — продуктов «сшивки» и полиме- ризации, а при необратимых повреждениях биомолекул — к гибели клетки. Помимо антиоксидантной, клетка обладает другими мощными системами защиты. Микросомальная монооксигеназная система максимально представлена в.клетках печени и меньше — в клетках других органов. Она представляет собой мембраносвязанный фер- ментативный комплекс, состоящий из терми- нального компонента цитохрома Р-450 и цепи транспорта электронов. Микросомальная система обеспечивает обезвреживание патогенных агентов при учас- тии в основном НАДФН-цитохром С-редукта- зы, НАДН2 и кислорода за счет немедленного катализа. Проникающие в клетку низкомоле- кулярные экзогенные липофильные ксенобио- тики окисляются в гладкой эндоплазматичес- кой сети клеток печени, легких, желудочно- кишечного тракта, лимфоидной системы, почек и кожи. При окислении ксенобиотиков увеличивается полярность их молекул, умень- шается растворимость в липидах; они быстрее выводятся из клеток. Гидрофильные ионизи- рованные молекулы выделяются в неизменном 69
виде. В процессах микросомального окисле- ния органических веществ могут образовы- ваться промежуточные токсичные, канцеро- генные или мутагенные соединения. Лизосомальная система содержит фермен- ты, расщепляющие нуклеиновые кислоты, белки, полисахариды и другие продукты при участии кислых гидролаз. В лизосомах метабо- лизируются фагоцитированные субстраты, по- врежденные внутриклеточные органеллы путем образования фаголизосом, закисления их содержимого и активации кислых гидролаз. До 90 % белковосодержаших продуктов под- вергается в фаголизосомах быстрому разруше- нию, небольшое количество (около 10 %) де- понируется в виде «малых» лизосом. Посте- пенное разрушение их может приводить к вы- свобождению антигенов, что играет важную роль в иммуногенезе. Защита клеток за счет конъюгации ксено- биотиков с небольшими по размеру эндоген- ными молекулами и образованием парных со- единений сосредоточена на мембранах эндо- плазматической сети, митохондриях и цито- золе (табл. 6). Таблица 6. Системы конъюгации клетки (по С.Н. Голикову и соавт., 1986) Тип конъюгации Локализация реакций конъюгации Донор макроэргов Глюкуроцид- Эндоплазматическая Уридиндифос- ный сеть фат-глюкуроно- вая кислота Сульфатный Цитозоль З-Фосфоадено- зил-5-фосфо- сульфат Глутатионо- вый Цитозоль, эндоплаз- матическая сеть Ацетил-КоА Аминокислот- ный Митохондрии, эндо- плазматическая сеть, возможно, лизосомы КоА Метилирова- Цитозоль, эндоплаз- S-аденозил- ние магическая сеть метионин Ацетилирова- ние Цитозоль Ацетил-КоА Конъюгирование ксенобиотиков вызывает их инактивацию без образования промежуточ- ных канцерогенных, токсичных и мутагенных продуктов. Выделяемые из клеток во внекле- точную среду конъюгаты утрачивают липо- фильность, способность проникать через ци- топлазматическую мембрану, в результате чего они легко удаляются из организма с экскрета- ми — желчью и др. Внутриклеточная защита может резко ослабляться в случаях нарушений метаболизма ксенобиотиков при повреждени- ях фосфолипидов микросом (угнетение мик- росомального окисления), дефиците полине- насыщенных жирных кислот (изменение ак- тивности ферментов, участвующих в распаде ксенобиотиков), авитаминозах С, А, Е (умень- шение защиты фосфолипидов от повреждаю- щего действия перекисных соединений). 3.4. ПОВРЕЖДЕНИЕ КЛЕТКИ Парциальный некроз развивается при чрез- мерном увеличении концентрации патоген- ных агентов в отдельных участках цитозоля в результате пино- и фагоцитоза. В этих случа- ях возникает местное ингибирование актив- ности ферментных систем и энергозависимо- го транспорта в результате снижения конфор- мационной подвижности макромолекул цито- плазмы и органелл при адсорбции на них па- тогенных агентов. Это вызывает формирова- ние белкового барьера в цитоплазме и отгра- ничение поврежденной части клетки от жиз- неспособных участков демаркационной мем- браной. Пораженный участок клетки уничто- жается фагоцитами, после чего стимулируют- ся процессы структурного и функционально- го восстановления клетки. Субстратная адаптация — толерантность — обусловлена синтезом короткоживущего полипептидного фактора толерантности при систематическом воздействии на клетку ксе- нобиотиков. Накопление этого фактора в крови способствует экранированию им био- мишеней, ускорению удаления чужеродных веществ из организма и сокращению времени их действия. В защите клеток важную роль играют не только местные, но и генерализованные меха- низмы. Так, химически модифицированные ксенобиотики, присоединяясь к макромоле- кулярному белковому носителю, приобретают иммуногенность и тем самым включают спе- цифические иммунные механизмы их удале- ния из организма. Аналогичным путем удаля- ются из организма ксенобиотики — макромо- лекулы с антигенными свойствами. Недостаточность внутриклеточной защиты ведет к развитию острых и хронических по- вреждений клеток вплоть до их гибели. По- вреждение и гибель клеток происходят в ре- зультате нарушений митотического деления (репродуктивная гибель) либо за счет разви- тия процессов повреждения (структуры, мета- болизма) в период, предшествующий вступле- нию клетки в митоз, и вне связи с циклом де- ления (интерфазная, немитотическая гибель). 70
Репродуктивная гибель свойственна деля- щимся популяциям клеток, наиболее чувстви- тельным к действию патогенных факторов. При этом виде гибели клетка до полного пре- кращения деления часто проходит один или несколько митотических циклов. Дезинтегра- ция клетки происходит непосредственно в митозе или в течение последней интерфазы. Непосредственной причиной гибели клетки является нерепарируемый разрыв ДНК с раз- рушением упорядоченной структуры супер- спиральной ДНК (хромосомные аберрации, поражения мембран, аппарата деления, ме- ханизма репликации ДНК, перестройка ге- нома). Интерфазная гибель полиэтиологична, свя- зана с прямым или опосредованным повреж- дением структуры, метаболизма и функции. Для погибающих клеток характерно угнете- ние пластических процессов, особенно про- дукции белков, подавление специфических функций — активного движения, секреции и др. В основе повреждений лежит нарушение трофики — комплекса обменных процессов, поддерживающих жизнеспособность клетки. Дистрофия клеток — типовая элементарная структура любой болезни. Угнетение процес- сов синтеза включает химическую или физи- ческую инактивацию ферментов, генетически обусловленную недостаточность или измене- ние свойств ферментов, дефицит или отсутст- вие субстратов для энзиматических процес- сов, отсутствие коэнзимов или микроэлемен- тов, входящих в простетические группы фер- ментов. Происходит конкурентное торможе- ние биохимических реакций при использова- нии химически похожих, но неметаболизиру- емых субстратов и, наконец, изменение структуры макромолекул (мембран и других структур). Степень нарушения метаболичес- ких процессов и функции клеток определяет- ся количественной и качественной характе- ристикой, угнетения или торможения соот- ветствующих ключевых ферментов. Основ- ным фактором в регуляции физиологических процессов в клетках являются уровни Са2+ и pH, которые прямо воздействуют на секре- торную, сократительную, пролиферативную функцию, индуцированную нейромедиатора- ми, факторами роста и другими биологически активными веществами. В основе поврежде- ний обычно лежит недостаточность располо- женных в плазматической мембране систем внутриклеточного контроля содержания Са2+, РО2, поддержания оптимального pH (в норме pH 5,99) в различных звеньях. В обеспечении оптимальной величины внутриклеточных констант принимает участие Ма+-Н+-анти- портер, который обеспечивает обмен Na+-H+ в соотношении 1:1. Эта система имеется во всех клетках человека и животных, особенно во внутренней мембране митохондрий. При ее участии регулируются pH цитозоля, объем клетки, трансэпителиальный транспорт Na+ и НСО5, а также способность клетки к проли- ферации в ответ на внешние стимулы. Гормо- ны (инсулин, вазопрессин и др.) и факторы роста (эпидермальный фактор роста, фактор роста тромбоцитов) стимулируют Na+-H+- антипортер и тем самым увеличивают основ- ность цитозоля за счет усиления поглощения Na+. Активация фактора роста происходит через посредство фосфатидилинозитоловой системы, протеинкиназы С, фосфорилирова- ния системы Ма+-Н+-антипортер. При этом возрастает синтез ДНК и начинается рост клетки. Содержание протонов (критический pH) прямо отражается на активности фермен- тов, деятельности барьеров, рецепторов, функции нуклеиновых кислот. Трансмем- бранный протоновый градиент (или протон- движущая сила) и ток Н+ служит передатчи- ком энергии в клетке. Имеются системы, в которых утилизация Н+ служит сигналом для клеточного размножения, прямого внутри- клеточного перемещения растворов и макро- молекул. Отклонения pH от нормальных ве- личин приводят к нарушению деятельности протонсвязанного механизма передачи энер- гии, что вызывает метаболическую дисфунк- цию. В генезе нарушений метаболизма и функ- ции клеток важную роль играют изменения системы пассивного обмена, ионов С1~ и HCOJ, деятельность Ма+-Са2+-антипортера, содержание Са2+ в эндоплазматической сети и митохондриях. Изменение специфической функции по- врежденных клеток наступает при всех про- цессах, ведущих к нарушениям формирова- ния трансмембранной разницы потенциалов и деятельности ионных каналов. Утрата по- движности связана, как правило, с поврежде- нием актиново-миозинового механизма или соответствующих микротубулярных структур, причем актиновые филаменты и микротру- бочки внутри немышечных клеток являются исключительно лабильными и ранимыми эле- ментами. Угнетение подвижности ресничек чаще всего связано с полимеризацией мик- ротрубочек (сперматозоиды и др.). Нарушения роста и размножения повреж- денных клеток являются результатом дегене- ративных или дистрофичных процессов (отек всей клетки или ее органелл, вакуолизация, частичный некроз, наличие инородных вклю- 71
чений и др.)- В зависимости от степени нару- шения при острых и хронических поврежде- ниях в клетках развиваются обратимые и не- обратимые патологические процессы. 3.4.1. Острое повреждение клетки Обратимое острое повреждение возникает при воздействии на клетку патогенных факторов физической, химической и биологической природы, частично выключающих механизмы внутриклеточной защиты и ведущих к разви- тию стадийного патологического процесса. В стадии альтерации патогенный фактор фиксируется на компонентах цитоплазмати- ческой мембраны, угнетается активность №+-К+-АТФазы, ослабляется деятельность ионных насосов, развивается деполяризация. На фоне критического уровня деполяризации появляется спонтанная деятельность клетки (преддепрессивная гиперактивность), но при дальнейшем снижении уровня деполяризации деятельность клетки угнетается, при этом на- рушается функция рецепторов цитоплазмати- ческой мембраны, что приводит к ослабле- нию влияния нервно-гуморальных систем на поврежденную клетку. Возрастание пассивно- го транспорта Na+, Са2+, СГ в клетку и К+ из клетки способствует развитию гиперосмии; избыток Са2+ тормозит активность систем Na+, К+-АТФаз, обеспечивает высокий уро- вень проницаемости мембран, что ведет к возникновению отека и снижению концент- рации патогенного фактора в клетке. Увеличение продукции вторичного посред- ника, усиление метаболизма, развитие «мяг- кого» внутриклеточного ацидоза (снижение pH на 0,1—0,3) облегчает развитие компенса- торных реакций, обеспечивающих поддержа- ние внутриклеточного гомеостаза. Снижение pH цитоплазмы при стимуляции анаэробных процессов приводит к уменьшению концент- рации Са2+, умеренной активации процессов перекисного окисления, легким структурным изменениям митохондрий, разобщению окис- лительного фосфорилирования с дыханием, возрастанию анаэробного гликолиза, сниже- нию синтеза и усилению распада макроэргов при достаточной концентрации О2 в клетке. Стадия восстановления характеризуется возрастанием теплопродукции, стимуляцией процессов метаболизма при повышении тем- пературы, усилением синтеза и эффективнос- ти действия защитных белков (лизоцим, ин- терферон, комплемент и др.), активацией антиоксидантной, монооксигеназной и лизо- сомальной защиты клетки, ускорением рас- щепления и удаления патогенных факторов. Восстановление и увеличение ундулирующих колебаний клеточной мембраны облегчает пассивный и активный транспорт, ускоряет утилизацию питательных веществ и выведе- ние продуктов распада во внеклеточную среду. Активация процессов дерепрессии уси- ливает в ядре синтез и транспорт в цитозоль иРНК, повышает синтез белков, ферментов и вызывает постепенное восстановление анабо- лических и угнетение катаболических процес- сов, что способствует нормализации структу- ры и функции клетки. Необратимое острое повреждение клетки возникает при всех видах декомпенсируемых нарушений обмена веществ, т.е. при воздей- ствии на клетку патогенных факторов физи- ческой, химической и биологической приро- ды, полностью подавляющих внутриклеточ- ную защиту (активация системы комплемен- та, тяжелая гипоксия, цитолитическая вирус- ная инфекция, токсины животного и расти- тельного происхождения, дыхательные яды и др.). Необратимое повреждение клетки разви- вается стадийно. Стадия альтерации обусловлена фикса- цией патогенного фактора на структурах ци- топлазматической мембраны, их повреждени- ем, развитием тяжелых нарушений энергоза- висимых звеньев метаболизма. Глубокое на- рушение электрогенеза в связи с угнетением активности ионных насосов ведет к необычно быстрой деполяризации клетки. При дости- жении критического уровня деполяризации возникает короткая фаза предепрессивной ги- перактивности, затем происходит угнетение возбудимости. Резкое увеличение проницае- мости цитолеммы, накопление в цитоплазме Na+, СГ, Са2+ и утрата К+ вызывают гиперос- мию цитозоля, отек клетки при сохранении высокой концентрации патогенного фактора. В повреждаемых клетках чрезмерно активиру- ется продукция вторичных посредников, резко стимулируются процессы катаболизма, снижается синтез АТФ и других макроэргов. Угнетаются окислительные процессы в мито- хондриях и цитоплазме, изменяется структура митохондрий и эндоплазматической сети, уменьшается число рибосом в полисомах. Одновременно значительно возрастает актив- ность микросомальной фосфорилазы, повы- шается содержание в микросомах Са2+ и про- исходит дальнейшее увеличение концентра- ции свободного Са2+ или комплекса Са - кальмодулин в цитоплазме за счет поступле- ния Са24 из внеклеточной среды и внутрикле- точного его перераспределения. При накопле- нии Са2+ до критического уровня развивают- “70
ся летальные повреждения клетки — активи- руются эндогенные фосфолипазы, в результа- те чего из мембранных фосфолипидов высво- бождается арахидоновая кислота, которая под воздействием циклооксигеназы быстро мета- болизируется в циклические эндоперекиси, а затем в простагландины (ПГ Е2, F2a, D2). Под воздействием другого фермента 5-липоксиге- назы арахидоновая кислота превращается в гидроперекись арахидоновой кислоты, а затем в лейкотриен В4 и цистеинсодержащие лей- котриены С4, D4, Е4. Эти нарушения индуци- руют развитие тотального повреждения мем- бран, которое потенцируется за счет актива- ции перекисного окисления. При угнетении аэробных звеньев метаболизма активируется анаэробный гликолиз, возникает жесткий вне- и внутриклеточный ацидоз — pH снижа- ется более чем на 0,3—0,5. В этих условиях активируются фосфорилазы, тормозится за- хват Са2+ компонентами эндоплазматической сети, индуцируется перекисное окисление ли- пидов мембранных структур, быстро угнетает- ся синтез белков, макроэргов, происходит ла- билизация лизосом, что индуцирует в клетке процессы аутолиза. Стадия агонии клетки характеризуется почти полным угнетением окислительно-вос- становительных процессов, очень сильным увеличением проницаемости всех мембран клетки, тяжелым ацидозом, отеком, разруше- нием лизосомальными ферментами субстра- тов цитозоля и ядра, плазмолизом, поврежде- нием мембран ядра. На поверхности и внутри цитозоля появляются водосодержащие вакуо- ли, развивается массивный отек митохонд- рий, эндоплазматической сети, образуются перинуклеарные вакуоли, фрагментации ядер, выделение поврежденной клеткой продуктов, привлекающих фагоциты. Стадия смерти клетки соответствует пол- ному исчезновению градиента концентрации веществ вне- и внутри клетки, что происходит в результате свободного доступа их в клетку из окружающей среды. Установление осмоти- ческого и онкотического равновесия проис- ходит при тотальном разрушении цитоплаз- матической мембраны, органелл и ядерного вещества. Некроз клетки сочетается с накоп- лением в цитоплазме Са2+, который играет критическую роль в ее гибели. 3.4.2. Хроническое повреждение В отличие от острых хронические поврежде- ния клеток с репродуктивной и интерфазной их гибелью более многообразны. Существует несколько видов гибели клеток, которые от- ражают разный характер необратимых хрони- ческих повреждений. Программируемая гибель — закономерная смерть клеток на разных стадиях эмбриогене- за в связи с нарушением всех видов взаимо- действия между поверхностными мембрана- ми, а также появлением пока не идентифици- рованных губительных химических факторов эндогенного происхождения, воздействую- щих на генетический аппарат ядра клетки и вызывающих инактивацию генетического ма- териала. Физиологическая гибель — конечный этап дифференцировки, нарушение всех видов ин- теграции функций поверхностных мембран, органелл, ядра, появление в клетках химичес- ких факторов, нарушающих обменные про- цессы на разных уровнях организации. В ста- реющих клетках снижается отношение РНК/ДНК, повышается содержание гисто- нов, угнетается активность РНКазы. В пост- митотических стареющих клетках в результате первичных повреждений ДНК и изменения генетического кода нарушается синтез специ- фических ферментов, что ведет к образова- нию белков с содержанием несоответствую- щих стандарту аминокислот. Это нарушает регуляторную функцию белков, деятельность ионных насосов, в результате чего возникает патологическая гиперполяризация цитоплаз- матической мембраны, ведущая к ослаблению первичного контроля трофических процессов. Появляется дефицит синтеза и экспрессии специфических мембранных рецепторов, сни- жается восприятие клеткой нейромедиаторов, гормонов, регуляторных пептидов, возникает недостаточность надежности гипоталамичес- ких механизмов регуляции синтеза белка в стареющих клетках. Активация неконтроли- руемых свободнорадикальных реакций и на- копление продуктов этих реакций в цитоплаз- ме ведет к возрастанию уровня поляризации макромолекул, что служит причиной появле- ния «сшивок» белковых молекул и нарушения их физико-химических свойств. В этих случа- ях нарушается функция митохондрий и дру- гих органелл, особенно в высокодифференци- рованных клетках. В них увеличивается число лизосом, утрачивается эндоплазматическая сеть, возрастает накопление неметаболизиру- емых продуктов — липофусцина, амилоида и др., а также снижается способность к деле- нию. Изменение генетической регуляции протеолиза в стареющих клетках является ре- зультатом ошибочного копирования ДНК, неустойчивости генетической информации вследствие уменьшения повторяемости от- 73
дельных генов и вариабельности химической структуры ДНК. Отклонения в генетической регуляции белкового синтеза ведут к наруше- нию считывания и преобразования, в резуль- тате чего в клетке происходит накопление нефункционирующих белков. В стареющих сморщивающихся или фрагментированных клетках появляются чужеродные белки — антигены клеточного старения с мол. м. 40 кДа. Эти антигены являются специфичес- кими сигналами для включения иммунного механизма клеточного надзора. Связывание антигенов клеточного старения с аутоантите- лами класса G ведет к удалению дефектных клеток макрофагальной системой. Помимо естественного старения, образование имму- ноглобулинов такого класса индуцируется при хроническом повреждении клеток — эритроцитов при гемолитической анемии, при инфицировании их плазмодиями маля- рии, а также при альтерации многих других видов клеток. Удаление клеток, в том числе старых, с грубыми нарушениями структуры ДНК осуществляется без развития воспали- тельного процесса, в то время как при дейст- вии других причин гибели клеток они элими- нируются в результате воспаления. Апоптоз является главным путем запро- граммированной гибели клеток, зависимым от экспрессии или угнетения активности спе- цифических генов (р53, bcl-2). Апоптоз воз- никает на этапах индивидуального развития клеток, при метаморфозе, эндокринной атро- фии клеток, отбраковке клеток, зараженных вирусами, поврежденных при одноэлектрон- ном восстановлении кислорода, регрессии опухолей. При апоптозе происходит поэтап- ный регулируемый самораспад клеток на со- ставляющие молекулы, далее используемые другими клетками организма. Этим апоптоз отличается от некроза — непреднамеренной гибели клеток с неконтролируемым высво- бождением биологически активных веществ, с хаотическим нарушением обмена и наличи- ем аутолиза. В апоптозе ключевую роль игра- ют митохондрии. Самым ранним признаком апоптоза является деполяризация внутренней мембраны митохондрии, после чего в мембра- не появляются поры, пропускающие все низ- комолекулярные ионы и неионизированные вещества с мол. м. менее 1,5 кДа. Митохонд- рии набухают и при участии кислорода окис- ляют нутриенты без запасания энергии в виде макроэргов. Затем происходит разрыв внеш- ней оболочки митохондрии и из межмембран- ного пространства высвобождается белок с мол. м. около 50 кДа, который воздействует на ядро и вызывает развитие апоптоза. Насильственная гибель клеток — смерть клетки при хроническом воздействии на нее экстремальных факторов — токсических про- дуктов, высокой температуры и др. В основе хронического патологического процесса, воз- никающего в клетках, лежат те же типовые механизмы повреждения метаболизма, что и при острых повреждениях клеток. Насильст- венная гибель клеток характеризуется осмо- тическим отеком, разрывами цитолеммы с последующим развитием воспалительного процесса. 3.4.3. Патохимические проявления повреждения клетки При остром и хроническом повреждении кле- ток нарушения метаболизма часто возникают в определенных звеньях. Неравновесные ре- акции, катализируемые ферментами, приво- дят к возрастанию концентрации тех или иных субстратов обменных реакций из-за на- рушения активности аденилатциклазы. Такие нарушения возникают при угнетении гормо- нальной регуляции окисления жирных кис- лот, синтеза гликогена и др. Неравновесные реакции, не насыщенные субстратом, обнару- живают высокую степень чувствительности к концентрации соответствующих веществ и продуктов, но малочувствительны к аллосте- рической регуляции. Типовые нарушения клеточного метаболизма возникают в резуль- тате опосредованных воздействий патогенных агентов через специфические рецепторы, путем инактивации ферментов, хелатообразо- вания и прямого повреждения клеток. Патогенное влияние через рецепторы воз- никает при избыточной или недостаточной специфической активации ферментных сис- тем мембраны, при усилении или угнетении потока субстратов через мембрану (глюкозы при гипер- и гипоинсулинизме и др.). Анало- гичный патологический процесс развивается при дефиците или избытке специфической или неспецифической активации синтеза и освобождения в клетке вторичных посредни- ков (цАМФ, цГМФ, Са2+) с последующим развитием функциональных и метаболичес- ких нарушений. Патогенное влияние через изменение актив- ности ферментных систем клетки проявляется при генетически обусловленной недостаточ- ности отдельных ферментов или их групп. Изменения в пределах одного гена вызывают моногенные болезни (фенилкетонурия, галак- тозурия, фруктозурия и др.), изменения в пределах группы генов — полигенные болез- 74
ни (сахарный диабет, ранний «семейный» ате- росклероз и др.), дисбаланс хромосом в ка- риотипе — хромосомные болезни (болезнь Дауна, синдром Шерешевского—Тернера, трисомия по Х-хромосоме и др.). Конкурентное ингибирование ферментов возникает при воздействии структурного ана- лога субстрата на фермент. В этом случае об- разуется комплекс и нарушается разрыв связи структурного аналога с ферментом. При вы- сокой концентрации субстрата возможно раз- блокирование фермента. Неконкурентное ингибирование ферментов наблюдается при воздействии патогенного агента на дисубстратные процессы, когда на- ступает связывание его с ферментно-суб- стратными комплексами. Это нарушает даль- нейший ход реакции. При смешанном инги- бировании ферментов возникает связывание патогенного агента с субстратом, и тогда уг- нетается разрушение субстрата ферментом и появляется ингибирование ферментов про- дуктами реакции. Накопление конечных про- дуктов реакции в результате ферментативного процесса дает начало обратной реакции, сни- жает скорость прямой ферментативной реак- ции. Хелатообразование — патогенное воздейст- вие, связанное с нарушениями металлоли- гандного равновесия в организме. Возникает в результате воздействия патогенных агентов на отдельные металлы, выступающие в роли активных центров ферментов и гормонов (Fe, Си, Zn, Со и др.). Прямое повреждение клеток наступает при развитии патологических клеточных реакций в результате активации системы комплемента, тяжелой гипоксии, гипертермии, литической вирусной инфекции, действия токсинов. Эти реакции проявляются в виде увеличения про- ницаемости мембраны клеток в результате повреждения ее структуры, нарушения дея- тельности катионных насосов с последующи- ми тотальными нарушениями метаболизма. Иммунологически опосредованная гибель клеток-мишеней возникает при взаимодейст- виях их с цитолитическими лейкоцитами (макрофаги, LAK-клетки, натуральные килле- ры, К-клетки, Т-киллеры). Хроническое по- вреждение клетки в интерфазе митотического цикла возникает при длительной гиперактив- ности, длительном воздействии альтерирую- щих веществ, дефиците питательных веществ и др. Хроническое повреждение характеризу- ется развитием нескольких стадий нарушений деятельности клетки. Начальная стадия обратимых повреждений связана с развитием функциональной гипок- сии и нарушением ритма колебаний редокс- потенциала, понижением энергетического за- паса. В этих условиях резко увеличивается ко- личество активно функционирующих струк- тур из числа имеющихся в клетке (нарушение принципа дискретности в деятельности). По- стоянное увеличение связывания металлов в хелатах, индуцирование полиэнзимопении приводят к угнетению обновления структур клетки, истощению резервных материалов, частичной гибели наиболее активно функци- онирующих органелл (митохондрии, лизосо- мы), деполяризации цитоплазматической мембраны. При достижении критического уровня деполяризации цитолеммы возбуди- мых клеток может возникать стадия преддеп- рессионной активности с последующей утра- той возбудимости. На этом фоне индуцирует- ся аварийная перестройка активности фер- ментных систем и путей метаболизма. Уме- ренная недостаточность активности фермен- тов цикла Кребса сочетается с усилением ак- тивности ферментов анаэробного гликолиза, но это не предотвращает выраженной гипок- сии, дефицита синтеза макроэргов, разобще- ния окислительного фосфорилирования с ды- ханием, усиления теплопродукции, развития легкого внутриклеточного ацидоза. Подобные нарушения обмена способствуют ослаблению внутриклеточных тормозных механизмов об- ратной связи в ядерных и в меньшей степе- ни — в цитоплазматических структурах, по- вышению сорбционных свойств цитоплазмы, увеличению ее вязкости. В этот период в клетке может возникать стадия компенсации, а при углублении повреждения — стадия не- обратимых повреждений, характерных для стадии декомпенсации. Стадия компенсации развивается на фоне недостаточности внутриклеточных механиз- мов обратной связи без существенных нару- шений деятельности системы ДНК—РНК- белок. В этой стадии в клетке сохраняется до- статочное количество активно функциониру- ющих структур, а дерепрессия генов в услови- ях легкого ацидоза и активация системы ДНК—РНК—белок усиливают регенерацию органелл («внутриклеточная» регенерация), увеличивают синтез белка и ферментов. Это способствует перестройке ферментных систем и путей метаболизма на нормальный, но более высокий уровень, увеличивает трофи- ко-пластический и энергетический потенциал клетки, усиливает внутриклеточную защиту, снижает эффективность хронически действу- ющих патогенных факторов («паренхиматоз- ный» иммунитет или «субстратная» адапта- ция). Для стадии компенсации характерна 75
выраженная гипертрофия клетки на фоне на- пряженной деятельности системы ДНК- РНК—белок. Однако при чрезмерной нагруз- ке на клетку и ее высокой активности насту- пает истощение, что ведет к возникновению стадии декомпенсации. Стадия декомпенсации без нарушений диф- ференцировки характеризуется повторением основных этапов необратимого хронического повреждения клетки: недостаточности систе- мы ДНК—РНК—белок, снижения синтеза белка, уменьшения активности ферментов. Развивается недостаточность метаболизма и функциональной активности клетки на фоне гипоксии, нарушаются функции эндоплазма- тической сети, рибосом, лизосом, митохонд- рий. Это ведет к возникновению вторичных звеньев повреждения клетки, снижению ее резистентности к действию патогенных аген- тов, развитию дистрофических изменений в цитоплазме, установлению преморбидного состояния или болезни с последующей гибе- лью клетки. В генезе повреждения клетки важная роль придается дистрофическим из- менениям, которые сопровождаются внутри- клеточным накоплением слабо метаболизиру- емых продуктов. Так, при хронических ин- фекциях (туберкулез и др.), гнойно-воспали- тельных процессах (ожоговая болезнь и др.) образуются антитела, естественная элимина- ция которых в длительно повреждаемых клет- ках значительно нарушается. Антитела про- никают в такие клетки в результате пиноци- тоза. В цитоплазме антитела расщепляются не до конечных продуктов, а до полипептидов. Полипептиды из клетки экскретируются, аг- регируют и откладываются в виде фибрилл амилоида. Скопление неметаболизируемого амилоида во внеклеточном пространстве вы- зывает постепенное сдавление капилляров на повреждаемых клетках, провоцирует развитие тканевой гипоксии и в связи с этим заметно потенцирует развитие дистрофических про- цессов вплоть до гибели клеток. Другим, сравнительно частым проявлением клеточной дистрофии является жировая дегенерация. В механизме ее развития лежит первоначаль- ное изменение в повреждаемых клетках функ- ции эндоплазматической сети (распад на раз- дельные цистерны, вакуоли) и митохондрий (укорочение и утолщение крист, отек). В по- врежденных органеллах резко нарушается окисление жирных кислот, что приводит к из- быточному накоплению в цитоплазме жиров (жировая инфильтрация). В клетках печени наряду с жировой инфильтрацией в результа- те нарушений синтеза липопротеидов возни- кает жировая декомпозиция. Жировая ин- фильтрация и жировая декомпозиция сопро- вождаются увеличением размеров клетки, на- рушениями в ней окислительно-восстанови- тельных процессов, что потенцирует развитие дегенеративных процессов и гибель клетки. Вакуольная дегенерация возникает в повреж- даемых клетках при нарушениях функции внутриклеточных пищеварительных фермен- тов фаголизосом. Недостаточность активнос- ти ферментов, осуществляющих процессы ауто- и гетеролизиса, ведет к накоплению в фаголизосомах различных продуктов и к еще большему нарушению окислительно-восста- новительных и синтетических процессов в клетке. Прогрессирующее угнетение синтеза, особенно белков и ферментов, обычно явля- ется причиной гибели дегенерирующих клеток. Стадия декомпенсации с нарушением диф- ференцировки клетки возникает при недоста- точности внутриклеточных механизмов об- ратной связи с нарушениями деятельности системы ДНК—РНК—белок. Это способству- ет не только активации митотического деле- ния, но и усилению мутаций. Развитию тако- го вида стадии декомпенсации способствуют дефекты системы Т-лимфоцитов и угнетение систем клеточного надзора. В этих условиях возникающая в клетках дерепрессия генов со- провождается стимуляцией образования новых белков и ферментов, отсутствующих в нормальных клетках того же типа. Постоян- ная перестройка активности ферментных сис- тем и путей метаболизма происходит за счет усиления мутационного процесса и отбора клеток с наличием мощных систем ферментов анаэробного окисления глюкозы, а также ферментов, обеспечивающих использование промежуточных продуктов гликолиза для синтеза аминокислот и образования нуклеи- новых кислот на фоне высокой активности пентозного цикла. Высокий уровень дере- прессии генов, усиление образования нуклеи- новых кислот способствуют угнетению кон- тактного торможения, нарушению процессов созревания делящихся клеток, выходу их из- под нервно-гуморального контроля. В резуль- тате мутаций и отбора жизнеспособных кле- ток деление клеток переходит с асимметрич- ного на симметричный тип, что формирует клоны малигнизированных клеток, вышед- ших не только из-под нервно-гуморального, но и внутриклеточного контроля. Клоны по- добных клеток способны вызвать опухолевую болезнь. В клетках, где мутации не вызвали указанных выше изменений ферментной ак- тивности, направленной на выживание хро- нически поврежденных клеток, прогрессивно уменьшается число активно функционирую- 76
щих структур, резко угнетается обновление органелл — митохондрий, лизосом, рибосом, возникают функциональные дефекты в дея- тельности цитоплазматической мембраны. Вследствие невозможности адекватной стиму- ляции системы ДНК— РНК-белок выпадает стадия компенсации обмена веществ и насту- пает процесс необратимого повреждения, не- совместимого с жизнью клетки. 3.5. ПОВРЕЖДЕНИЕ ЦИТОПЛАЗМАТИЧЕСКОЙ МЕМБРАНЫ Мембрана клеток человека и животных на 30—80 % состоит из липидов, на 20—60 % из белков и на 10 % и менее — из углеводов. Цитоплазматическая мембрана структурно оформлена в виде двойного слоя липидов, практически непроницаемого для ионов и гидрофильных органических молекул, нужда- ющихся для транспорта в каналах, состоящих из белков. Внеклеточная часть мембраны представле- на экзоскелетом, состоящим из околоклеточ- ного матрикса и гликокаликса. Экзоскелет выполняет роль аппарата узнавания клеток, склеивающего межклеточного вещества, регу- лятора количества активных рецепторов, антигенных детерминант клеток, молекуляр- ного сита. Сиаловые компоненты экзоскелета несут отрицательный электрический заряд и тем самым создают отрицательность внешней поверхности цитоплазматической мембраны. При повреждении клетки функция экзо- скелета может претерпевать существенные из- менения; нарушаются не только интеграль- ные связи между клетками в органах и тка- нях, но также их проницаемость, чувствитель- ность к гормонам, нейромедиаторам, регуля- торным пептидам. В случаях неадекватных обменных реакций в клетке во внеклеточную часть экзоскелета могут встраиваться необыч- ные компоненты типа гаптенов, что может придавать антигенные свойства и способство- вать развитию различных патологических им- мунных процессов. Клетки, лишенные глико- каликса, легко повреждаются компонентами внеклеточной среды и подвергаются уничто- жению мононуклеарной системой. Цитоскелет — внутренняя часть системы, поддерживающая механическую прочность цитоплазматической мембраны. Основной структурой цитоскелета являются микрофи- ламенты и микротрубочки, участвующие в на- правленных перемещениях внутриклеточных материалов и поддержании асимметричной формы клеток. Микротрубочки и актиновые филаменты — главные компоненты клеточно- го скелета. Микротрубочки обеспечивают движение хромосом при митозе, определяют форму клеток (асимметричную у мотонейро- нов, дискоидную у тромбоцитов и др.). Мик- ротрубочки входят в состав ворсинок, ресни- чек, жгутиков, центриолей. Актиновые мик- рофиламенты выполняют функцию сократи- тельных белков. Они контролируют вязкость, эластичность и подвижность клеток благода- ря способности полимеризоваться. В немы- шечных клетках имеется также тропомиозин, который влияет на организацию актиновых нитей и связывание актина с микротрубочка- ми. Тропомиозин блокирует также действие различных нетубулиновых белков на актино- вые нити. Взаимодействие микротрубочек с актиновыми нитями и Са2+ лежит в основе многих двигательных актов клетки — биения ресничек, транспорта микровезикул в нерв- ных клетках и др. Компоненты экзо- и цитоскелета постоян- но обновляются, так как имеются связи между микротрубочками и промежуточными филаментами и постоянный обмен белков цитоплазматической мембраны с внеклеточ- ными белками. Из внеклеточных белков в межклеточном взаимодействии важную роль играют неколлагеновые белки, относящиеся к гликопротеидам (фибронектин, ламинин), протеогликаны, ганглиозиды. Клеточный фибронектин представляет собой нерастворимый мультимер; его основ- ной продуцент — фибробласты. Клеточный фибронектин обладает выраженными адге- зивными свойствами, образует микроком- плексы с денатурированным коллагеном, к которому имеет специфическое сродство. Комплексы образуют фибриллярные структу- ры, слабо связанные с поверхностью клеток, в виде тонких волокон в перицеллюлярном пространстве фибробластов и других клеток соединительной ткани. Накопление комплек- сов на поверхности фибробластов облегчает фибриллогенез. В свою очередь фибрилляр- ные структуры осуществляют связывание кле- ток друг с другом. Подобно других классам гликопротеидов клеточный фибронектин по- стоянно перемещается через цитоплазмати- ческую мембрану внутрь клетки, транспорти- руется во вторичные лизосомы, где подверга- ется разрушению. Порции фибронектина, не разрушенные в лизосомах, могут возвращать- ся на поверхность цитоплазматической мем- браны. Недостаточность образования фибронек- тина сопряжена с повреждением макрофа- 77
гальной системы при хронических инфекци- онных процессах, что обычно ведет к дефици- ту клеточного фибронектина. Снижение кон- центрации фибронектина в плазме крови на- ходится в прямой зависимости от степени по- вреждения печени (цирроз, острая печеноч- ная недостаточность, сепсис, голодание и др.). При недостаточности клеточного и плаз- менного фибронектина облегчается развитие повреждений на клеточном, органном и сис- темном уровнях. Селективная недостаточ- ность клеточного фибронектина, а также на- рушения содержания свободных двухвалент- ных ионов, Н+-ионов в цитозоле вызывают главным образом дисфункцию цитоскелета — дефектность взаимоприкрепления клеток, уг- нетение их распластывания на фоне сущест- венных изменений ядерно-цитоплазматичес- ких отношений и направленного внутрикле- точного транспорта. При селективной недо- статочности плазменного фибронектина огра- ничивается образование микрокомплексов с коллагеном, являющимся основным компо- нентом внеклеточного матрикса. Дефицит об- разования микрокомплексов фибронектин— коллаген ведет к торможению фибриллогене- за и образованию фибриллярных структур в перицеллюлярных пространствах многих видов клеток. Уменьшение комплексообразо- вания с измененными, ненатурированными белками ослабляет выведение их из жидких сред организма, а снижение опсонирующих свойств плазмы крови за счет дефицита фиб- ронектина облегчает развитие инфекционных процессов. Ламинин — внеклеточный неколлагеновый гликопротеин, состоит из трех полипептид- ных цепей (альфа-, бета] - и бета2-), соединен- ных дисульфидными мостиками. Ламинин иг- рает центральную роль в базальной мембране структурно и функционально. Ганглиозиды относятся к семейству сиало- содержащих гликосфинголипидов. Они со- держат одну или более молекул сиаловых кис- лот и имеют до 30 разновидностей. Ганглио- зиды сосредоточены на внешней поверхности цитоплазматической мембраны в гликокалик- се всех видов клеток; их особенно много на цитолемме нейронов. Ганглиозиды участвуют во взаимодействии, узнавании и адгезии кле- ток. Цитоскелет клетки имеет тесные связи с основной мембраной. Типичная основная мембрана представляет собой пластиноподоб- ную внеклеточную матрицу, состоящую из прозрачного и зубчатого слоя. Эта мембрана поддерживает и иммобилизирует клетки, ре- гулирует их рост и дифференцировку, разде- ляет отдельные компоненты ткани, выступает в роли селективного фильтра для макромоле- кул, перемещающихся через мембрану с одной стороны на другую. Как строительный блок, основная мембрана входит в биологи- ческий матрикс, который включает также IV тип коллагена, ламинин, гепаран-сульфат- протеогликаны и небольшое количество дру- гих компонентов. Толщина базальной мем- браны может изменяться как в норме, так и при патологии. Истончение базальной мем- браны связано с гормональными влияниями (менструальный цикл и лактация у женщин и др.), с развитием артериолосклероза, сахарно- го диабета, особенно клубочков при диабети- ческом гломерулосклерозе. Растворение ба- зальной мембраны возникает при дефиците аскорбиновой кислоты (скорбут), ее раздвое- ние или полное уничтожение происходит при воспалительных процессах. 3.5.1. Нарушение трансмембранного транспорта Структурная и функциональная асимметрия цитоплазматической мембраны обеспечивает трансмембранное перемещение воды, катио- нов и анионов в результате взаимодействия векторных величин разной амплитуды: од- ной — направленной внутрь клетки, другой — наружу. Цитолемма обладает проницаемос- тью для воды, на несколько порядков превы- шающей проницаемость для наиболее «про- ходимых» ионов. Осмотическая вода транс- портируется через цитолемму через поры, в которых имеется трение между молекулами воды и трение между водой и растворенными молекулами. Катионы и анионы проникают через цитоплазматическую мембрану в основ- ном путем использования систем котранспор- та и противотранспорта. Противотранспорт и котранспорт многих метаболитов через цито- лемму связан с переносом Na+ или Н+ за счет электрохимического градиента. Ионный гра- диент и потоки ионов через цитолемму обес- печивают многие функции клетки — возбуж- дение нейронов и мышечных волокон, транс- эпителиальную секрецию, абсорбцию и др. Причины и функциональные проявления по- вреждений цитоплазматической мембраны многообразны. В регуляции объема клетки роль цитоплаз- матической мембраны определяется сократи- тельными белками и работой ионных насо- сов, на функцию которых оказывают влияние многочисленные патогенные факторы. Ион- ные насосы формируют неуправляемые ион- 78
ные токи путем постоянного транспорта ионов через цитоплазматическую мембрану за счет энергии клеточного метаболизма; на это затрачивается до 15—40 % от общего количе- ства высвобождаемой энергии. В результате создаются трансмембранные электрохимичес- кие градиенты основных неорганических ионов — Na+, К+, Са2+, Mg2+ и образуется трансмембранный потенциал (МП). В возбу- димых клетках (нейроны, исчерченные ске- летные мышечные волокна и др.) МП дости- гает величины —80 мВ; в невозбудимых клет- ках (фибробласты и др.) величина МП обыч- но не превышает —20—40 мВ. Величина МП зависит от концентрационного градиента для каждого иона, по отношению к которому ци- толемма проницаема, и от активного транс- мембранного транспорта ионов. В состоянии физиологического покоя проводимость мем- браны для К+ приблизительно в 10 раз боль- ше, чем для Na\ Концентрационный гради- ент устанавливается Na+/K+-HacocoM, кото- рый обеспечивает выход из клетки 3 ионов Na+ и вход 2 ионов К+. Источником энергии является АТФ, в связи с чем транспорт Na+ и К+ сопряжен с активностью АТФазы. Na+— К+-зависимая АТФаза — интегральный ком- понент Na+/K+-Hacoca в биологических мем- бранах, тесно связанный с липидным окруже- нием и обладающий строгими векторными свойствами. Поддержание электрохимическо- го градиента Na+ и К+ через клеточные мем- браны жизненно необходимо для регуляции ионного и водного баланса между вне- и внутриклеточной средой. Активация Na+— К+-зависимой АТФазы происходит при нали- чии Na+ на внутренней поверхности мембра- ны и К+ — на наружной поверхности. Транс- порт ионов может идти в обоих направлениях. Повышение концентрации внеклеточного К+ делает равновесный мембранный потенциал для калия более позитивным, что лежит в ос- нове деполяризации. Уменьшение концентра- ции внеклеточного калия сдвигает равновес- ный потенциал для К+ в негативном направ- лении и вызывает гиперполяризацию цито- плазматической мембраны. Для сохранения электронейтральности внутри- и внеклеточные катионы сбалансиро- ваны анионами. Внутри клетки сбалансирова- ние происходит при участии белков, органи- ческих и неорганических кислот, преимуще- ственно фосфатов. Вне клетки такую функ- цию берут на себя ионы НСО3 и СП. При из- менениях мембранной проницаемости моду- лируется величина МП; снижение или по- вышение величины МП в свою очередь может изменять проницаемость мембраны для ионов. Угнетение активности Na+/K+-Hacoca сопряжено с нарушениями величины основ- ных показателей цитоплазмы — РСО2, РО2, pH. Электронейтральный (пассивный) транс- мембранный ионный транспорт полноценно осуществляется только в условиях поддержа- ния нормальной внутриклеточной ионной концентрации за счет эквимолярного обмена Na+-H+, НСО3 -СГ, симпорта Na+ и К+, К+ и О . Активация электронейтрального Na+— К+-обмена может приводить к значительной гиперполяризации цитоплазматической мем- браны. При электронейтральном обмене Na+ или К+ с другими ионами (Na+—Са2+-об- мен) возможно уменьшение величины МП. В электрически невозбудимых клетках (эрит- роцитах и др.) пассивный транспорт не зави- сит от концентрации Са2+ в цитоплазме. Дефекты электронейтрального ионного транспорта возникают в условиях нарушений внутриклеточной ионной концентрации и служат дополнительным фактором, потенци- рующим нарушения метаболизма при разви- тии отека клетки. Усиление или угнетение об- мена Na+—Н+, СГ—НСО3 являются одним из важных звеньев механизма, нарушений кис- лотно-основного равновесия. Активация об- мена Na+ или К+ с другими ионами (Са2+ и др.) вызывает развитие деполяризационного смещения мембранного потенциала, свойст- венного альтерации цитоплазматической мембраны. Типовые нарушения возбудимости клеток определяются дефектами создания трансмем- бранной разницы потенциалов (МП) при участии неуправляемых ионных токов, прида- ющих клетке способность к восприятию воз- буждающих и тормозящих стимулов с участи- ем ионных каналов. Каналы формируются протеинами, встроенными в липидный бис- лой цитоплазматической мембраны. При оп- ределенных условиях они образуют поры, через которые ионы могут транспортировать- ся внутрь по электрохимическому градиенту. Ионные каналы классифицируют по энергии их активации. В возбудимых тканях имеются потенциалзависимые и хемозависимые кана- лы, которые изменяют свою конформацию, когда специфические молекулы связываются с рецепторной частью белка. Каналы подраз- деляют на первичные и вторичные лигандсвя- зывающие каналы. Первичные каналы изме- няют ионное проведение непосредственно при связывании лиганда (без включения вто- ричного посредника — ацетилхолин, ГАМК- глицин — управляемые). Вторичные лиганд- связывающие каналы зависят от реакций с 79
молекулами, которые активируются благодаря другим клеточным факторам (связывание с дистантными рецепторами, изменение мета- болизма и др. — Са2+-, G-протеин-, цАМФ- управляемые каналы). Модуляция их заклю- чается в изменениях энергетического уровня метаболизма на условия раскрытия или за- крытия каналов. Компоненты потенциал- и хемозависимых ионных каналов синтезиру- ются в клетке и встраиваются изнутри в цито- плазматическую мембрану, функционируют в ней некоторое время, не требуя энергетичес- ких затрат, так как активация ионных кана- лов происходит за счет внутренних конфор- мационных перестроек, индуцируемых внеш- ним стимулом, — изменением трансмембран- ного электрического поля или химической реакцией с рецепторным веществом. Потенциалзависимые ионные каналы — сен- сорные устройства, реагирующие на измене- ние МП, обладают «воротным» механизмом движения заряда и воротным током. Воротные токи отражают изменения положения внутри- мембранных заряженных частиц, связанных с потенциалзависимым образованием Иа+-кана- лов. Воротные токи более быстрые по сравне- нию с Ма+-током, так как они становятся мак- симальными за период менее 5—10 мс и необ- ходимы для достижения МП критического уровня. Электроуправляемые Na+- и большая часть К+-каналов обеспечивают поддержание оптимального заряда поверхностной мембра- ны, а также заряд мембранной емкости, необ- ходимой для генерации самораспространяю- щегося электрического импульса. Электроуправляемые Са -каналы функци- онируют при активации постоянного фосфо- рилирования системами цАМФ-зависимых протеиназ. Основная их роль — сопряжение мембранных и цитоплазматических процес- сов (выделение медиаторов и гормонов, акти- вация внутриклеточного транспорта и др.). Дефекты электрозависимого ионного транс- порта через каналы возникают при нарушени- ях конформации Ма+/К+-каналов, регулируе- мых электрическим полем внутри мембраны, с расположением «ворот» вблизи края поры, обращенной внутрь клетки. Они проявляются в виде увеличения длительности конформа- ционных изменений (более 30 мкс — 10 мс), избирательного нарушения деятельности Na+-Hacoca (тетродотоксин), К+-насоса (тет- раэтиламмоний, цианиды), обоюдного нару- шения Na+ и к+ насоса (уабаин и др.). При недостаточном обеспечении трансмембран- ной разницы зарядов через мембрану и заряда емкости мембраны нарушается генерация самораспространяющихся импульсов в возбу- димых клетках (нервных, мышечных и др.). Na+- и большая часть калиевых каналов могут долго функционировать при разобщении связи поверхностной мембраны с метаболи- ческими системами цитоплазмы клетки. При нарушениях конформации Са2+-кана- лов, функционирующих при активации по- стоянного фосфорилирования системами цАМФ-зависимых протеинкиназ, возникают дефекты сопряжения мембранных и цито- плазматических процессов (неадекватное вы- деление медиаторов, гормонов, стимуляция внутриклеточного транспорта). Мембраногенные нарушения функцио- нального состояния клетки, связанные с из- менением состава липидно-белкового слоя, определяются изменениями электрического заряда, проницаемости, текучести цитоплаз- матической мембраны, активности многих мембраносвязанных ферментов. Доминирую- щую роль в поддержании оптимального уров- ня этих показателей играет состав липидно- белкового слоя. Суммарно этот слой содер- жит фосфолипиды-гликосфинголипиды (60— 70 %), нейтральные липиды и холестерин (30 %). В цитоплазматической мембране нервных клеток содержится много ганглиози- дов, в состав молекул которых входят гидро- фильные олигосахариды и липофильные це- рамиды. В цитоплазматической мембране ганглиозиды модулируют активность различ- ных функциональных белков и околоклеточ- ного адгезивного матрикса и тем самым могут изменять ее функциональные свойства. Ган- глиозиды, встроенные в цитоплазматическую мембрану, имеют участки для взаимодействия с биологически активными веществами (гор- монами, интерфероном, белковыми токсина- ми и др.) и опосредуют их действие на клетку. Механизмы повреждений липидно-белкового бислоя клеток могут быть подразделены на следующие группы. Нарушение метаболизма жирных кислот в клеточных мембранах связано, во-первых, с уг- нетением продукции липидов в микросомах, их транспорта к другим субклеточным струк- турам с помощью липидообменивающихся белков или путем поступательной диффузии вдоль поверхностной мембраны. Фосфолипи- ды мембран синтезируются в эндоплазмати- ческой сети и постоянно транспортируются через бислой цитолеммы и между различны- ми мембранами клетки. Повреждение эндо- плазматической сети резко нарушает состав и функции цитолеммы. Второй причиной нарушений является за- мена жирнокислотных цепей и/или полярных групп липидов, т.е. аномальная модификация 80
полярных групп липидов в различных участ- ках клетки с помощью реакции метилиро- вания (превращения фосфатидилэтаноламина в фосфатидилхолин), декарбоксилирования (превращения фосфатидилсерина в фосфати- дилэтаноламин) и обмена оснований (этанол- амин, серин, инозит). Третья причина — нарушение обмена с сы- вороточными липопротеидами (ЛПОНП, ЛПВП). Результатом изменений метаболизма жирных кислот является нарушение состава липидных компонентов мембраны — фосфо- липидов и гликосфинголипидов, гетероген- ных по содержанию углеводов в зависимости от типа клетки, степени дифференцировки, фазы клеточного цикла, зараженности клеток вирусами и др. Увеличение содержания насыщенных жирных кислот и холестерина нарушает ме- таболическую, изоляционную и коммуника- ционную функции мембраны в результате недостаточной сольватации мембранных бел- ков, изменений межмолекулярных конфор- мационных взаимодействий с липидами, на- рушений функциональной активности (ката- литической, транспортной, иммуногенной). В этих условиях в мембранах отмечаются уменьшение подвижности углеводородных цепочек липидов, снижение текучести, про- ницаемости, угнетение пассивного и актив- ного транспорта, пиноцитоза, адсорбцион- ного эндоцитоза, фагоцитоза. В развитии таких нарушений важную роль играют сни- жение активности мембранных ферментов (Na+-, К+-АТФазы), чувствительности рецеп- торных образований мембраны из-за по- вреждений рецепторов, нарушения специфи- ческого связывания лиганда (медиатора, гор- мона и др.). В свою очередь это служит при- чиной недостаточной активации конформа- ционных изменений при участии регулятор- ного белка, дефектного открытия ионных ка- налов или нарушения активации систем мембранных ферментов — аденилатциклазы, фосфолипазы С и др. Угнетение образования высокопроницаемых межклеточных контак- тов, ограничение метаболической и электри- ческой сопряженности в результате сниже- ния возбудимости ведет к нарушению согла- сованной деятельности клеток органов и тка- ней, ослаблению контроля со стороны регу- ляторных систем организма. При снижении содержания в мембране на- сыщенных, избытке концентрации ненасы- щенных жирных кислот активируется ее изо- ляционная, метаболическая и коммуникаци- онная функция. Это связано с уменьшением уровня поляризации, повышением возбуди- мости мембраны, облегчением сольватации мембранных белков и оптимизацией межмо- лекулярных конформационных взаимодейст- вий с липидами. Высокий уровень каталити- ческой и транспортной активности обеспечи- вается возрастанием чувствительности специ- фических рецепторов и активности мембран- ных ферментов, в частности Na+-, К+-зависи- мой АТФазы. Такие изменения функциональ- ного состояния мембраны сочетаются с уве- личением подвижности углеводородных цепо- чек липидов, текучести, проницаемости и стимуляцией пассивного и активного транс- мембранного транспорта. Это ведет к актива- ции пиноцитоза, фагоцитоза и адсорбционно- го эндоцитоза. Избыточное содержание в ци- толемме ненасыщенных жирных кислот сти- мулирует образование высокопроницаемых межклеточных контактов, метаболической и электрической сопряженности клеток, что усиливает согласованность деятельности кле- ток органов и тканей. Альтерация белковых и фосфолипидных компонентов мембраны возникает при ги- поксии, иммунных цитотоксических реакци- ях, гиповитаминозах А, Е, С, Р. Альтерация вызывает осмотическое растяжение пептид- ной основы мембраны в результате наруше- ния функции клеточных насосов, торможе- ния процессов регуляции обмена веществ между клеткой и окружающей средой, выхо- да во внеклеточное пространство различных ферментов. При альтерации клетки в ее ци- топлазме активируются фосфолипазы разной субстратной специфичности, что вызывает снятие «экранирующего» эффекта белков цитоплазматической мембраны и расщепле- ние фосфолипазами фосфолипидов и липо- протеидов клеточной мембраны. В мембране появляются относительно большие отверс- тия, пропускающие внутрь клетки макромо- лекулы — антитела и др., а образование в ли- пидном бислое сквозных водных пор резко увеличивает проницаемость из липидных зон, что сопровождается появлением «элект- рического пробоя», лежащего в основе спон- танного возбуждения клетки. В свою очередь такие повреждения мембраны ведут к разви- тию глубоких нарушений метаболизма, рас- тяжению цитолеммы, адсорбции на ней за- ряженных белков и резкому ослаблению антиоксидантной защиты клетки. В клетке активируется свободнорадикальное окисле- ние ненасыщенных жирных кислот и фосфо- липидов цитоплазматической мембраны, об- разуются гидроперекиси, дополнительно по- вреждающие белки и ферменты мембран и потенцирующие процессы альтерации клет- 81
ки. Это усугубляет нарушение контроля со стороны регуляторных систем организма и коммуникационной функции цитолеммы. Недостаточность метаболической и электри- ческой сопряженности деятельности клеток органов и тканей возникает в результате из- менений содержания свободных бивалент- ных катионов (Са2+, Mg2+) и Н+ внутри клет- ки. В связи с этим нарушается регуляция проницаемости сети узких межклеточных ка- налов, пронизывающих цитоплазматические мембраны двух и более соседних клеток. Кроме того, взаимодействие клеток с по- врежденной цитолеммой страдает из-за из- менений содержания фибронектина — ос- новного компонента внеклеточного опорно- го матрикса и полифункционального регуля- тора деятельности всех видов клеток орга- низма. 3.5.2. Нарушение рецепторной функции мембран Восприятие сигналов клеткой осуществляется специфическими рецепторами цитоплазмати- ческой мембраны. Рецептор представляет собой макромолекулу гликопротеида, обла- дающую участками связывания лигандов — нейромедиаторов, гормонов и др. Несмотря на множественность видов специфических рецепторов, встроенных в цитолемму, вос- приятие сигналов осуществляется в виде ста- дийности изменений метаболизма и в итоге — функционального состояния клетки. I стадия — взаимодействие сигнальных мо- лекул (первичные мессенджеры-гормоны, нейромедиаторы, факторы роста, ряд токси- нов, антигены, интерлейкины, ПГ и многие другие биологически активные вещества) со специфическими мембранными рецепторами. II стадия — активация фосфолипазы С при участии G-белка и протеинкиназы С. Фосфо- липаза С гидролизует инозитол-дифосфат внутреннего слоя мембраны с образованием инозитол-фосфатов и диацилглицерина. III стадия — осуществление специфичес- кой функции клетки — сокращение, секреция и др. Восприятие сигналов клеткой может нару- шаться при десенситизации рецепторов, ко- торая возникает при длительном воздействии раздражителя за счет инактивации рецепторов или их перехода из наружной мембраны на внутренние мембраны клетки. При уменьше- нии плотности рецепторов, сопряженных с ферментными системами мембраны, возника- ет резкое уменьшение (в зависимости от числа оставшихся активных рецепторов) ак- тивности мембранных ферментов и соответ- ствующего потока метаболитов, концентра- ция которых значительно ниже или выше фи- зиологической (неравновесные реакции при действии инсулина и др.). При дефиците ре- цепторов, сопряженных с образованием вто- ричных посредников, изменяется связь спе- цифических рецепторов со структурами ци- тоскелета через трансмембранные белок-бел- ковые взаимодействия, нарушается образова- ние участков цепи по обе стороны мембраны, возникает недостаточность передачи инфор- мационных изменений по цепи молекул и перевода информации в форму образования вторичного посредника. Возможны три вида патологии. • Чрезмерная активация каталитического фрагмента на внутренней поверхности мембраны аденилатциклазы резко усили- вает распад АТФ до цАМФ и ведет к на- коплению цАМФ в клетке. В этих услови- ях возрастает активность цАМФ-зависи- мой протеинкиназы, усиливается фосфо- рилирование различных белковых субстра- тов, активируются функции клетки — по- вышается проницаемость цитоплазмати- ческой мембраны, усиливается ее экскре- торная деятельность. В поляризованных клетках ускоряется транспорт гликопроте- идов к апикальной мембране; в ней усили- ваются выделение секрета из гранул и воз- вращение белков оболочки гранул в ком- плекс Гольджи. В комплексе Гольджи ус- коряются разделение (сортинг) продуктов и утилизация их в процессах синтеза новых гранул секрета. В то же время повы- шаются проницаемость мембран лизосом и выход лисомальных ферментов, что усили- вает аутокаталитические процессы в клет- ке. Это облегчает присоединение негисто- новых белков-регуляторов к акцепторным участкам оперона, усиливает фосфорили- рование гистонов и некоторых кислых бел- ков. В результате возрастают транскрипция генетической информации, транспорт иРНК из ядра в цитоплазму и усиливается синтез белка на уровне трансляции на фоне более высокого уровня энергетичес- кого обмена, захвата Са2+ органеллами и создания низкой концентрации кальция в цитоплазме. • Ложная чрезмерная активация аденилат- циклазы возникает при адсорбционном эн- доцитозе некоторых патогенных агентов (эндотоксины кишечных бактерий, холер- ный токсин и др.), способных воздейство- вать на каталитический фрагмент адени- 82
латциклазы. В этих случаях развиваются нарушения деятельности клетки, типичные для накопления цАМФ в неадекватных ко- личествах. • Неспецифическая стимуляция рецепторов свойственна всем видам повреждения ре- цепторов патогенными агентами (физичес- кой, химической и биологической приро- ды), опосредованного через рецепторы или прямое усиление синтеза вторичных по- средников. Развиваются нарушения дея- тельности клетки, типичные для накопле- ния цАМФ в чрезмерных количествах. Не- специфическая стимуляция рецепторов в секреторных, нервных, мышечных клетках, сопряженная с изменениями кальциевого гомеостаза, увеличивает выход Са2+ из клетки. При дефиците Са2+ он мобилизу- ется из внутриклеточных депо, что ведет к нарушению неквантовой секреции медиа- торов за счет угнетения промежуточных звеньев образования микровезикул. Сокра- тительная способность мышечных клеток угнетается из-за дефицита акомиозиновых комплексов. Секреторная деятельность секреторных клеток угнетается из-за дефи- цита Сгг+. Наряду с этим нарушается про- ницаемость цитоплазматической мембра- ны для воды, одно- и двухвалентных ионов, изменяется активность ряда мем- браносвязанных ферментов и ферментов цитоплазмы (Na — К+-АТФаза, АТФаза миозинового комплекса, аденилатциклаза, фосфодиэстераза, протеинкиназа). Толерантность (временное снижение чув- ствительности клеток к первичным посредни- кам) возникает в период активности, т.е. при высокой внутриклеточной концентрации вто- ричных посредников, образовавшихся в ре- зультате стимуляции данных рецепторов. То- лерантность к гормонам и лекарственным ве- ществам развивается также при включении альтернативного пути регуляции, так как по- давление аденилатциклазной системы ведет к уменьшению плотности рецепторов на цито- плазматической мембране при длительной стимуляции фосфоинозитидного обмена. Об- разующийся при активации рецепторов цАМФ усиливает активацию фосфоинозитид- ного обмена гормонами, рецепторы которых через G-белки сопряжены с фосфолипазой С. Все это обеспечивает толерантность и моду- ляцию чувствительности клетки к другим межклеточным регуляторам. Взаимодействие молекулы гормона с рецептором включает каскад биологических катализаторов, в ре- зультате чего сигнал значительно усиливает- ся, множится и вызывает изменения миллио- нов молекул в клетке. В этой регуляции име- ется обратная связь, к которой наиболее чув- ствителен синтез рецепторных белков. 3.6. ФУНКЦИИ ОРГАНЕЛЛ В ПОВРЕЖДЕННОЙ КЛЕТКЕ 3.6.1. Митохондрии Митохондрии — специализированные орга- неллы клетки круглой или овальной формы. Величина митохондрий часто определяется состоянием энергетического обмена клетки. Наиболее важная роль митохондрий — окис- лительное фосфорилирование, которое снаб- жает АТФ большинство эндотермических ре- акций. Функционирование митохондрий обеспе- чивается системами переносчиков. РО4 и АДФ/АТФ-переносчики присутствуют во всех митохондриях, поставляют АТФ в цитозоль и тем самым играют основную роль в симбиозе митохондрий И ЦИТОЗОЛЯ. В МИТОХОНДРИЯХ- почти все виды гормонов усиливают процес^" сы транскрипции и трансляции. Нарушения активности митохондрий воз- никают при вегетативной дистонии, гормо- нальной дисфункции, при изменениях соста- ва фосфолипидного компонента мембраны (гипоксия и особенно аноксия, отравление животными, растительными и бактериальны- ми ядами, резкие колебания температуры, ак- тивация свободнорадикальных процессов). Вегетативная дистония, гормональные дисфункции сочетаются обычно с избыточным и недостаточным содержанием в тканях кате- холаминов, тироксина. Избыток этих веществ активирует бета-окисление жирных кислот, цикл Кребса, захват энергетических субстра- тов. В этих условиях увеличивается масса ми- тохондрий, открываются анионные каналы в митохондриальных мембранах, ингибирован- ных в норме Н+ и Mg2+, в результате чего рас- сеивается избыточная энергия, а транспорт- ным системам обеспечивается поддержание оптимального объема митохондрий. Дефицит в тканях катехоламинов, ацетил- холина, тироксина сопровождается угнетени- ем бета-окисления жирных кислот, цикла Кребса, уменьшением захвата энергетических субстратов, снижением массы митохондрий. Нарушение состава фосфолипидного компо- нента мембран клетки (гипоксия, отравле- ния, резкие колебания температуры, актива- ция свободнорадикальных процессов) приво- дит к угнетению биологического окисления — 83
нарушению бета-окисления жирных кислот, реакций цикла Кребса на матриксе, разобще- нию окислительного фосфорилирования с дыханием, снижению коэффициента исполь- зования питательных субстратов (в норме до 40 %), торможению окислительного дезами- нирования аминокислот. Ингибирование окислительно-восстановительных процессов в свою очередь угнетает синтез аминокислот, жиров, фосфолипидов, нуклеотидов, вызыва- ет вторичное торможение образования динук- леотидов или полимерных нуклеиновых кис- лот в ядре клетки, дефицит образования био- логически активных соединений и частично НАД. В результате нарушений функции мито- хондриального генома прекращаются рост и деление митохондрий. При возникновении дефицита источников энергии или несбалан- сированного расхода уменьшается объем ми- тохондрий, а кристы увеличиваются в разме- рах. Нарушение функции митохондрий резко изменяет электрогенез, так как ослабляется процесс накопления на внутренней и ОН~ на внешней поверхности митохондриальной мембраны, а это снижает разность потенциа- лов, что блокирует первичную форму накоп- ления энергии в клетке. Утрата трансмем- бранной разности потенциалов в поврежден- ных митохондриях ведет к значительному на- рушению регуляции ионного состава цито- плазмы за счет ограничения обратной, зави- симой от АТФ секвестрации Са2* в митохонд- риях в виде комплексов с фосфатами. В то же время нарушение активного переноса на внутреннюю поверхность (кристы) катионов (Са2* и других) создает избыток свободных ионов в цитоплазме. При возрастании кон- центрации свободного кальция возникнет чрезмерная активация Са2+-зависимой фос- фолипазы митохондрий, что ведет к развитию процесса тотального повреждения мембран клетки. При избытке внутриклеточного Na+ возникают гиперосмия цитоплазмы и отек клетки. 3.6.2. Лизосомы Лизосомы — специализированные органеллы почти всех видов клеток, принимающие не- посредственное участие в регуляции внутри- клеточного белкового метаболизма и снабже- нии клеток пластическим материалом при ре- синтезе. Лизосомы участвуют в процессах ге- теро- и аутофагии, экзо- и эндоцитоза, во внутриклеточной регенерации, карциногене- зе. В лизосомах происходят внутриклеточное переваривание чужеродных белков и расщеп- ление большинства чужеродных небелковых веществ (ксенобиотиков), особенно в клетках РЭС. Для эффективного действия гидролаз в лизосомах требуется низкая величина pH. В клетках проксимальных канальцев почек лизосомы участвуют в катаболизме белков. Повреждения лизосом связаны с нарушения- ми нервно-гуморальной регуляции клеточной деятельности, врожденными и приобретенны- ми дефектами метаболизма. Повышение уровня катехоламинов и глюко- кортикоидов в тканях (стресс) ведет к актива- ции лизосом и стимуляции их образования, модификации мембран всех лизосом в клетке, усилению непосредственного участия в регу- ляции процессов метаболизма, мобилизации энергетических и пластических материалов. Это облегчает формирование фаголизосом, значительно усиливает переваривание в них чужеродных веществ в результате активации протонного насоса мембран лизосом, быстро- го закисления среды до pH 4—5 и создания оптимальных условий для действия лизосом- ных гидролаз. Увеличение активности лизо- сомных ферментов способствует быстрому расщеплению в фаголизосомах большинства ксенобиотиков. Врожденная недостаточность отдельных ферментов — лизосомальных гидролаз (в нор- ме более 60 белков-ферментов, из которых 80 % находится в свободном состоянии в мат- риксе, а 20 % связано с мембраной) ведет к нарушению непосредственного участия лизо- сом в расщеплении высокомолекулярных со- единений и в регуляции отдельных звеньев метаболизма белков, жиров и углеводов. Раз- виваются недостаточность снабжения клетки пластическими материалами при ресинтезе и накапливаются не используемые в обменных процессах субстраты, что индуцирует возник- новение «болезней накопления» (гликогено- зы, гликоцереброзидозы, сфингомиелинозы, ганглиозидозы, мукополисахаридозы и др.) при сохранении функции внутриклеточных катепсинов — протеиназ (по субстратной спе- цифичности типы А, В, С, D и Е), гидролизи- рующих белки в слабокислой среде. Приобретенные изменения участия лизо- сом в клеточном метаболизме возникают при полном и частичном голодании, повреждени- ях клеток, нарушениях клеточного размноже- ния. Острая недостаточность поступления в клетку питательных субстратов (полное голо- дание) сопровождается резкой активацией лизосом, усилением их прямого влияния на метаболизм клетки, стимуляцией расщепле- ния клеточных ресурсов и перераспределени- 84
ем компонентов для обеспечения энергети- ческих и пластических процессов (за счет рас- щепления белков скелетных мышц и других органов). Хроническая недостаточность по- ступления в клетку питательных субстратов (неполное голодание) угнетает образование лизосом, снижает их количество в клетке, что ведет к уменьшению прямого влияния лизо- сом на регуляцию процессов метаболизма белков, жиров, углеводов. Такие нарушения вызывают недостаточность мобилизации энергетических и пластических материалов при возрастании нагрузки на клетку, затруд- няют формирование фаголизосом, ослабляют переваривание чужеродных веществ в клетке и облегчают развитие дистрофического про- цесса. Активация лизосом без формирования фаго- лизосом возникает при альтерации клеток (гранулоцитов, макрофагов, остеокластов и хондрокластов) при гипоксии, иммунных ре- акциях. Из альтерированных клеток лизосо- мальные ферменты экзоцитируются и воздей- ствуют на окружающие клетки преимущест- венно соединительной ткани, что способству- ет возникновению болезней соединительной ткани (подагра, силикоз, ревматоидный арт- рит, полихондроидит и др.). Нарушение регуляции клеточного размно- жения ведет к недостаточности транслокации лизосом в перинуклеарное пространство и ас- социации лизосомальных ферментов с компо- нентами ядра. В этих условиях выпадают ста- дии усиления белкового синтеза и стимуля- ции пролиферативных процессов. 3.6.3. Эндоплазматическая сеть Эндоплазматическая сеть (ЭС) клетки содер- жит больше белков (на 60—70 %), но меньше фосфолипидов (на 30—40 %), чем цитоплаз- матическая мембрана. Многие из белков ЭС обладают энзиматической активностью. ЭС подразделяют на два типа — гладкую и шеро- ховатую. В неповрежденных клетках гладкая сеть содержит системы электронного транспорта и метаболизирует малые молекулы, выполняет роль клеточного детоксикационного механиз- ма, участвует в липидном и стероидном син- тезе. Гладкая сеть характеризуется наличием энзимных систем, участвующих в ключевых звеньях обмена веществ. Глюкозо-6-фосфата- за в высокой концентрации сосредоточена в гепатоцитах и меньше в других типах клеток. Этот фермент включен в механизм регуляции содержания глюкозы в крови за счет обеспе- чения процессов дефосфорилирования глю- козо-6-фосфата в клетках. Цитохром Р-450 и НАДФН-цитохром-Р-450-редуктаза, являясь частью транспортной цепи, включены в реак- ции гидроксилирования и детоксикации. Эн- зиматическое гидроксилирование в эндоплаз- матическом ретикулуме выполняет важные анаболические и катаболические функции в пределах клетки. Анаболические функции включают биосинтез холестерина, синтез сте- роидов и желчных кислот (в гепатоцитах). Ка- таболические функции распространяются на метаболизм лекарств и токсичных веществ с гидрофильными свойствами, и поэтому они легко подвергаются выделению (выделение инсектицидов, анестетиков и др.). При мета- болизировании этих веществ возможно обра- зование канцерогенов. Гладкая эндоплазма- тическая сеть легко повреждается при гипок- сии, активации ПОЛ, активации эндогенных фосфолипаз. Выпадение ее функций в клет- ках резко снижает устойчивость организма к экзо- и эндогенным патогенным продуктам и способствует развитию болезни. Шероховатая эндоплазматическая сеть формируется за счет связывания рибосом с гладкой сетью при помощи белка рибофори- на (мол. м. 63—65 кДа). Рибосомы, состоя- щие из комплекса РНК—белок, — специали- зированные органеллы почти всех видов кле- ток. Они формируют каталитический центр для трансляции мРНК в пептидную цепь и осуществляют внутриклеточный синтез белка. Рибосомальная РНК синтезируется в ядрышке, затем в виде предшественника ри- босом транспортируется через поры ядра в цитоплазму. В цитоплазме рибосомы входят в состав шероховатой сети или превращают- ся в полисомы. Белоксинтезирующая спо- собность клеток определяется количеством рибосом в цитоплазме и шероховатой эндо- плазматической сети. Нарушения функции рибосом в клетке связаны с инфицировани- ем ее вирусами либо с воздействием патоген- ных факторов, угнетающих синтез белка. Если в первом случае размножающиеся ви- русы вызывают разрушение рибосом, выклю- чают синтез белка и в итоге вызывают гибель клетки, то во втором случае механизмы по- вреждения рибосом являются более сложны- ми и многообразными. Внутриклеточный ацидоз (pH 6,0 и менее) вызывает угнетение активности мРНК без ее разрушения, в результате чего замедляется аг- регация рибосом в полисомы и резко ослаб- ляется синтез полипептидов. Нарушение функции системы ДНК- РНК—белок характеризуется разобщением 85
процессов транскрипции и трансляции, угне- тением синтеза основных типов РНК (мат- ричной и рибосомальной) в ядре в виде высо- комолекулярных предшественников, наруше- нием их созревания за счет отщепления зна- чительной части молекулы, подвергающейся внутриядерной деструкции. Нарушение специализации цитоплазмы по утилизации мРНК (посттранскрипционная регуляция) возникает при сдвигах концентра- ций транслируемой мРНК в клетке, измене- ниях срока жизни ее в клетке, скорости ядер- но-цитоплазматического переноса мРНК, ак- тивации или инактивации латентных ф°РМ мРНК в цитоплазме, дезагрегации полисом. В этих случаях возникают ослабление белко- вого синтеза, нарушение сборки ферментных комплексов, перерабатывающих чужеродные вещества в шероховатой эндоплазматической сети, а также изменение скорости распада белка в клетках. При повреждении клетки шероховатая сеть может превращаться в глад- кую, что ведет к возрастанию антитоксичес- кой способности клетки. 3.6.4. Секреторный аппарат (комплекс Гольджи) Комплекс Гольджи — ключевая органелла в процессинге и сортировке секреторных бел- ков и белков, предназначенных для адресова- ния в плазматическую мембрану и другие ор- ганеллы. Функции комплекса Гольджи многообразны: при участии гликозилтрансфе- разы в нем осуществляются гликозилирова- ние белков и превращение их в гликопротеи- ны секреторных гранул, через посредство протеаз — частичный протеолиз. Кроме того, в комплексе Гольджи синтезируются и моди- фицируются олигосахариды. Доказано учас- тие комплекса Гольджи в транспорте и обра- зовании мембранных белков, что обеспечива- ет их встраивание в плазматическую мембра- ну. Комплекс Гольджи участвует в рециклиза- ции специфических мембранных рецепторов. При повреждении клетки комплекс Гольджи рассеивается по всей цитоплазме, что совпа- дает с нарушениями внутриклеточного транс- порта, процессинга, высвобождения секре- торных продуктов и резким ослаблением про- цессов эндоцитоза. Это указывает на вовлече- ние в патологический процесс других орга- нелл, так как в переносе белковых продуктов от места их синтеза внутри клетки во внутри- клеточное пространство участвуют, помимо комплекса Гольджи, эндоплазматическая сеть, секреторные гранулы и цитоплазмати- ческая мембрана. Функциональная связь между ними обеспечивается путем слияния соответствующих мембран. 3.6.5. Пероксисомы Пероксисомы представляют собой специали- зированные органеллы для утилизации бога- тых энергией соединений в клетках. Перокси- сомы содержат более 40 энзимов, участвую- щих в ката- и анаболических реакциях. В этих органеллах осуществляются реакции окисле- ния при участии флавиновых оксидаз, утили- зация молекулярного кислорода при участии специального акцептора, образование пере- киси водорода, расщепляемой каталазой до воды и О2. Пероксисомы метаболизируют многие вещества, особенно липиды. В отли- чие от митохондрий, пероксисомы не имеют карнитиновой системы, переносящей жирные кислоты через мембрану этих органелл. В них перенос жирных кислот происходит при учас- тии другого энзима — дигидроацетонфосфа- тидилтрансферазы. В пероксисомах окисля- ются главным образом длинноцепочечные жирные кислоты. Вначале в мембранах пе- роксисом и эндоплазматической сети длинно- цепочечные жирные кислоты активируются локализованной в этих органеллах ацил-КоА- синтетазой — ферментом, содержащимся в митохондриях лишь в небольшом количестве. Активированные длинноцепочечные жирные кислоты в пероксисомах окисляются при участии ацил-КоА-оксидазы, бета-кетотиола- зы и других ферментов, отличающихся от эн- зимов митохондрий, осуществляющих окис- ление жира. В результате пероксисомального бета-окисления длинноцепочечные жирные кислоты превращаются в среднецепочечные (С6—С7) и короткоцепочечные (менее С6), ко- торые затем окисляются в митохондриях. Пе- роксисомальное окисление не связано с элек- тронно-транспортной цепочкой и депониро- ванием энергии посредством окислительного фосфорилирования, поэтому оно является лишь генератором тепла в клетке. Процесс не угнетается ингибиторами дыхательной цепи или окислительного фосфорилирования. Прием богатой жиром пищи резко увеличива- ет в пероксисомах бета-окисление длинноце- почечных жирных кислот, что ведет к уси- лению теплопродукции в организме. Прием гиполипидемических лекарственных препа- ратов увеличивает синтез и число пероксисом в клетке, что сопровождается стимуляцией поглощения клетками липидов и липопро- теидов. 86
Помимо бета-окисления длинноцепочеч- ных жирных кислот, в пероксисомах осущест- вляются переаминирование и дезаминирова- ние аминокислот, синтез полипептидов, по- ступающих в цитозоль, а также образование липидных эфиров. У человека имеются наследственные пе- роксисомальные болезни. Генетическое на- рушение биогенеза пероксисом может вызы- вать развитие трех видов синдромов — це- ребрально-гепаторенального синдрома Цель- вегера, синдрома Рефсама у детей и Х-хро- мосомозависимой врожденной адренолейко- дистрофии новорожденных, при этом у боль- ных почти полностью отсутствуют нормаль- ные пероксисомы в клетках. Это ведет к на- рушению зависимых от пероксисом путей метаболизма. У больных происходит патоло- гическое накопление в клетках фитановой и других кислот этой группы, длинноцепочеч- ных жирных кислот, индуцируется продук- ция аномальных желчных кислот, нарушают- ся биосинтез и расщепление липидов плазмы крови. Подобные нарушения метаболизма ведут к замедлению психомоторного разви- тия больных детей, появлению ретинопатий и другой патологии. Для синдрома Рефсама наиболее типичным признаком нарушений метаболизма является резкое повышение уровня в плазме крови фитановой кислоты. Адренолейкодистрофия характеризуется де- миелинизацией в ЦНС и недостаточностью надпочечников. При наличии тяжелых де- фектов метаболизма дети обычно погибают на первом году жизни. 3.7. ЦИТОЗОЛЬ ПОВРЕЖДЕННОЙ КЛЕТКИ Цитозоль (гиалоплазма) содержит до 40 % белков клетки, тысячи ферментов, обеспечи- вающих синтез, распад и обмен белков, угле- водов и жиров. Цитозоль выполняет роль депо, где происходит накопление гликогена, липидов, состоящих из триглицеридов или эфиров холестерина. Липидные включения используются в клетках как источник энер- гии или как предшественник в синтезе сте- роидных гормонов, а гликоген — как дона- тор глюкозы. Помимо этого, в состав гиа- лоплазмы входит определенное количество осмотически активных веществ и ионов во- дорода, играющих важную роль в функции клеток. Осмотическое давление цитозоля определя- ется содержанием основных осморегулято- ров — Na+, СГ, К+, мочевины и других про- межуточных продуктов обмена, т.е. органи- ческих веществ, выполняющих функцию про- тивовеса основным осморегуляторам. Во внутриклеточной осморегуляции участвуют также полиолы — сорбитол, синтезируемый из глюкозы при участии фермента альдозоре- дуктазы, инозитол, метиламины (окись три- метиламина и бетаин), глицерофосфохолин, аминокислоты — глицин, пролин, глутамин, аспарагин и др. Глубокие нарушения функ- ции клеток обычно сочетаются с выраженны- ми количественными и качественными изме- нениями состава не только основных осморе- гуляторов, но и полиолов. pH гиалоплазмы определяется катионным составом, ионной проводимостью цитоплаз- матической мембраны, активностью электро- генных и неэлектрогенных насосов, актив- ностью внутриклеточных ферментных сис- тем; pH гиалоплазмы зависит от процессов анаэробного гликолиза, пептозного цикла и микросомального окисления. Анаэробный гликолиз активируется при всех видах гипо- ксии и угнетения функции митохондрий, в результате чего происходит накопление в ци- тозоле пирувата и лактата. Избыточное со- держание пирувата связано с чрезмерным усилением анаэробного гликолиза, торможе- нием окислительного декарбоксилирования аминокислот и образованием ацетил-КоА. Угнетение декарбоксилирования пирувата и недостаточное использование его через аце- тил-КоА в цикле Кребса, реакциях амини- рования и переаминирования ведут к избы- точному накоплению лактата в гиалоплазме и возникновению внутриклеточного ацидоза. В свою очередь избыток Н+ угнетает актив- ность ферментов и ведет к дефициту макро- эргов, что значительно нарушает функцию ряда органелл, так как большинство из них полноценно функционирует лишь при под- держании в них низкого значения pH, что обеспечивается активностью АТФ-зависимой электрогенной протонной помпы. Наруше- ния метаболизма существенно отражаются на возможности проявления специфической функции клетки (сокращение, секреция, эн- доцитоз и др.). Угнетение микросомального окисления воз- никает при повреждениях двух систем пере- кисного окисления. НАДН-зависимая систе- ма сосредоточена исключительно в микросо- мах; в перекисном окислении донатором электронов является НАДН. Аскорбатзависи- мая система сосредоточена в микросомах, ми- тохондриях и лизосомах; донатором электро- нов является витамин С. Угнетение микросо- 87
мального окисления ведет к снижению защи- ты клетки от патогенных веществ в результа- те недостаточности ферментативного гидро- ксилирования при участии цитохрома Р-450. В этих случаях повреждения органелл и ядра способствуют развитию острых и хронических деструктивных процессов на фоне активации свободнорадикального окисления липидов и других ингредиентов клетки. В свою очередь активация свободнорадикального окисления угнетает в цитозоле пентозный цикл, что со- здает дефицит рибозы и восстановленного НАДН. При дефиците рибозы тормозится синтез нуклеотидов, нуклеиновых кислот. Де- фицит восстановленного НАДН вызывает не- достаточность притока электронов к Н+ в окислительно-восстановительных реакциях, нарушение биосинтеза аминокислот путем восстановительного аминирования, пурино- вых оснований, гидрированных форм фолие- вой кислоты. Активация пентозного цикла отмечается при умеренной недлительной ги- поксии. В этих случаях возникает избыточная продукция рибозы, усиливается синтез нукле- отидов, нуклеиновых кислот, НАДН и облег- чаются биосинтетические процессы и микро- сомальное окисление. 3.8. ЯДРО ПОВРЕЖДЕННОЙ КЛЕТКИ, ТИПОВЫЕ НАРУШЕНИЯ Все клетки организма человека, за исключе- нием половых, обладают геномом, состоящим приблизительно из 1010 пар оснований. Клю- чевым структурным компонентом генома яв- ляются хромосомы, определяющие кариотип клеток. У здорового человека кариотип пред- ставлен 46 хромосомами, которые влияют на основные функции ядра клетки — хранение генетической информации в ДНК, регуляцию пластических и обменных внутриклеточных процессов, воспроизведение генетического материала ДНК и передачу его дочерним клеткам в процессе деления. 3.8.1. Дефекты клеточного цикла и механизмы репарации У здорового взрослого человека спонтанная ошибка при редубликации ДНК гена обычно не превышает одного случая на 105—10б про- лиферирующих клеток организма. Однако даже в нормальных генах человека около И всех локусов могут иметь множественные ал- лели. В хромосомах 10—20 % локусов могут быть гетерозиготны по составу, из них около 5 % могут содержать генетическую информа- цию, которая при гомозиготной репрезента- ции способна проявляться в виде генетичес- кой патологии. Стабильность нормальных генов, даже при наличии скрытых дефектов, определяется устойчивостью химических свя- зей в ДНК к изменениям энергии теплового движения атомов и к гидролитическому рас- щеплению этих связей. Не менее важную роль играют два механизма защиты генети- ческого материала — система регенерации по- вреждений, возникающих в процессах эндо- генного и индуцированного мутагенеза, и система уничтожения эндогенных токсичес- ких факторов, главным образом свободных радикалов. Эти системы эффективно функци- онируют в пролиферирующих клетках в нор- мальных условиях и особенно активируют- ся при воздействии на клетки патоген- ных факторов. В последнем случае в клет- ках развиваются репарируемые и нерепари- руемые повреждения хромосом, в частности ДНК. Репарируемые (обратимые) повреждения ДНК возникают при близких к пороговым воздействиям физических, химических и био- логических патогенных факторов. Этот вид нарушений возникает при умеренных, недли- тельных нагрузках на клетки в виде дефицита фолиевой кислоты, слабой гипоксии, незна- чительного накопления продуктов аутолиза тканей, при УФ-облучении. Аналогичный эф- фект могут оказывать увеличение уровня фак- торов роста, угнетение продукции кейлонов, образование индольных производных — ин- дола, триптамина, гистамина, серотонина, а также простагландин Е2, нуклеозиды и нукле- отиды. При этом в клетках вначале развивает- ся метаболический тип клеточной дистрофии в виде избыточного синтеза отдельных про- дуктов межуточного обмена, нарушений их выведения во внешнюю среду, комплементар- ных переключений обмена веществ одного вида на другой, энзимопатий, нарушений фи- зико-химических свойств метаболитов, осо- бенно белков. Образование ингибиторов нук- леинового обмена ведет к угнетению преиму- щественно стадии синтеза пуринов и пирими- динов, нуклеотидов и нуклеозидов либо к тормозному эффекту на более поздних этапах синтеза, когда происходит сборка молекул ДНК. При всем многообразии механизмов ингибирования митотического деления кле- ток можно выделить наиболее характерные обменные нарушения — подавление синтеза тимидилата, блокаду начальных этапов синте- 88
за ДНК, недостаточность синтеза иРНК и ее перемещения в цитоплазму и дефекты достав- ки кода на рибосомы. Нарушения на уровне мРНК, синтезируе- мой на ДНК-матрице с повторением той последовательности нуклеотидов, которая имеется в ДНК, ведет к угнетению транс- крипционного считывания цистронов либо к подавлению постскрипционного контроля. Нарушение транскрипционного считывания цистронов вызывается изменением фонда считываемых частиц. Селективное измене- ние скорости транскрипции определенных групп цистронов нарушает функцию транс- крипционного контрольного механизма — негативного контроля. Постскрипционный контроль ослабляется при различных сдви- гах концентрации транслируемой мРНК в клетке, срока жизни мРНК, скорости ядер- но-цитоплазматического переноса мРНК, активации или инактивации мРНК в цито- плазме. Повреждение любого звена синтеза белка в клетке сочетается с повышением проница- емости цитоплазматической мембраны, воз- никновением отека, развитием белковой ди- строфии и другими патологическими изме- нениями в клетке. Степень повреждающего действия патоген- ных агентов на геном и белковый синтез в клетке обнаруживает выраженную зависи- мость от фаз клеточного цикла. В фазу покоя G, при указанных выше воздействиях обычно доминируют нарушения белкового синтеза в клетке, связанные с дерепрессией генов, что лежит в основе развития гипертрофии и адап- тации клетки к многократным воздействиям раздражителя. В клетках, вступивших в мито- тический цикл, особенно в фазах G, и G2, ве- дущую роль играет степень изменений функ- ции хромосом. При репарируемых поврежде- ниях могут нарушаться три ключевых звена синтеза ДНК — репликация, эксцизионная репарация и обратная транскрипция. Репли- кация нарушается при изменениях активнос- ти ДНК-полимераз, которые обеспечивают катализ поликонденсации одной из цепей ДНК в комплементарные цепи, служащей матрицей. Соединение отдельных синтезиро- ванных фрагментов в целостные макромоле- кулы зависит от изменений активности друго- го фермента — ДНК-лигазы. Дефекты, возни- кающие при синтезе ДНК, немедленно под- вергаются исправлению — эксцизионной ре- парации системами ядерных ферментов. ДНКазы содержатся во всех ядерных клетках. Они расщепляют любой «голый», не связан- ный с белком участок ДНК, но не действуют на ДНК, связанную с белком. ДНКазы ка- тализируют распад нуклеиновых кислот путем гидролиза фосфорно-эфирных связей. ДНКазы вносятся в разрывы в ДНК, отщеп- ляют поврежденные участки и некомплемен- тарные нуклеотиды и таким образом осущест- вляют подготовительные этапы эксцизион- ной репарации и корректируют действие ДНК-полимераз. Активация поли-АДФ-рибо- зополимераз происходит при одно- и двухце- почечных разрывах цепей ДНК. Другой фер- мент — ДНК-эндонуклеаза является обяза- тельным компонентом ферментативного ком- плекса, обеспечивающего репликацию, реге- нерацию и рекомбинацию ДНК. ДНК-эндо- нуклеазы вызывают разрывы нитей ДНК рядом с местом повреждения, в результате чего дефектный участок удаляется. При репа- рируемых повреждениях ДНК активность кальций- и магнийзависимых эндонуклеаз и кальций- и магнийзависимых нуклеаз не уг- нетается, поэтому сравнительно легкие по- вреждения ДНК хроматина ядра могут восста- навливаться. Эндонуклеазы отщепляют от ДНК поврежденные участки по одному ос- нованию вплоть до их полного удаления. N-глюкозидазы удаляют неспариваемые ос- нования без разрыва сахарофосфатного кар- каса. ДНК-полимеразы осуществляют репара- тивный синтез удаленных участков из нити ДНК. ДНК-лигазы участвуют в репликации и репарации ДНК путем соединения ковалент- ного разрыва на одной цепи в двухцепочеч- ной ДНК за счет образования фосфоэфирной связи между 3-гидроксилом и 5-фосфатной группой соседних оснований в полинуклео- тид ной цепи. Эти ферменты проявляют свое действие в генетических рекомбинациях. Ука- занные механизмы репарации обеспечивают надежность синтеза ДНК-репликации за счет отбора правильных нуклеотидов матрицей, нуклеотидных пар — ДНК-полимеразой, вы- членения неправильных нуклеотидов — экзо- нуклеазой в процессе репликации, постре- пликативного расщепления вновь синтезиро- ванной нити гетеродублекса. Если в процессе репарации участков ДНК клетки временно утрачивают способность к делению, то после завершения репарационного процесса и со- хранения умеренного нарушения внутрикле- точного гомеостаза ослабляется тормозящее влияние на ядро. Это усиливает синтез белка, ведет к его накоплению в течение всего пе- риода интерфазы до достижения критической массы, способствующей активации митоти- ческого деления. Восстановление внутрикле- точного гомеостаза при митотическом деле- нии обеспечивает образование генетически 89
равноценных дочерних клеток с сохранением преемственности хромосом. Это происходит в том случае, когда организм получает с пищей оптимальное количество витаминов Е, А, С и других нутриентов, а также продуцирует в оп- тимальных пределах интерферон, тироксин и другие гормоны. Значительные изменения процессов ана- и катаболизма в организме могут не только на- рушать функциональную активность клеток, но и способность их к делению при актива- ции мутаций. При соматических мутациях могут страдать все системы, ответственные за ретроконтроль продукции специфических эн- зимов, необходимых для деления клеток. К ним относятся энзимы, участвующие в синтезе ДНК, белков и в процессах митоти- ческого деления клеток. Дефекты генетичес- кой и негенетической регуляции деятельнос- ти клеток, отражающиеся на их делении, свя- заны чаще всего с нарушениями структуры и функции хромосом. В этих случаях митоти- ческий цикл характеризуется возникновением нарушений спирилизации и деспирилизации хромосом. В профазе происходит раннее разъединение хромосом с образованием фраг- ментов, хромосомных и хроматидных мости- ков, повреждением центромеры и другими нарушениями. Первоначально поврежденные хромосомы могут распадаться на отдельные фрагменты, а затем воссоединяться с наличи- ем неспецифических одноцепочечных дефек- тов. Нарушения репликативного синтеза могут быть с нехваткой сегмента хромосомы (деления), с удвоением из-за добавления лишнего сегмента (дубликация), с перемеще- нием участка в пределах одной хромосомы или в другую негомологичную хромосому (транслокация). В этих условиях также облег- чается появление субмикроскопических изме- нений молекулярной организации хромосом (точечные генные мутации) или их структур- ных изменений (аберрации). Необратимые (нерепарируемые) поврежде- ния ДНК возникают в клетках при пороговых и сверхпороговых воздействиях физических, химических и других патогенных факторов. Это может происходить и при длительных умеренных нагрузках на клетку — хроничес- кой гипоксии, гормональной недостаточнос- ти, голодании и др. В условиях длительного дискомфорта внеклеточной среды в клетках значительно изменяются процессы ана- и ка- таболизма, развивается недостаточность антиоксидантных систем и накопление в ци- топлазме, ядре супероксида, перекиси водо- рода, свободного радикала ОН ’. При чрез- мерных нагрузках в клетках нарушается дея- тельность рибосом, эндоплазматического ре- тикулума и лизосом. Это ограничивает функ- циональную активность клеток, облегчает развитие вакуольной дегенерации, белковой дистрофии и других повреждений вплоть до нарушений необратимого характера. Наибо- лее тяжелые повреждения, часто ведущие к гибели пролиферирующих клеток, отмечают- ся при гипоксии, к которой клетки многих органов обладают очень высокой чувстви- тельностью. Действие патогенных факторов, образую- щихся в самих альтерированных клетках, распространяется на разные звенья метабо- лизма. Стойкие нарушения внутриклеточно- го гомеостаза связаны с изменениями pH, ионного состава, конфигурации и фермент- ной активности большей части белков цито- плазмы, аномальным образованием цАМФ. Это обычно сочетается со снижением актив- ности Са2+- и 1У^2+-зависимых эндонук- леаз — ферментаз, вызывающих запрограм- мированную гибель клеток — апоптоз в фи- зиологических и особенно в патологических условиях. Дефицит эндонуклеаз угнетает способность клеток к размножению и ведет к накоплению в органах патологически трансформированных клеток с устойчивыми повреждениями ДНК хроматина ядра. Число таких клеток особенно возрастает при значи- тельном увеличении образования в цито- плазме активных радикалов, вызывающих двухцепочечные разрывы ДНК, дефекты внутри- и межцепочечных сшивок ДНК, окислительные модификации ДНК. Двухце- почечные разрывы цепей ДНК перестают ре- парироваться поли(АДФ-рибозо)-полимера- зами. При фрагментации ДНК быстро расхо- дует пул ее клеточного субстрата — НАД+, что вызывает уменьшение синтеза АТФ и об- легчает гибель клетки. Развитие подобных процессов может приводить к необратимому острому или хроническому повреждению клеток, завершающемуся либо их гибелью, либо генерацией мутированного клона кле- ток. Повреждения синтеза ДНК наиболее сильно проявляются в клетках с короткой продолжительностью митотического цик- ла — в эпителиоцитах желудочно-кишечного тракта, в клетках лимфоидной ткани и др. В клетках этих структур митотический цикл легко ускоряется при кратковременной уме- ренной гипоксии, ацидозе, повышении со- держания в жидких средах организма про- воспалительных гормонов, незначительной продукции субстратов аутолиза клеток, син- тезе факторов роста, угнетении продукции кейлонов зрелыми клетками, образовании 90
индольных производных — индола, трипта- мина, гистамина, серотонина, а также про- стагландина Е2, нуклеозидов и нуклеотидов. Ускорение фаз митоза умножает ошибки при редубликации ДНК, число которых осо- бенно увеличивается под влиянием ионизиру- ющих излучений, химических канцерогенов и нарушений состава кариоплазмы. Это обу- словлено наличием мест «наименьшего со- противления» в области связей пуриновых ос- нований с сахарами в ДНК и с депуриниза- цией — критическими этапами обмена в про- цессе возникновения спонтанных и индуци- рованных генетических повреждений. Геном клетки человека содержит около 1О10 пар ос- нований. В норме при константе депуриниза- ции Ю“|Ос-1 в каждую секунду геном теряет одно основание или 105 оснований за генера- ционный цикл продолжительностью 24 ч. При повреждении клетки депуринизация зна- чительно возрастает. Поэтому эндо- и экзо- генные патогенные факторы, вызывающие длительное нарушение внутриклеточного го- меостаза, индуцируют развитие патологичес- кого митотического цикла. Он может быть обусловлен повреждением митотического ап- парата или нарушением цитотомии. Патоло- гия митотического аппарата проявляется в виде нарушений движения хромосом при ми- тозе, рассеивания хромосом в метафазе, воз- никновения асимметричного митоза. В по- врежденных клетках это чаще всего связано с угнетением активности системы АТФ— АТФаза—сократительный белок. Запаз- дывание, отсутствие или преждевремен- ное разъединение клеток при митозе являют- ся характерным признаком нарушений цито- томии. Мутации разных видов генов определяют генез врожденных заболеваний. Мутации структурных генов ведут к образованию ано- мальных пептидов в результате изменений последовательности соединения аминокис- лотных остатков. Мутации регуляторных генов изменяют функции одного и более структурных генов и соответственно продук- цию одного и более аномальных белков. Му- тации отдельных генов являются причиной развития моногенных болезней, которые в ге- нетической патологии человека насчитывают около 14 000 нозологических форм. Моноген- ные генетические болезни подразделяются на три группы. Аутосомно-доминантные болезни, при ко- торых только один из пары генов в данном локусе является мутированным (гетерозигот- ное состояние). Единичная мутированная ал- лель ведет обычно во взрослом состоянии к развитию фенотипических проявлений забо- левания. Аутосомно-рецессивные болезни характери- зуются гомозиготным состоянием. Если роди- тели имеют идентичные мутантные аллели, то у потомства возникают соответствующие фе- нотипические проявления генетической пато- логии. Сцепленные с Х-хромосомой болезни, когда мутантный аллель локализован в половых хромосомах. Фенотипические проявления генотипичес- ких нарушений могут быть связаны с различ- ными изменениями метаболизма в организме в результате генетических дефектов синтеза энзимных белков. Это является причиной 250—300 видов врожденных заболеваний че- ловека. Генетические дефекты ферментных систем цитоплазматической мембраны клеток возникают из-за аномальности структуры и функции мембранных транспортных белков, участвующих в переносе в цитозоль неболь- ших молекул — ионов, углеводов, аминокис- лот и др. В этих случаях фенотипические про- явления генетического заболевания заключа- ются в развитии отечного синдрома, воспали- тельно-дистрофических процессов в органах и тканях. Генетические дефекты рецептор- опосредованного эндоцитоза ведут к наруше- ниям утилизации клетками главным образом макромолекул — пептидных гормонов, ЛПОНП, ЛПНП и многих других макромоле- кулярных соединений. Фенотипические про- явления этой группы генетической патологии характеризуются превалированием признаков эндокринной недостаточности, накоплением макромолекулярных соединений во внекле- точном пространстве. Генетические нарушения активности от- дельных энзимов в метаболических системах вызывают обычно чрезмерное накопление соответствующих межуточных продуктов об- мена. Если в избыточной концентрации эти продукты становятся токсичными, то в фе- нотипических проявлениях заболеваний пре- обладают признаки токсикозов — фенилке- тонемия и др. В тех случаях, когда накопле- ние продуктов не оказывает токсическо- го эффекта, начинают преобладать призна- ки болезней накопления — гликогенозы и др. Генетические дефекты в системах регуля- ции, действующих по принципу обратных связей, характеризуются аномальной актив- ностью отдельных энзимов и нарушениями этих видов регуляции. Появление клеток с дефектными хромосо- мами может приводить к возникновению не 91
только хромосомных болезней, но и индук- ции начальных стадий канцерогенеза, кото- рые связаны с прогрессирующим усилением мутационного процесса и дедифференциров- кой клеток. Угнетение механизмов обратной связи способствует дерепрессии генов в мито- тическом цикле и образованию аномальных белков и ферментов. Выживание популяции клеток с дефектными хромосомами начинает определяться селекцией тех клеток, которые благодаря мутациям при митотическом деле- нии сформировали мощные системы фермен- тов, участвующих в пентозовом цикле, ана- эробном гликолизе, утилизации межуточных продуктов анаэробного гликолиза (триоз) для синтеза аминокислот с последующим включе- нием их в синтез нуклеиновых кислот. По мере прогрессирования изменений метабо- лизма в мутирующихся клетках изменяется синтез рецепторных белков цитоплазматичес- кой мембраны, компонентов гликокаликса. Это уменьшает степень контактного торможе- ния, нервно-гуморального контроля со сторо- ны организма, что еще больше предраспола- гает мутированные клетки к превращению их в малигнизированные. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ Авдонин П.В., Ткачук В.А. Рецепторы и внутрикле- точный кальций. — М.: Наука, 1994. Албертс Б., Брей Д., Льюис Д. Молекулярная био- логия клетки. — Том 5. — М.: Мир, 1987. Боценовский В.А., Барышников А.Ю. Молекулы кле- точной адгезии человека//Успехи совр. биол. — 1994. - Т. 114, № 6. - С. 741-752. Власова И.Е., Нечаева М.В., Власов В. В. Системы доставки нуклеиновых кислот в клетки млеко- питающих//Успехи совр. биол.— 1994.— Т. 114, № 6. - С. 715-726. Волянский Ю.Л., Колотова Т.Ю., Васильев Н.В. Мо- лекулярные механизмы программированной клеточной гибели//Успехи совр. биол. — 1994. - Т. 114, № 6. - С. 679-692. Глебов Р.Н. Эндоцитоз и экзоцитоз. — М., 1987. Кения М.В., Лукаш А.И., Гуськов Е.П. Роль низко- молекулярных антиоксидантов при окислитель- ном стрессе//Успехи совр. биол. — 1993. — Т. 113, № 4. - С. 456-470. Костюк П.Г, Островский М.А. (Ред.) Клеточная сигнализация. — М.: Наука, 1992. Меньшикова Е.Б., Зенков НК Антиоксиданты и ингибиторы радикальных окислительных про- цессов//Успехи совр. биол. — 1993. — Т. 113, № 4. - С. 442-455. Пальцев М.А., Иванов А.А. Межклеточные взаимо- действия. — М.: Медицина, 1995. Сергеев П.В., Шимановский Н.Л. Рецепторы физио- логически активных веществ. — М.: Медицина, 1987. Этингоф Р.Н. Молекулярные аспекты изучения ре- цепторов: некоторые новые тенденции. Успехи совр. биол. — 1991. — Т. 111, № 3. — С. 384— 399. Abberts В., Bray D., Lewis J. Molecular biology of the cell. — New York, 1994. Baker P.F., Knight D.E. Exocytosis: control by calcium and other factors//Brit. Med. Bull. — 1986. — Vol. 42, N 4. - P. 399-404. Bockaert J., Hamburger V. GTP binding proteins: a kay role in cellular communication//Biochemie. — 1987. - Vol. 69, N 4. - P. 329-338. Clayton D.A. Replication and transcription of verte- brate mitochondrial DNA//Ann. Rev. Cell Biol. — 1991. - Vol. 7. - P. 453-478. Cohen J. J., Duke R. C. Apoptosis and programmed cell death in immunity//Ann. Rev. Immunol. — 1993. - Vol. 10. - P. 267-293. Combettes L., Berthon B. Phospholipidic second mes- sengers and calcium//Biochemie. — 1987. — Vol. 69, N 4. - P. 281-286. Eisenman G., Dani J.A. An introduction to molecular architecture and permeability of ion channels// Ann. Rev. Biophys. and Biophys. Chem.— 1987.— Vol. 16. - P. 205-226. Ellis R.E., Ynan J. Mechanisms and functions of cell death//Ann. Rev. Cell Biol. — 1991. — Vol. 7. — P. 663-648. Favier A.E., Cadet J. (Eds) Analysis of free radicals in biological systems. — Boston, 1995. Frelin C, Vigne P. The regulation of the intracellular pH in cells from vertebrates//Europ J. Biochem. — 1988. - Vol. 174, N 1. - P. 3-14. Hille B. Ionic Channels of excitable membranes. — Sunderland, MA: Sinauer Assoc, inc., 1992. Huganir R., Greengard P. Regulation of receptor func- tion by protein phosphorylation//Trends Phar- macol. Sci. - 1987. - Vol. 8, N 12. - P. 472- 477. Jan L.Y., Jan Y.N. Voltage sensitive ion channels// Cell. - 1989. - Vol. 56. - P. 13-25. Johnson K.E. Histology and cell biology. — Baltimore, 1991. Kleing H., Sitte P. Zeilbiologie. — 2 Auflage. — Jena, 1986. Kolb H.A., Somogyi R. Biochemical and biophysical analysis of cell-to-cell channels and regulation of gap junctional permeability//Rev. Physiol. Phar- macol. - 1991. - Vol. 118. - P. 1-37. Lauger P. Dynamics of ion transport systems in mem- branes//Physiol. Rev. — 1987. — Vol. 67, N 4. — P. 1296-1332. Loewenstein W.R., Rose B. The cell-cell channell in the control of growth: Seminars Cell Biol. — 1992. — Vol. 3. - P. 59-79. McIntosh J.R. Hering G.E. Spindle fiber action and chromosomal movement//Ann. Rev. Cell Biol. — 1991. - Vol. 7. - P. 403-426. Mecham R.P. Laminin receptors//Ann. Rev. Cell Biol. - 1991. - Vol. 7. - P. 71-91. Mellman I., Marsh M. Control of membrane trans- port during endocytosis//Protein Transp. and Se- cretion. — Cold Spring Harbor, 1985. — P. 126— 133. 92
Nakamura T, Matsumoto К. Growth factors, cell growth, morphogenesis and transformation. — CRC Press, Boca Raton, 1994. Narahashi T Ion channels.— Vol. 1.— New York, 1988. Neer E.J. Roles of G-protein subunits in transmem- brane signalling//Nature. — 1988. — Vol. 333, N 6169. - P. 129-134. Neufeld E.F. Lysosomal storage diseases//Ann. Rev. Biochem. — 1991. — Vol. 60. — P. 128—142. Rachmann E. (Ed.) Gangliosides and modulation of neuronal functions//NATO ASI Series H: Cell Bi- ology. — Berlin, 1987. Spiegel A.M. Signal transduction by guanine nucleotide binding proteins//Mol. and Cell Endocrinol. — 1987. - Vol. 49, N 1. - P. 1-16. Tdrok T.L. Neurochemical transmission and the so- dium-pump//Progr. Neurobiol. — 1998. — Vol. 32, N 1. - P. 11-76. Wanders R.J.A., Schutgens Tabak H.F. (Eds) Functions and biogenesis of peroxisomes in relation to human disease. — Amsterdam—Oxford, 1995. Witerberger E. Biochemical events controlling initia- tion and propagation of the S-phase of the cell cycle//Rev. Physiol. Pharmac. — 1991. — Vol. 118. - P. 49-85. Yagi K, Kondo M. (Eds) Oxygen radicals. — Amster- dam, 1992. Yeh J.L., Nung J.Y. Voltage-sensitive ion channels// Cell. - 1989. - Vol. 56, N 1. - P. 13-25. Yonok K. Cytoprotection and cytobiology. — Vol. 9. — Proc. IXth Symposium on Cytoprotection. — Am- sterdam-Tokyo, 1992. Yudilevich D.L., Deves R., Peran S. (Eds) Cell mem- brane transport//Experimental approaches and methodologies. — New York, 1991.
Глава 4 ТИПОВЫЕ ПАТОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ ПРИ ОБЩИХ НАРУШЕНИЯХ ОБМЕНА ВЕЩЕСТВ 4.1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ТКАНЕВОГО ДЫХАНИЯ Дыхание представлено двумя видами — внеш- ним и тканевым (внутренним). Первый обес- печивает поглощение кислорода и удаление углекислого газа из организма, второй — газо- вый обмен между клетками и межклеточной жидкостью. В тканевом дыхании ключевую роль играет внутриклеточный перенос элек- тронов и протонов при участии НАДН и ФАДН2 к молекулярному кислороду и восста- новление его до воды в циклах обмена ве- ществ (схема 5). Реакции окисления при тканевом дыхании протекают с участием дегидрогеназ, флаво- протеидов и цитохромов. Утилизация кисло- рода в качестве концевого акцептора электро- нов почти в 20 раз повышает энергетическую эффективность обмена веществ. Так, расщеп- ление 1 моля глюкозы при анаэробном глико- лизе ведет к образованию 2 молей АТФ, в то время как при аэробном окислении — 36 мо- лей АТФ. Молекулярный кислород в биологи- ческих системах восстанавливается по схеме: О2 -------* О2“ ---------э- Н2О2 молекулярный супероксидный перекись кислород анион водорода У здорового человека для оптимального уровня тканевого дыхания требуются потреб- ление О2 в количестве 250 мл/мин, опреде- ленные параметры парциального давления и содержания газов в артериальной и венозной крови. При этом выделяется СО2 в количест- ве 200 мл/мин. Процент насыщения СО2 не- возможно вычислить из-за отсутствия харак- теристик насыщения при диссоциации СО2, поскольку добавление СО2 индуцирует воз- растание его парциального давления. Нор- мальные величины состава газов крови и тка- невого дыхания поддерживаются лишь в усло- виях адекватной альвеолярной вентиляции и кровотока в легких. Определенное значение в тканевом дыхании имеет газообмен в коже. Верхний слой кожи человека (эпидермис) по- лучает кислород не только с кровью, но и из окружающей воздушной среды. Кожное по- требление О2 зависит от величины и скорости кровотока в коже. У взрослого человека пло- щадь кожи составляет приблизительно 1,5 м2, поступление в нее О2 — 2,0—2,1 мл О2/мин, т.е. около 1 % от общего потребления кисло- рода организмом в состоянии покоя. Транскапиллярный обмен кислорода. Окси- генированная в легких и коже кровь перено- сит кислород преимущественно в составе ге- моглобина эритроцитов. Каждая молекула ге- моглобина связывает 4 молекулы кислорода. Реакция полностью обратима и протекает без переноса электронов. В капиллярах тканей из эритроцитов высвобождается молекулярный кислород, который диффундирует в плазму крови, затем транспортируется через стенку капилляров, внеклеточную жидкость и цито- плазматическую мембрану клеток в цитозоль. Скорость диффузионных ПОТОКОВ ИЗ ЦИТОЗОЛЯ в органеллы определяется наличием внутри- клеточных каналов как с высокой, так и низ- кой кислородной растворимостью, сосредото- ченных главным образом в мембранах, содер- жащих много липидов (мембраны митохонд- рий и эндоплазматической сети). В физиоло- гических условиях метаболизм в тканях и ор- ганах регулируется потребностью клеток в кислороде путем изменений перфузии тканей кровью и вариабельностью коэффициента экстракции кислорода из крови. Это достига- ется в основном саморегуляцией гетероген- ности регионарного тока крови в связи с не- однородностью длины капилляров и различи- ем скорости транспорта крови по отдельным капиллярам. В ряде органов (миокард, фаз- ные медленные мышечные волокна и др.) местные саморегуляторные механизмы снаб- жения митохондрий кислородом обладают очень высокой эффективностью. В этих орга- 94
Схема 5. Тканевое дыхание в циклах метаболизма углеводов, белков и жиров нах при переходе из состояния физиологичес- кого покоя в фазу активности уровень объема кровотока и потребления кислорода может возрастать в 20 раз. В мышцах с высоким со- держанием миоглобина высокая скорость утилизации кислорода происходит при срав- нительно низком РС>2 в эндоплазматической сети. Это указывает на высокую, зависимую от РО2 скорость поступления и интенсивную экстракцию кислорода митохондриями из саркоплазмы, особенно при стимуляции со- кращений мышечных волокон. 80—90 % проникающего в клетки из вне- клеточной среды кислорода используется в митохондриальных окислительных процессах, и лишь 10—20 % — во внемитохондриальном окислении. Митохондриальные окислительные процес- сы — основной путь аэробного метаболиз- ма — цикл Кребса, который обеспечивается постоянством содержания ферментов, участ- вующих в реакциях дыхательной цепи. В цикле окислительного фосфорилирования митохондрии клеток синтезируют более 90 % АТФ (на 1 молекулу кислорода образуется 2—3 молекулы АТФ). В качестве энергети- ческих материалов в митохондриях исполь- зуются жирные кислоты, кетоновые тела. В митохондриях специализированных парен- химатозных клеток — гепатоцитов — до- полнительно осуществляется орнитиновый цикл; именно в них синтезируется карба- милфосфат и протекают последующие реак- ции с орнитином и цитруллином. Митохонд- рии выполняют важную роль в адаптации клеток к изменениям характера энергетичес- кого снабжения и содержания О2 в окружаю- щей среде. Кроме энергетической функции, мито- хондриальные окислительные процессы вы- полняют функцию донаторов свободных ра- дикалов на основе кислорода. Митохондри- альная электронно-транспортная система в клетках является одним из мощных источни- ков активных радикалов. В здоровых клетках используется сравнительно небольшая часть этой мощности, которая обеспечивает про- дукцию адекватного количества активных ра- дикалов, необходимое для течения обменных реакций. 95
Экстрамитохондриальные окислительные процессы осуществляются в виде нефермента- тивной утилизации кислорода, например самоокисления гемоглобина с превращением в метгемоглобин, окислительных реакций, опосредованных через флавопротеиды, мик- росомального окисления — реакций, катали- зируемых оксигеназами и гидроксилазами. Последний путь характерен для метаболизма стероидных гормонов, ядов, канцерогенов, ряда лекарств и других чужеродных соедине- ний. К внемитохондриальным процессам от- носятся также пероксисомальное бета-окис- ление жирных кислот, синтез желчных кислот в гепатоцитах и др. Роль пероксисомального окисления в бета-окислении жирных кислот резко возрастает после приема жирной пищи. При врожденном дефиците синтеза перокси- сом грубо нарушается бета-окисление жир- ных кислот, развивается общая интоксика- ция, ведущая к гибели ребенка в раннем пост- натальном периоде. Транскапиллярный обмен СО2 в тканях ли- митируется объемом кровотока, составом и реологическими свойствами крови, а также эффективностью гистогематических барьеров и функциональным состоянием клеток. Уменьшение объема кровотока, особенно в сочетании с изменениями реологии крови, развитием синдрома дыхательной недостаточ- ности, может сильно влиять на характер хи- мических реакций обмена веществ, диффу- зию и конвективное смешивание газов между клетками, внеклеточной жидкостью и кро- вью. Нарушению транскапиллярного обмена газов способствует достижение критического уровня доставки кислорода (10 мл/кг мин) и угнетение окислительного фосфорилирова- ния. Эти нарушения становятся более выра- женными при доставке кислорода ниже кри- тического уровня. При патологии транскапиллярного обмена газов кинетика биохимических реакций с участием СО2 зависит от степени снижения объема кровотока, срока пребывания крови в капиллярах, концентрации гемоглобина и его способности взаимодействовать с кислоро- дом. При деоксигенации гемоглобин связыва- ет протоны и СО2 в результате аллостеричес- кого взаимодействия лигандов, что влияет на величину pH оксигенированной и деоксиге- нированной крови (эффект Голдана). В по- врежденных тканевых капиллярах при учас- тии карбоангидразы нарушается кинетика СО2 крови, управление этим ферментом об- мена СО2 в клетках за счет изменений ско- рости реакций гидратации и дегидратации. Одновременно выпадает регуляция обмена СО2 путем воздействия на скорость транс- мембранного переноса НСО3/СГ. В повреж- денных легких карбоангидраза, сосредоточен- ная в капиллярах, способна вызывать патоло- гические изменения скорости внеклеточных реакций де- и гидратации СО2 в плазме кро- ви. При этом внесосудистая карбоангидраза клеток легких может не обеспечивать бы- стрый переход НСОз/Н+ через эндотелий и тем самым нарушать ионный транспорт, осо- бенно ионов водорода и натрия. В измене- ниях активности карбоангидразы легких важ- ную роль играет выпадение регулирующего влияния на нее низкомолекулярных ингиби- торов. 4.2. ТИПОВЫЕ НАРУШЕНИЯ МЕХАНИЗМА КОМПЕНСАЦИИ НЕДОСТАТОЧНОСТИ ТКАНЕВОГО ДЫХАНИЯ У здорового человека всегда имеется лишь скрытая (физиологическая) гипоксия (насы- щение кислородом крови, оттекающей от лег- ких, происходит на 90—98 %). При этом со- храняется вне- и внутриклеточный гомеостаз, в жидких средах организма отсутствуют недо- окисленные продукты распада. Физиологи- ческая гипоксия связана с неравномерной вентиляцией легких и наличием «физиологи- ческих» ателектазов. Эта гипоксия объясняет- ся также особенностью кровоснабжения лег- ких. Бронхиальные артерии относятся к сис- теме большого круга кровообращения и вмес- те с тем они анастомозируют с капиллярами системы легочных артерий (малый круг кро- вообращения) и имеют небольшое число ар- териоло-венулярных анастомозов. При забо- леваниях дыхательных путей развиваются на- рушения тканевого дыхания, что может быть связано с недостаточностью альвеолярной вентиляции и кровообращения в легких в ре- зультате патологического шунтирования, ог- раничения диффузионных потоков газов. В органах и тканях в происхождении повреж- дений клеточного дыхания важную роль могут играть нарушения распределения объе- ма кровотока в системе микроциркуляции вследствие патологического раскрытия арте- риол о-венулярных шунтов, ослабления диф- фузии газов между кровью и клетками. У взрослого человека уменьшение потребле- ния кислорода ниже критического уровня (300 мл/мин/м2) ведет к патологическому снижению РО2 в артериальной крови, нару- шению механизмов ауторегуляции объема кровотока и экстракции кислорода, в резуль- 96
тате чего ткани и органы начинают испыты- вать гипоксию (кислородное голодание). Это вызывает включение системных и клеточных механизмов компенсации. 4.2.1. Системная и клеточная компенсация при гипоксии Дефицит кислорода возбуждает через посред- ство хеморецепторов главным образом сино- каротидной зоны ретикулярную формацию, повышает ее активирующее воздействие на жизненно важные центры ствола мозга, спин- ного мозга, коры большого мозга и включает механизмы мобилизации резервов. При на- пряженной деятельности резервных систем возможна полная компенсация дефицита кис- лорода. Дыхательный резерв используется за счет повышения активности дыхательных центров, углубления и учащения дыхания, увеличения числа функционирующих альвеол, диффузи- онной поверхности легких и минутного объе- ма дыхания. Мобилизация гемодинамического резерва обеспечивается усилением и учащением сер- дечных сокращений, редепонированием крови, выходом эритроцитов из синусов кост- ного мозга с увеличенным потенциальным резервом гликолитических ферментов и воз- растанием содержания 2,3-дифосфоглицерата в эритроцитах. Облегчается диссоциация ге- моглобина, увеличивается объем циркули- рующей крови и приток ее к правому пред- сердию, повышается тканевый кровоток, улучшается транспорт кислорода к тканям, расширяются сосуды сердца, мозга, легких, почек и других органов. Повышению тканевого резерва способству- ют активация синтеза митохондрий в органах, увеличение их мощности, возрастание, осо- бенно в жизненно важных органах, активнос- ти цитохромоксидазы, более интенсивное из- влечение кислорода тканями из крови. Уси- ливается нервнотрофический контроль гли- колиза и аэробного окисления, активируется синтез нуклеиновых кислот и белков в ответ на дефицит макроэргов в мышечных органах, возрастает содержание миоглобина в сердце, скелетных мышцах. Увеличение эритропоэтического резерва обусловлено активацией продукции эритро- поэтина, стимуляцией в костном мозге эри- тропоэза, усилением транспорта большого числа молодых эритроцитов, обладающих по- вышенной гликолитической активностью, в сосудистую систему, развитием умеренной полицитемии, увеличением кислородной ем- кости крови. Начальная стадия декомпенсации при ги- поксии развивается на фоне мобилизации всех резервных систем, но снижения оксигениро- вания крови ниже 96 %. Исходы начальной стадии декомпенсации определяются в основ- ном продолжительностью и интенсивностью нарушения дыхания клеток. Сравнительно не- большое и кратковременное снижение клеточ- ного дыхания обычно приводит к умеренному непродолжительному снижению РО2 ниже критической концентрации О2 в клетке. Если она уменьшается всего на 30 %, то напряже- ние внутриклеточного О2 повышается с 3,8 до 34,1 мм рт.ст. При повышении РОг увеличива- ется эффективность окислительно-восстано- вительных систем за счет возрастания степени сопряжения окисления и фосфорилирования (усиление активности цитохромоксидазы, де- гидраз, АТФазы и др.). Одновременно активи- зируется анаэробный синтез АТФ. На этом фоне возрастает синтез нуклеиновых кислот и белков, что со временем может привести к уве- личению количества митохондрий в клетке. Наряду с этим происходит разобщение клеточ- ного метаболизма с функцией мембран, что повышает проницаемость последних. Автома- тически включается защитный механизм в ви- де заметного снижения плотности ионоселек- тивных каналов для К+, Na+ при сохранении функции Na+/K+-Hacoca. Это предотвращает дальнейшее повышение проницаемости мем- бран, снижает их чувствительность к действию регулирующих систем организма и длительно поддерживает обратимый характер обменных и функциональных нарушений на фоне напря- женной деятельности механизмов компенса- ции гипоксии. На этой стадии отмечается уме- ренное накопление лактата и других недоокис- ленных продуктов, развитие легкой недоста- точности обновления макроэргов (АТФ и др.). В тканях с низкой гликолитической активнос- тью возникает обратный эффект Пастера — активация гликолиза при недостаточности ды- хания, в тканях с высокой гликолитической активностью — эффект Крэбтри — ингибиро- вание окислительного фосфорилирования при активации гликолиза. Напряженная актив- ность механизмов компенсации кислородного голодания ведет к возникновению дефицита окисленной формы НАД за счет недостаточ- ности активности ферментной системы, ката- лизирующей окисление НАДН янтарным полуальдегидом и превращающей ее в НАД. Такие нарушения ведут к угнетению утилиза- ции кислорода в клетках в основном в двух уз- ловых звеньях. 97
Разобщение окислительного фосфорилиро- вания с дыханием появляется при воздействии на клетку слабых кислот, содержащих ОН-, NH2- и SH-группы. Слабые кислоты и другие разобщающие субстраты связываются в об- ласти фосфолипидного слоя с мембранными белками, в том числе с компонентами АТФ- синтетазного комплекса. Это ведет к угнете- нию активности ферментных систем окисли- тельного фосфорилирования или к проявле- нию тормозных эффектов фосфорилирования АДФ, диссоциации электрохимического по- тенциала Н+. При перенесении Н+ через мем- брану отсутствует энергетическое сопряжение между транспортом электронов и фосфорили- рованием АДФ в митохондриях. Нарушение передачи электронов от гемино- вых ферментов на кислород возникает при инактивации железосодержащего геминового фермента цитохромоксидазы и нарушения его основной функции — превращения закисной формы железа в окисную, что угнетает утили- зацию кислорода в клетке. При развитии ги- поксемии еще до стадии существенных нару- шений энергетического метаболизма в клет- ках периферических органов и тканей, в ней- ронах ЦНС и периферической нервной систе- мы угнетается синтез различных нейромедиа- торов (К.ТА, ацетилхолина, серотонина, ГАМК) из аминокислот-предшественников. Это служит причиной ослабления нейротро- фических влияний на клетки-эффекторы уже в ранний период развития кислородного го- лодания. Недостаточность утилизации кисло- рода и нервнотрофических влияний на клет- ки-эффекторы ведут к торможению аэробно- го гликолиза в митохондриях, прогрессирую- щему дефициту синтеза макроэргов, угнете- нию активности ионных насосов. В этих ус- ловиях клетки начинают высвобождать меди- аторы клеточных экстремальных состояний — производные фосфоинозитидов: диацилгли- церида и инозитол-1,4,5-трифосфата. При этом возникает кратковременная мощная ак- тивация клеточных реакций с мобилизацией и выходом Са2+ из клеток в связи с быстрым расщеплением медиаторов клеточных экстре- мальных состояний до физиологически неак- тивных соединений. Одновременно происхо- дит оксигенирование арахидоновой кислоты и усиление образования эйкозоноидов — про- стагландинов, тромбоксана и лейкотриенов, патогенное влияние которых на межклеточ- ные контакты ослабляет обменные и функци- ональные взаимосвязи клеток. При острой блокаде обменных реакций, связанных с дея- тельностью ионных насосов в клетке, кисло- родная недостаточность уже через несколько минут приводит к развитию необратимых по- вреждений жизненно важных органов — ЦНС, печени, почек и др. Умеренная кисло- родная недостаточность вызывает нарушения функции тканей и органов, обусловленные преимущественно дефицитом синтеза макро- эргов — в клетках угнетаются синтетические процессы — образование белков, нуклеотидов и других метаболитов, ослабляется секретор- ная активность, сократительная способность скелетной мускулатуры. В таких условиях возможно прекращение деятельности ряда нежизненно важных органов даже на не- сколько часов без угрозы для жизни. Продолжительная выраженная кислород- ная недостаточность расстраивает механизмы саморегуляции кровотока и вызывает значи- тельное хроническое повышение внутрикле- точного РО2, превышающее критический по- рог. Это истощает и снижает активность ан- тиоксидантных систем клеток, способствует усиленному образованию прооксидантов и развитию стадии декомпенсированной гипок- сии. Стадия декомпенсации характеризуется значительной (менее 90 %) недостаточностью оксигенации крови, резким торможением синтеза АТФ в клетках. В этих условиях уси- ливается деградация АТФ, что ведет к повы- шенному образованию аденозина, инозина и гипоксантина и массивной продукции актив- ных радикалов. Образование активных ради- калов происходит на фоне содержания в кро- ви высокой концентрации недоокисленных продуктов распада, повышения величины ко- эффициента лактат/пируват, развития выра- женного вне- и внутриклеточного ацидоза. Это вызывает ослабление метаболизирования Н+ из-за нарушения бета-окисления жирных кислот, пентозофосфатного цикла и цикла Кребса, а также угнетение функции последо- вательной цепи обратимых окислительно- восстановительных реакций с участием глута- тиона, аскорбината и токоферола. Это связа- но с ингибированием активности ключевых звеньев антирадикальной защиты клеток — супероксиддисмутазы (гашение радикалов СОД, токоферола (гашение синглетного кис- лорода О2), глутатионпероксидазы, НАДФН — НАДН-зависимых пероксидаз и каталаз (на- рушение формирования цепи реакций элими- нации перекисей). При гипоксии концентра- ция свободных радикалов в тканях и органах возрастает также за счет «дыхательного взры- ва» при возбуждении сегментоядерных лей- коцитов, локализованных в системе циркуля- ции и в интерстиции. «Дыхательный взрыв» в лейкоцитах происходит при активации НАДФН-оксидазы и трансмембранной элек- 98
Схема 6. Образование активных радикалов на основе кислорода полинуклеарами (по Augustin А.О., 1992) Фагоциты Протеазы Ф <—СЗа <------------плазмин <—липиды плазмы крови + Ог •«-липидные пероксиды, НЕТЕ, НРЕТЕ, ТВ «—арахидоновая кислота V ---Возбужденный фагоцит, «дыхательный взрыв» 4Ог + 4НАДФН-------*40г + 4НАДФ + 4Н+ — оксидаза Н2О2 + Ог Н2О2 + е2+---------OH’ + OH/ T Fe3+ Ог + Fe3+ ^Ог + Fe2+ Н2О2 + СГ ---------* HOCI + ОН’ ---*2НгО2 + 20г---------* 30г + 2Н2О тронно-транспортной цепи. В биохимических реакциях НАДФН используется как донатор электронов, а кислород — как их акцептор (схема 6). При кислородном голодании накопление свободных радикалов в органах и тканях вызывает множественные повреждения (схе- ма 7). Из схемы видно, что свободные радикалы вызывают пероксидацию липидов микросо- мальных мембран, что ведет к образованию пероксидов эндогенных остатков полинена- сыщенных кислот, входящих в состав фосфо- липидов. Липидные гидроперекиси могут ин- дуцировать липидную пероксидацию при участии цитохром-Р-450-зависимого механиз- ма, что ведет к дополнительному образова- нию липидных гидроперекисей. Продукты Схема 7. Роль свободных радикалов в по- вреждении макромолекул в клетке 02 перекисного окисления липидов повреждают мембраны, нарушают активность мембрано- связанных ферментов, ведут к дефициту ци- тохрома Р-450 — группы микросомальных и митохондриальных гемопротеидов, выполня- ющих роль мембраносвязанной электронно- транспортной цепочки, катализирующей окисление многих эндо- и экзогенных хими- ческих продуктов. Активация перекисных процессов приводит к повреждению белковых молекул, встроенных в мембранные структу- ры. Активные радикалы повреждают липо- протеины (мембранные и др.), инактивируют ферменты, угнетают процессы пролиферации, накапливают в клетках инертные полимеры (продукты «сшивки» и полимеризации). Характерно развитие дистрофических про- цессов в клетках и появление типовых орган- ных и системных повреждений. В ЦНС нарушается возбудимость нейро- нов, набухают митохондрии, угнетаются син- тетические процессы, ослабевает или прекра- щается аксонный транспорт, усиливается пентозофосфатный цикл, снижается актив- ность дыхательных ферментов (цитохромок- сидаза и др.), тормозится образование амино- кислот КТА, ГАМК, ацетилхолина и нейро- медиаторов из глюкозного источника, значи- тельно инактивизируется МАО. Сердечно-сосудистая система реагирует резко выраженной брадикардией, замедлени- ем распространения, а затем блокадой рас- пространения возбуждения в атриовентрику- лярном узле, ослаблением сократительной способности миокарда, особенно левого же- лудочка, увеличением среднего давления в левом предсердии. Наблюдаются спазм резис- тивных сосудов, шунтирование кровотока, первоначальное развитие тяжелой гипоксии скелетной мускулатуры, ЖКТ, печени, пато- логическое депонирование крови, гипово- лемия. Внешнее дыхание проявляется гипервенти- ляцией (тахипноэ) на фоне гипоксемии, затем развитием дыхательной недостаточности, ко- торая обычно приводит к терминальной ги- поксии. Терминальная гипоксия развивается на фоне значительного нарушения оксигена- ции крови, возникающего в результате недо- статочности газового обмена в альвеолах (шунтирование кровотока при шоке, ателек- тазы при пневмонии и др.). Снижение кисло- родной емкости крови ведет к угнетению аэробных процессов, к торможению продук- ции макроэргов и значительной активации продукции лактата. Дезорганизация обмен- ных процессов на стадии терминальной ги- поксии угнетает функцию антиоксидантных 99
систем клеток, резко повышает свободнора- дикальные процессы окисления липидов. Возникающие нарушения метаболизма длин- ных цепей ацетил-КоА ведут к повреждению и увеличению проницаемости всех мембран клеток, что является причиной невосполни- мой утраты клетками К , ферментов и накоп- ления внутри клеток Na+, Са2+. Подобные на- рушения сопровождаются развитием не толь- ко клеточного отека, но и активацией эндо- генной фосфолипазы А2, интенсивно расщеп- ляющей фосфолипиды клеточных мембран и тем самым потенцирующей обменные нару- шения вплоть до появления необратимых по- вреждений с угнетением ионного транспорта, распадом митохондрий, активацией аутолиза и др. Эти процессы лежат в основе развития тяжелых органных повреждений и системных повреждений организма, часто не совмести- мых с жизнью. 4.2.2. Виды гипоксии Гипоксия нагрузки возникает при напряжен- ной мышечной активности (тяжелая физичес- кая работа, судороги и др.). Она характеризу- ется значительным усилением утилизации кислорода скелетной мускулатурой, развити- ем выраженной венозной гипоксемии и ги- перкапнии, накоплением недоокисленных продуктов распада, развитием умеренного ме- таболического ацидоза. При включении меха- низмов мобилизации резервов наступает пол- ная или частичная нормализация кислород- ного баланса в организме за счет продукции вазодилататоров, расширения сосудов, увели- чения объема кровотока, уменьшения размера межкапиллярных пространств и срока про- хождения крови в капиллярах. Это приводит к уменьшению гетерогенности кровотока и выравниванию его в работающих органах и тканях. Острая нормобарическая гипоксическая ги- поксия развивается при уменьшении дыха- тельной поверхности легких (пневмоторакс, удаление части легкого), «коротком замыка- нии» (заполнение альвеол экссудатом, транс- судатом, ухудшение условий диффузии), при снижении парциального напряжения кисло- рода во вдыхаемом воздухе до 45 мм рт.ст. и ниже, при чрезмерном открытии артериоло- венулярных анастомозов (гипертензия малого круга кровообращения). Вначале развивается умеренный дисбаланс между доставкой кис- лорода и потребностью тканей в нем (сниже- ние РО2 артериальной крови до 19 мм рт.ст.). Включаются нейроэндокринные механизмы мобилизации резервов. Снижение РО2 в крови вызывает тотальное возбуждение хемо- рецепторов, через посредство которых стиму- лируются ретикулярная формация, симпати- ко-адреналовая система, в крови увеличива- ется содержание катехоламинов (в 20—50 раз) и инсулина. Возрастание симпатических вли- яний ведет к увеличению ОЦК, повышению насосной функции сердца, скорости и объема кровотока, артериовенозной разницы по кис- лороду на фоне вазоконстрикции и гипертен- зии, углубления и учащения дыхания. Интен- сификация утилизации в тканях норадренали- на, адреналина, инсулина, вазопрессина и других биологически активных веществ, уси- ленное образование медиаторов клеточных экстремальных состояний (диацилглицерид, инозитол-трифосфат, простагландин, тром- боксан, лейкотриен и др.) способствуют до- полнительной активации обмена веществ в клетках, что ведет к изменению концентра- ции субстратов обмена и коферментов, увели- чению активности окислительно-восстанови- тельных ферментов (альдолаза, пируваткина- за, сукциндегидрогеназа) и снижению актив- ности гексокиназы. Возникающая недоста- точность энергетического обеспечения за счет глюкозы замещается усилением липолиза, возрастанием концентрации жирных кислот в крови. Высокая концентрация жирных кис- лот, ингибируя усвоение клетками глюкозы, обеспечивает высокий уровень глюконеогене- за, развитие гипергликемии. Одновременно активируются гликолитическое расщепление углеводов, пентозный цикл, катаболизм бел- ков с высвобождением глюкогенных амино- кислот. Однако чрезмерная утилизация АТФ в обменных процессах не восполняется. Это сочетается с накоплением в клетках АДФ, АМФ и других адениловых соединений, что ведет к недостаточной утилизации лактата, кетоновых тел, образующихся при активации расщепления жирных кислот в клетках пече- ни, миокарда. Накопление кетоновых тел способствует возникновению вне- и внутри- клеточного ацидоза, дефициту окисленной формы НАД, угнетению активности Na+—К+- зависимой АТФазы, нарушению деятельности Na+/K+-Hacoca и развитию отека клеток. Со- вокупность дефицита макроэргов, вне- и внутриклеточного ацидоза ведет к нарушению деятельности органов, обладающих высокой чувствительностью к дефициту кислорода (ЦНС, печень, почки, сердце и др.). Ослабление сокращений сердца снижает величину ударного и минутного объема, по- вышает венозное давление и сосудистую про- ницаемость, особенно в сосудах малого круга 100
кровообращения. Это ведет к развитию ин- терстициального отека и расстройствам мик- роциркуляции, уменьшению жизненной ем- кости легких, что еще более усугубляет нару- шения деятельности ЦНС и благоприятствует переходу стадии компенсации в стадию де- компенсированной гипоксии. Стадия деком- пенсации развивается при резко выраженном дисбалансе между доставкой кислорода и по- требностью тканей в нем (снижение РО2 арте- риальной крови до 12 мм рт.ст. и ниже). В этих условиях отмечается не только недо- статочность нейроэндокринных механизмов мобилизации, но и почти полное исчерпыва- ние резервов. Так, в крови и тканях устанав- ливается стойкий дефицит КТА, глюкокорти- коидов, вазопрессина и других биологически активных веществ, что ослабляет влияние ре- гулирующих систем на органы и ткани и об- легчает прогрессирующее развитие рас- стройств микроциркуляции, особенно в ма- лом круге кровообращения с микроэмболией легочных сосудов. В то же время снижение чувствительности гладких мышц сосудов к симпатическим воздействиям ведет к угнете- нию сосудистых рефлексов, патологическому депонированию крови в системе микроцирку- ляции, чрезмерному раскрытию артериоло- венулярных анастомозов, централизации кро- вообращения, потенцированию гипоксемии, дыхательной и сердечной недостаточности. В основе указанной выше патологии лежит углубление нарушений окислительно-восста- новительных процессов — развитие недостат- ка никотинамидных коферментов, преоблада- ние их восстановленных форм, угнетение процессов гликолиза и генерации энергии. В тканях почти полностью отсутствует преоб- разованная АТФ, снижается активность су- пероксиддисмутазы и других ферментных компонентов антиоксидантной системы, рез- ко активируется свободнорадикальное окис- ление, возрастает образование активных ра- дикалов. В этих условиях происходит массив- ное образование токсичных перекисных со- единений и ишемического токсина белковой природы. Развиваются тяжелые повреждения митохондрий в связи с нарушением метабо- лизма длинных цепей ацетил-КоА, тормозит- ся транслокация адениннуклеотидов, увели- чивается проницаемость внутренних мембран для Са2+. Активация эндогенных фосфолипаз ведет к усилению расщепления фосфолипи- дов мембран, происходит повреждение рибо- сом, подавление синтеза белков и ферментов, активация лизосомальных ферментов, разви- тие аутолитических процессов, дезорганиза- ция молекулярной гетерогенности цитоплаз- мы, перераспределение электролитов. Подав- ляется активный энергозависимый транспорт ионов через мембраны, что ведет к необрати- мой потере внутриклеточного К+, ферментов и к гибели клеток. Хроническая нормобарическая гипоксичес- кая гипоксия развивается при постепенном уменьшении дыхательной поверхности легких (пневмосклероз, эмфизема), ухудшении усло- вий диффузии (умеренный длительный дефи- цит содержания О2 во вдыхаемом воздухе), недостаточности сердечно-сосудистой систе- мы. В начале развития хронической гипоксии обычно поддерживается легкий дисбаланс между доставкой кислорода и потребностью тканей в нем за счет включения нейроэндо- кринных механизмов мобилизации резервов. Небольшое снижение РО2 в крови ведет к умеренному повышению активности хеморе- цепторов симпатико-адреналовой системы. Концентрация катехоламинов в жидких сре- дах и тканях сохраняется близкой к норме за счет более экономного их расходования в об- менных процессах. Это сочетается с неболь- шим увеличением скорости кровотока в маги- стральных и резистивных сосудах, замедлени- ем ее в нутритивных сосудах в результате воз- растания капилляризации тканей и органов. Происходит увеличение отдачи и извлечения кислорода из крови. На этом фоне отмечают- ся умеренная стимуляция генетического ап- парата клеток, активация синтеза нуклеино- вых кислот и белков, увеличение биогенеза митохондрий и других клеточных структур, гипертрофия клеток. Увеличение концентра- ции дыхательных ферментов на кристах мито- хондрий усиливает способность клеток утили- зировать кислород при понижении его кон- центрации во внеклеточной среде в результа- те повышения активности цитохромоксидаз, дегидраз цикла Кребса, увеличения степени сопряжения окисления и фосфорилирования. Достаточно высокий уровень синтеза АТФ поддерживается также за счет анаэробного гликолиза одновременно с активацией окис- ления, других энергетических субстратов — жирных кислот, пирувата и лактата и стиму- ляцией глюконеогенеза главным образом в печени и скелетной мускулатуре. В условиях умеренной тканевой гипоксии усиливается продукция эритропоэтина, стимулируются размножение и дифференцировка клеток эритроидного ряда, укорачиваются сроки со- зревания эритроцитов с повышенной глико- литической способностью, увеличивается вы- брос эритроцитов в кровоток, возникает по- лицитемия с возрастанием кислородной ем- кости крови. 101
Усугубление дисбаланса между доставкой и потреблением кислорода в тканях и органах в более поздний период индуцирует развитие недостаточности нейроэндокринных меха- низмов мобилизации резервов. Это связано со снижением возбудимости хеморецепторов, главным образом синокаротидной зоны, адаптацией их к пониженному содержанию кислорода в крови, угнетением активности симпатико-адреналовой системы, снижением концентраций КТА в жидких средах и тканях, развитием внутриклеточного дефицита КТА и содержания их в митохондриях, угнетением активности окислительно-восстановительных ферментов. В органах с высокой чувствитель- ностью к недостатку О2 это ведет к развитию повреждений в виде дистрофических наруше- ний с характерными изменениями ядерно-ци- топлазматических отношений, угнетением продукции белков и ферментов, вакуолиза- цией и другими изменениями. Активация в этих органах пролиферации соединительно- тканных элементов и замещение ими погиб- ших паренхиматозных клеток ведет, как пра- вило, к развитию склеротических процессов из-за разрастания соединительной ткани. Острая гипобарическая гипоксическая ги- поксия возникает при быстром перепаде ат- мосферного давления — разгерметизации ка- бины самолета при высотных полетах, вос- хождении на высокие горы без проведения искусственной адаптации и др. Интенсив- ность патогенного действия гипоксии на ор- ганизм находится в прямой зависимости от степени снижения атмосферного давления. Умеренное снижение атмосферного давле- ния (до 460 мм рт.ст., высота около 4 км над уровнем моря) снижает РО2 в артериальной крови до 50 мм рт.ст. и оксигенацию гемогло- бина до 90 %. Возникает временный дефицит кислородного снабжения тканей, который ликвидируется в результате возбуждения ЦНС и включения нейроэндокринных меха- низмов мобилизации резервов — дыхательно- го, гемодинамического, тканевого, эритропо- этического, осуществляющих полноценную компенсацию потребности тканей в кисло- роде. Значительное уменьшение атмосферного давления (до 300 мм рт.ст., высота 6—7 км над уровнем моря) ведет к снижению РО2 в артериальной крови до 40 мм рт.ст. и ниже и оксигенации гемоглобина менее 90 %. Разви- тие выраженного дефицита кислорода в орга- низме сопровождается сильным возбуждени- ем ЦНС, чрезмерной активацией нейроэндо- кринных механизмов мобилизации резервов, массивным выбросом кортикостероидных гормонов с преобладанием минералокортико- идного эффекта. Однако в процессе включе- ния резервов создаются «порочные» круги в виде усиления и учащения дыхания, возраста- ния потери СО2 с выдыхаемым воздухом при резко пониженном атмосферном давлении. Развиваются гипокапния, алкалоз и прогрес- сирующее ослабление внешнего дыхания. Связанное с дефицитом кислорода угнетение окислительно-восстановительных процессов и продукции макроэргов замещается усилени- ем анаэробного гликолиза, в результате кото- рого развивается внутриклеточный ацидоз на фоне внеклеточного алкалоза. В этих услови- ях возникают прогрессирующее снижение то- нуса гладкой мускулатуры сосудов, гипото- ния, увеличивается проницаемость сосудов, уменьшается общее периферическое сопро- тивление. Это вызывает задержку жидкости, периферический отек, олигурию, расширение сосудов мозга, усиление кровотока и развития отека мозга, которые сопровождаются голов- ной болью, дискоординацией движений, бес- сонницей, тошнотой, а на стадии тяжелой де- компенсации — потерей сознания. Синдром высотной декомпрессии возникает при дегерметизации кабин летательных аппа- ратов при полетах, когда атмосферное давле- ние составляет 50 мм рт.ст. и менее при высо- те 20 км и более над уровнем моря. Дегерме- тизация ведет к быстрой утрате газов организ- мом и уже при достижении их напряжения 50 мм рт.ст. возникает закипание жидких сред, так как при таком низком парциаль- ном давлении точка кипения воды составляет 37 °C. Через 1,5—3 мин после начала кипения развивается генерализованная воздушная эм- болия сосудов и блокада кровотока. Спустя несколько секунд после этого появляется аноксия, которая прежде всего нарушает функцию ЦНС, так как в ее нейронах в тече- ние 2,5—3 мин наступает аноксическая депо- ляризация с массивным выходом К+ и диффу- зией СГ внутрь через цитоплазматическую мембрану. По истечении критического для аноксии нервной системы срока (5 мин) ней- роны необратимо повреждаются и погибают. Хроническая гипобарическая гипоксическая гипоксия развивается у лиц, длительно пребы- вающих на высокогорье. Она характеризуется длительной активацией нейроэндокринных механизмов мобилизации резервов использо- вания кислорода в организме. Однако и в этом случае возникают дискоординация фи- зиологических процессов и связанные с нею порочные круги. Гиперпродукция эритропоэтина ведет к развитию полицитемии и изменениям реоло- 102
гических свойств крови, в том числе вязкос- ти. В свою очередь увеличение вязкости по- вышает общее периферическое сопротивле- ние сосудов, при котором возрастает нагрузка на сердце и развивается гипертрофия миокар- да. Постепенное усиление потери СО2 с вы- дыхаемым воздухом сопровождается возраста- нием ее отрицательного влияния на тонус гладкомышечных клеток сосудов, что способ- ствует замедлению кровотока в малом круге кровообращения и повышению РСО2 в арте- риальной крови. Замедленный процесс изме- нений содержания СО2 во внеклеточной среде обычно слабо влияет на возбудимость хеморецепторов и не индуцирует их адаптаци- онной перестройки. Это ослабляет эффектив- ность рефлекторной регуляции газового со- става крови и завершается возникновением гиповентиляции. Повышение РСО2 артери- альной крови ведет к возрастанию проницае- мости сосудов и ускорению транспорта жид- кости в интерстициальное пространство. Воз- никающая при этом гиповолемия рефлектор- но стимулирует продукцию гормонов, блоки- рующих выделение воды. Накопление ее в ор- ганизме создает отечность тканей, нарушает кровоснабжение ЦНС, что проявляется в виде неврологических расстройств. При раз- ряжении воздуха повышенная потеря влаги с поверхности слизистых оболочек часто при- водит к развитию катара верхних дыхательных путей. Цитотоксическую гипоксию вызывают ци- тотоксические яды, обладающие тропностью к ферментам аэробного окисления в клетках. При этом ионы цианидов связываются с ио- нами железа в составе цитохромоксидазы, что ведет к генерализованной блокаде дыхания клетки. Этот вид гипоксии может вызывать аллергическая альтерация клеток немедлен- ного типа (реакции цитолиза). Для цитоток- сической гипоксии характерна инактивация ферментных систем, катализирующих про- цессы биоокисления в клетках тканей при выключении функции цитохромоксидазы, прекращении переноса О2 от гемоглобина к тканям, резком снижении внутриклеточного редокс-потенциала, блокаде окислительного фосфорилирования, снижении активности АТФазы, усилении глико-, липо-, протеоли- тических процессов в клетке. Результатом таких повреждений является развитие нару- шений Na+/K+-насоса, угнетение возбуди- мости нервных, миокардиальных и других типов клеток. При быстром возникновении дефицита потребления О2 в тканях (более 50 %) снижается артериовенозная разница по кислороду, увеличивается отношение лак- 1ат/пируват, резко возбуждаются хеморецеп- торы, что чрезмерно увеличивает легочную вентиляцию, снижает РСО2 артериальной крови до 20 мм рт.ст., повышает pH крови и спинномозговой жидкости и вызывает ги- бель на фоне выраженного дыхательного ал- калоза. Гемическая гипоксия возникает при умень- шении кислородной емкости крови. Каждые 100 мл полностью оксигенированной крови здоровых мужчин и женщин, содержащей ге- моглобин в количестве 150 г/л, связывают 20 мл О2. При снижении содержания гемогло- бина до 100 г/л 100 мл крови связывают 14 мл О2, а при уровне гемоглобина 50 г/л происхо- дит связывание лишь 8 мл О2. Дефицит кис- лородной емкости крови за счет количествен- ной недостаточности гемоглобина развивает- ся при постгеморрагической, железодефицит- ной и других видах анемий. Другой причиной гемической гипоксии является карбонмоно- оксидемия, которая легко возникает при на- личии значительного количества СО во вды- хаемом воздухе. Сродство СО к гемоглобину в 250 раз превышает сродство О2. Поэтому СО быстрее, чем О2 взаимодействует с гемопроте- инами — гемоглобином, миоглобином, ци- тохромоксидазой, цитохромом Р-450, катала- зой и пероксидазой. Функциональные прояв- ления при отравлении СО зависят от количе- ства карбоксигемоглобина в крови. При 20— 40 % насыщении крови СО возникает сильная головная боль; при 40—50 % нарушаются зре- ние, слух, сознание; при 50—60 % развивается кома, кардиореспираторная недостаточность, смерть. Разновидностью гемической гипоксии яв- ляется анемическая гипоксия, при которой РО2 артериальной крови может быть в преде- лах нормы, в то время как содержание кисло- рода снижено. Уменьшение кислородной ем- кости крови, нарушение доставки кислорода тканям включает нейроэндокринные меха- низмы мобилизации резервов, направленных на компенсацию потребностей тканей в кис- лороде. Это происходит в основном за счет изменений параметров гемодинамики — уменьшения ОПС, прямо зависящего от вяз- кости крови, увеличения сердечного выброса и дыхательного объема. При недостаточности компенсации развиваются дистрофические процессы, главным образом в паренхиматоз- ных клетках (разрастание соединительной ткани, склероз внутренних органов — печени и др.). Местная циркуляторная гипоксия возника- ет при наложении на конечность кровооста- навливающего жгута (турникета), синдрома 103
длительного раздавливания тканей, репланта- ции органов, особенно печени, при острой кишечной непроходимости, эмболиях, тром- бозе артерий, инфаркте миокарда. Кратковременная блокада циркуляции кро- ви (турникет до 2 ч) ведет к резкому увеличе- нию артериовенозной разницы в результате более полноценного извлечения тканями из крови кислорода, глюкозы и других питатель- ных продуктов. Одновременно активируется гликогенолиз и в тканях поддерживается близкая к норме концентрация АТФ на фоне снижения содержания других макроэргов — фосфокреатина, фосфоэнолпирувата и др. Умеренно увеличивается концентрация глю- козы, глюкозо-6-фосфата, молочной кисло- ты, возрастает осмотичность интерстициаль- ной жидкости без развития существенных на- рушений клеточного транспорта одно- и двух- валентных ионов. Нормализация тканевого обмена после восстановления кровотока на- ступает в течение 5—30 мин. Длительная блокада циркуляции крови (турникет более 3—6 ч) вызывает глубокую недостаточность РО2 в жидких средах, почти полное исчезновение запасов гликогена, чрезмерное накопление продуктов распада и воды в тканях. Это происходит в результате угнетения активности в клетках ферментных систем аэробного и анаэробного обмена, торможения синтетических процессов, резко выраженной недостаточности АТФ, АДФ и избытка АМФ в тканях, активации в них протеолитических, липолитических процес- сов. При нарушениях метаболизма ослабля- ется антиоксидантная защита и усиливается свободнорадикальное окисление, что ведет к повышению ионной проницаемости мем- бран. Накопление в цитозоле Na+ и особен- но Са2+ активирует эндогенные фосфолипа- зы. В этом случае расщепление мембран фосфолипидов ведет к появлению в зоне на- рушения циркуляции большого количества нежизнеспособных клеток с признаками ост- рого повреждения, из которых во внеклеточ- ную среду высвобождается избыточное коли- чество токсичных продуктов перекисного окисления липидов, ишемических токсинов белковой природы, недоокисленных продук- тов, лизосомальных ферментов, биологичес- ки активных веществ (гистамина, кининов) и воды. В этой зоне происходит также глубо- кая деструкция сосудов, особенно микроцир- куляторного русла. Если на фоне таких тка- невых и сосудистых повреждений возобнов- ляется кровоток, то он осуществляется глав- ным образом по раскрытым артериоловену- лярным анастомозам. Из ишемизированных тканей в кровь резорбируется большое коли- чество токсичных продуктов, провоцирую- щих развитие общей циркуляторной гипо- ксии. В самой зоне циркуляторной гипоксии после восстановления кровотока индуциру- ются постишемические нарушения. В ран- нем периоде реперфузии происходит набуха- ние эндотелия, так как доставленный с кро- вью О2 является исходным продуктом для образования свободных радикалов, потенци- рующих разрушение мембран клеток путем перекисного окисления липидов. В клетках и межклеточном веществе нарушается транс- порт электролитов, изменяется осмоляр- ность. Поэтому в капиллярах увеличивается вязкость крови, происходит агрегация эрит- роцитов, лейкоцитов, уменьшается осмоти- ческое давление плазмы. В совокупности эти процессы могут приводить к некрозу (репер- фузионные некрозы). Острая общая циркуляторная гипоксия ти- пична для шока — турникетного, травмати- ческого, ожогового, септического, гиповоле- мического; для тяжелых интоксикаций. Этот вид гипоксии характеризуется комбинацией недостаточности оксигенации органов и тка- ней, уменьшения количества циркулирующей крови, неадекватностью сосудистого тонуса и сердечного выброса в условиях чрезмерного усиления секреции КТА, АКТГ, глюкокорти- коидов, ренина и других вазоактивных про- дуктов. Спазм резистивных сосудов вызывает резкое увеличение потребности тканей в кис- лороде, развитие дефицита оксигенации крови в системе микроциркуляции, увеличе- ние капилляризации тканей и замедление кровотока. Возникновению застоя крови и повышению проницаемости сосудов в систе- ме микроциркуляции способствует адгезия активированных микро- и макрофагов на эн- дотелии капилляров и посткапиллярных венул за счет экспрессии на цитолемме адге- зионных гликопротеидов и образования псев- доподий. Неэффективность микроциркуля- ции усугубляется из-за раскрытия артериоло- венулярных анастомозов, снижения ОЦК, уг- нетения деятельности сердца. Исчерпывание резервов кислородного обеспечения клеток органов и тканей ведет к нарушению функций митохондрий, увеличе- нию проницаемости внутренних мембран для Са2+ и других ионов, а также к повреждению ключевых ферментов аэробных обменных процессов. Угнетение окислительно-восста- новительных реакций резко усиливает анаэ- робный гликолиз и способствует возникнове- нию внутриклеточного ацидоза. В то же вре- мя повреждение цитоплазматической мембра- 104
ны, повышение в цитозоле концентрации Са , активация эндогенных фосфолипаз ведут к расщеплению фосфолипидных компо- нентов мембран. Активация свободноради- кальных процессов в альтерированных клет- ках, избыточное накопление продуктов пере- кисного окисления липидов вызывают гидро- лиз фосфолипидов с образованием моноацил- глицерофосфатов и свободных полиеновых жирных кислот. Их аутоокисление обеспечи- вает включение окисленных полиеновых жир- ных кислот в сетку метаболических превра- щений через пероксидазные реакции. В ре- зультате достигается высокая степень вне- и внутриклеточного ацидоза, что ингибирует активность ферментов анаэробного гликоли- за. Эти нарушения сочетаются с почти пол- ным отсутствием синтеза в тканях АТФ и дру- гих видов макроэргов. Ингибирование мета- болизма в клетках при ишемии паренхиматоз- ных органов вызывает тяжелые повреждения не только паренхиматозных элементов, но и эндотелия капилляров в виде отека цитоплаз- мы, втягивания мембраны эндотелиоцитов в просвет сосуда, резкого увеличения прони- цаемости при уменьшении числа пиноцитар- ных везикул, массивного краевого стояния Таблица 7. Время переживания клеток органов при острой циркуляторной гипоксии в условиях нормотермии Орган Время переживания, мин Повреждаемые структуры Головной мозг 8-10 3-6 Кора большого мозга, аммонов рог, мозже- чок (клетки Пуркинье) 4-6 Базальные ганглии Спинной мозг Сердце 15-20 Клетки передних рогов и ганглиев эмболия легких 2-3 Проводящая система хирургическая 30-90 Сосочковые мышцы, операция левый желудочек Печень 30-35 Клетки периферичес- кой части ацинусов до 4 ч Клетки центральной части ацинусов Почки 60-80 Эпителий канальцев до 6 ч Клубочки Легкие 60 15 Альвеолярные перего- родки ДО 1 Эпителий бронхов лейкоцитов, особенно в посткапиллярных ве- нулах. Эти нарушения приобретают наиболее выраженный характер при реперфузии. Мик- роваскулярные реперфузионные поврежде- ния, как и ишемические, сопровождаются чрезмерным образованием продуктов окисле- ния ксантиноксидазой. Реперфузия ведет к быстрой активации свободнорадикальных ре- акций и вымыванию в общий кровоток ме- жуточных продуктов обменных процессов и токсичных веществ. Значительное повышение содержания в крови и тканях свободных ами- нокислот, тканевых токсинов белковой при- роды угнетает насосную деятельность сердца, вызывает развитие острой почечной недоста- точности, нарушает синтез протеинов, анти- токсическую и выделительную функции пече- ни, подавляет активность ЦНС вплоть до ле- тального исхода. Сроки переживания различ- ных органов при острой циркуляторной ги- поксии приведены в табл. 7. 4.2.3. Патофизиологическое обоснование методов повышения устойчивости к гипоксии Искусственное усиление мощности естест- венных резервов кислородного снабжения клеток органов и тканей достигается путем систематического применения гипоксии на- пряжения (физическая зарядка, кратковре- менное пребывание организма при умеренно пониженном содержании кислорода во вды- хаемом воздухе). При этом стимулируется синтез нуклеиновых кислот и белков, увели- чивается мощность ферментных систем, уча- ствующих в процессах анаболизма и катабо- лизма, усиливается образование в клетках органелл (повышение количества митохонд- рий), возрастает содержание на кристах фер- ментов, увеличивается способность клеток синтезировать АТФ за счет активации ана- эробного гликолиза. При адаптации организ- ма к гипоксии напряжения понижение тонуса адренергических отделов нервной системы способствует установлению более экономного режима утилизации КТА в обменных процес- сах, увеличению степени сопряжения окисле- ния и фосфорилирования, повышению спо- собности к накоплению в клетках макроэрги- ческих соединений. Искусственное замещение отдельных ком- понентов резервных систем кислородного снабжения клеток органов и тканей осущест- вляется путем применения ряда фармаколо- гических препаратов. Ингибирование свобод- 105
норадикального окисления и образования перекисей липидов достигается путем увели- чения приема и повышения содержания в ор- ганизме витамина Е. Индуцирование окис- ленной формы НАД достигается системати- ческим введением янтарного полуальдегида и источника НАД-никотинамида. Замещение внутри эритроцитов в гемоглобине 3,2-дифос- фоглицерата фициновой кислотой (естествен- ный аналог 2,3-дифосфоглицерата) ослабляет связывание гемоглобином О2, увеличивает доставку его к тканям приблизительно в 2 ра- за. Введение витамина В6 способствует обра- зованию стойкой ковалентной связи между обеими бета-субъединицами молекулы гемо- глобина, что увеличивает доступность кисло- рода в 10 раз. Искусственное подавление стрессовых ре- акций, связанных с кислородным голоданием, достигается сведением центральных холино- блокаторов, ганглиоблокаторов, адреноблока- торов и симпатолитиков. Гипербарическая оксигенация возникает при дыхании 100 % кислородом. В этих усло- виях эффекты зависят от уровня повышения концентрации кислорода. Согласно закону Генри—Дальтона, повышение РО2 во вдыхае- мом воздухе на 1 атм ведет к дополнительно- му растворению в 100 мл крови 2,3 мл О2, при 3 атм — 6 мл/100 мл крови. Биологический эффект влияния кислорода заключается в ус- корении реакций окисления и напряжения систем антиоксидантной защиты. Гипероксия вызывает развитие типового стадийного патологического процесса. Первая фаза — в результате образования свободных радикалов ускоряются реакции окисления фосфолипидных компонентов мембран. Наряду с этим повреждаются кле- точные белки, нуклеиновые кислоты и осо- бенно ненасыщенные липиды клеточных мембран. Это ведет к тяжелым нарушениям функции и даже к некрозу прежде всего эндо- телиальных клеток сосудов легких, к отеку интерстиция и альвеол. Благодаря наличию мощной антиоксидантной защиты система макро- и микрофагов отвечает главным обра- зом возбуждением. Активированные нейтро- филы, альвеолярные макрофаги формируют воспалительную инфильтрацию интерстиция с переходом в отек легких. Если действие ги- пероксии прекращается и процесс поврежде- ния еще не перерос в генерализованную необ- ратимую альтерацию клеток жизненно важ- ных органов, то возможно развитие следую- щей фазы. Вторая фаза — резорбция отечной жидкос- ти, элиминация нежизнеспособных клеток, размножение пневмоцитов II типа, восста- новление продукции сурфактанта, активация репарационных процессов, переход в следую- щую фазу. Третья фаза — рубцевание дефектов в ор- ганах и тканях, развитие эмфиземы и фиброза легких и других органов. В зависимости от РО2 возникают следую- щие варианты патологических процессов. Умеренное повышение РО2 (до 1,0 атм) со- провождается возрастанием содержания НЬО2 в артериальной и венозной крови до 100 %, увеличением доли потребления тканями фи- зически растворенного О2, ослаблением есте- ственной стимуляции физиологическим де- фицитом О2 артериальных хеморецепторов (дуга аорты, сонный синус и др.). В этих усло- виях снижается возбудимость дыхательного центра, уменьшается объем легочной венти- ляции, увеличивается степень шунтирования кровотока в невентилируемых альвеолах и ог- раничивается диффузия О2 в вентилируемых альвеолах. Напряжение активности антиокси- дантных систем обеспечивается повышением утилизации аскорбиновой кислоты, витамина Е и других метаболитов, участвующих в ней- трализации активных радикалов. Значительное повышение РО2 (до 3 атм) вызывает возрастание концентрации кисло- рода не только в крови, но и внутри клеток, что ведет к чрезмерному образованию в клет- ках супероксидных анионов (О2~) и срыву антиоксидантной защиты за счет снижения активности супероксиддисмутазы, каталазы, глутатионпероксидазы. Недостаточность эф- фективного действия антиоксидантных сис- тем ведет к усилению свободнорадикальных процессов, что сочетается с инактивацией в первую очередь ферментов, содержащих тио- группы. Повреждаются митохондриальная и ядерная ДНК., липидные мембраны клеток, особенно в тканях с высоким уровнем аэро- бного обмена, угнетаются процессы клеточ- ного дыхания. Развиваются типовые повреждения орга- нов и систем. Система красной крови — снижение срод- ства гемоглобина к О2, уменьшение кисло- родной емкости гемоглобина и связывания СО2, гемолиз эритроцитов. Внешнее дыхание — высокий уровень РО2 в альвеолах, прогрессирующая пролиферация пневмоцитов I типа и деструкция пневмоци- тов II типа, снижение продукции сурфактан- та, повышение проницаемости капилляров, накопление жидкости в интерстиции и транс- судация ее в альвеолы, возможно возникнове- ние отека легких. При отсутствии отека лег- 106
ких происходят активация пролиферации фибробластов в альвеолах, развитие раннего фиброза, снижение жизненной емкости лег- ких, увеличение шунтирования крови через сосуды невентилируемых альвеол, возникно- вение периваскулярного и перибронхиально- го отека на фоне повышения проницаемости стенок капилляров легких. Сердечко-сосудистая система — в резуль- тате угнетения активности МАО тормозится дезаминирование норадреналина, адреналина и серотонина, происходит значительное суже- ние в основном резистивных сосудов, возрас- тание ОПС на фоне прогрессирующего разви- тия сердечной недостаточности. ЦНС характеризуется очень высокой чув- ствительностью к избытку О2. Повышается проницаемость гистогематических барьеров, развивается отек мозга. Возрастает концент- рация аммиака и глутаминовой кислоты в мозговой ткани, снижается содержание глута- мина, угнетается дыхание клеток мозга, появ- ляются судороги, замедляется проведение возбуждения. Иммунная клеточная система — угнетение иммуногенеза. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ Кисляков Ю.А. Механизмы транспорта О2 в систе- ме микроциркуляции//Физиол. журн. СССР. — 1987. - Т. 73, № 5. - С. 569-578. Кондрашова М.Н. Трансаминазный цикл окисле- ния субстратов в клетке как механизм адапта- ции к гипоксии//Фармакол. коррекция гипок- сия. состояний. — М., 1989. — С. 51—66. Лукьянова Л.Д. Биоэнергетическая гипоксия: по- нятие, механизмы и способы коррекции//Бюл. экспер. биол.— 1997,— Т. 124, № 9.— С. 244—254. Ляпков Б.Г., Ткачук Е.Н. Тканевая гипоксия: кли- нико-биохимические аспекты//Вопр. мед. хи- мии. - 1995, № 2. - С. 2-8. Меерсон Ф.З. Адаптация к периодической гипок- сии в терапии и профилактике. — М., 1983. Меньшикова Е.Б., Зенков Н.К., Сафина А. Ф. Меха- низмы развития окислительного стресса при ишемическом и перфузионном повреждении миокарда//Успехи совр. биол.— 1997,—Т. 117.— С. 362-373. Тиговец Э.П. Митохондриальные обратимые и не- обратимые гипоксические состояния//Фарма- кол. коррекция гипоксич. состояний. — М., 1989. - С. 67-70. Cadenas Е. Biochemistry of oxygen toxicity//Ann. Rev. Biochem. — 1989. — Vol. 58. Dalmas Y., Pequignot J.M. Role of the carotid sinus nerve and dopamine in the biochemical response of sympathetic tissues to long-term hypoxia// Adv. exp. Med. Biol. — 1993. — Vol. 337. — P. 9— 15. Data P.G., Acker H. (Eds) Neurobiology and cell physiology of chemoreception//Adv. exp. Med. Biol. - 1993. - Vol. 337. Goldstick T.K., McCabe M., Maguire D.J. (Eds) Oxygen transport to tissue XIII//Adv. exp. Med. Biol. — 1992. - Vol. 316. Hogan M.C., Mathieu-Costello O., Poole D.C. (Eds) Oxygen transport to tissue XVI//Adv. exp. Med. Biol. - 1994. - Vol. 361. К renter F., Hoof D. Facilitated diffusion of oxygen and carbon dioxide//Handbook of Physiology, Section 3: The Respiratory System, vol. IVa Gas Exchan- ge. — Bethesda, Maryland, 1987. Miura Y., Nagai T. Molecular properties and physy- ological functions of cytochrome P-450//Kitasato Arch. exp. Med. - 1988. - Vol. 61, N 2/3. - P. 111-123. Schenkman B., Greim H. (Eds) Cytochrom P450// Handbook exp. Pharmacol. — 1993. — Vol. 105. Wittenberg B.A., Wittenberg J.В. Transport of oxygen in muscle//Ann. Rev. Physiol. — 1989. — Vol. 51. — P. 857-865.
Глава 5 ПАТОЛОГИЯ УГЛЕВОДНОГО ОБМЕНА 5.1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА УГЛЕВОДНОГО ОБМЕНА В организме человека и животных углеводы представлены моносахаридами, их полимера- ми и дисахаридами. Функциональное значе- ние моно-, поли- и дисахаридов в организме различно, особенно при патологии обмена ве- ществ. 5.1.1. Функции моносахаридов Глюкоза у здоровых людей содержится в плаз- ме венозной крови в концентрации 3,0— 5,5 ммоль/л. Концентрация глюкозы в крови определяется балансом между поступлением углеводов с пищей и эндогенным синтезом глюкозы, освобождением из печени глюкозы и утилизацией ее в органах и тканях и, на- конец, выделением глюкозы с экскретами. В клетках органов и тканей глюкоза расщеп- ляется преимущественно путем анаэробного гликолиза с превращением в пировиноград- ную и молочную кислоты. Небольшая часть глюкозы метаболизируется в пентозофосфат- ном цикле, обеспечивающем рибозой и НАДФН синтетические и окислительно-вос- становительные процессы в клетках. Основ- ной путь анаболизма глюкозы — превращение ее в гликоген и полисахариды. Наиболее важ- ную роль в метаболизировании глюкозы игра- ет печень (схема 8). Фруктоза в плазме крови, спинномозговой жидкости, желудочном соке и желчи здоро- вых людей содержится в концентрации, не превышающей 0,5 ммоль/л. В сперме ее уро- вень более высокий — до 5,0 ммоль/л, так как эта гексоза является основным субстратом уг- леводного обмена спермиев. В скелетной мус- кулатуре, почках, жировых клетках при учас- тии гексокиназы фруктоза вначале превраща- ется во фруктозе-1,6-дифосфат, затем рас- щепляется до глицеральдегид-3-фосфата, ко- торый включается в гликолитические процес- сы. В печени при участии фруктокиназы фруктоза трансформируется в фруктозе-1- фосфат, затем под воздействием кетозе-1- фосфатальдолазы в глицеральдегид-3-фосфат, включающийся в процесс гликолиза. Галактоза является главным энергетичес- ким источником лишь в первые месяцы жизни ребенка. Для утилизации галактозы не требуется инсулин, и она не стимулирует его синтез и секрецию. Основной орган поглоще- ния и метаболизма галактозы — печень, где она вначале превращается в галактозо-1-фос- фат при участии галактокиназы, а затем под- вергается ферментативной трансформации в глюкозо-1-фосфат. В клетках галактоза также используется в процессах синтеза галактоли- Схема 8. Утилизация глюкозы в органах и тквнях 108
пидов, хондроитин-сульфата, дерматан-суль- фата, гепарина, кератана и других соедине- ний. 5.1.2. Функции полисахаридов и их комплексных соединений Гликоген является сильно разветвленным полисахаридом с мол. м. 106—107 Да. В клет- ках гликоген представляет собой резервную форму углеводов. Максимальная концентра- ция (до 200 мг/г) гликогена в печени и не- сколько меньше — в скелетных мышцах. При дефиците глюкозы в плазме крови происхо- дит мобилизация гликогена путем его фер- ментативного расщепления до декстринов, мальтозы и конечного продукта — глюкозы. Гликоконъюгаты представлены макромоле- кулярными соединениями, содержащими уг- леводные цепочки, связанные с белками или липидами через посредство N- или О-глико- зидных мостиков. Гликоконъюгаты постоян- но синтезируются клетками и расщепляются в них главным образом в лизосомах, содержа- щих гидролазы не только для гликоконъюга- тов, но и для липидов, белков и нуклеиновых кислот. В группу гликоконъюгатов входят главные компоненты соединительной тка- ни — протеогликаны, регуляторные — белки, ферменты — гликопротеины и основные ком- поненты мембран клетки — гликолипиды. Протеогликаны представляют собой круп- ные комплексные макромолекулы с мол. м. 108 Да, состоящие из полипептидного остова, ковалентно связанного через О-гликозидные мостики с многочисленными гликозамино- гликановыми цепями. Гликозаминогликаны могут составлять до 95 % и более от общей массы молекулы протеогликана. Гликозами- ногликаны являются неразветвленными це- почками, построенными из повторяющихся дисахаридных единиц в количестве от 50 до 150, в которых один из моносахаридов пред- ставлен аминосахаром; другой — гексуроно- вой кислотой. Гликозаминогликаны содержат разные виды функциональных групп — ацето- амидные, сульфамидные, карбоксильные, гидроксильные, сульфоэфирные. Различия в содержании дисахаридных единиц и функ- циональных групп придают протеогликанам резко выраженную структурную неоднород- ность. Протеогликаны синтезируются многими видами клеток — эндотелиоцитами, тучными клетками и др. Синтез протеогликанов начи- нается в эндоплазматической сети и заверша- ется в аппарате Гольджи. Часть протеоглика- нов остается в цитоплазме, а частично они экспрессируются на внешней поверхности цитоплазматической мембраны, где фиксиру- ются при помощи белкового остова, либо ко- валентно через посредство гликозилфосфати- дилинозитола. Внутри клеток молекулы про- теогликанов обладают белковым ядром, ус- тойчивым к действию протеолитических фер- ментов. Адсорбция протеогликанов на секре- торных гранулах, например, тучных клеток защищает их от разрушения, что при возбуж- дении клеток обеспечивает экзоцитоз секре- торных гранул в целом виде. Протеогликаны способны взаимодейство- вать с различными белковыми лигандами и тем самым служить передатчиками регулятор- ных влияний на функцию клеток. Взаимодей- ствие с лигандами зависит от расположения моносахаридных остатков в цепях молекулы протеогликана и от активности гликозил-, сульфотрансфераз и эпимераз, катализирую- щих полимеризацию цепочек и их модифика- цию. Биологическая активность протеоглика- нов тесно связана с регуляцией их биосинте- за. Входя в состав внешней поверхности ци- топлазматической мембраны, протеогликаны включаются в механизмы регуляции многих функций клетки — пролиферации, дифферен- цировки, адгезии, межклеточных связей, кле- точно-матричного взаимодействия. Как уже упоминалось, это обусловлено способностью протеогликанов связывать биологически ак- тивные продукты — регуляторы клеточной функции — факторы роста и многие другие. Функции разных видов протеогликанов неоднозначны. Гепариноподобные протео- гликаны и другие их виды в составе сосуди- стой ткани определяют эластические свойст- ва сосудов, проницаемость эндотелия, на- копление липидов, гемостаз и тромбоз. Се- лективное накопление гепариноподобных протеогликанов в сосудах ведет к угнетению пролиферации гладких мышц и к стимуля- ции образования активатора плазминогена. При развитии артериосклероза в интиме по- врежденных стенок сосудов происходит из- быточная аккумуляция различных протео- гликанов. Гепарансульфатные протеоглика- ны на поверхности цитоплазматической мембраны могут выполнять рецепторную функцию по отношению к патогенным виру- сам (Herpex simplex) и тем самым обеспечи- вать возможность заражения клеток за счет взаимодействия вирионных гликопротеинов с поверхностью цитоплазматической мем- браны и последующей пенетрацией вируса в клетку. Протеогликан — гиалуроновая кис- лота, содержащаяся в высокой концентрации 109
в основном веществе, связывает воду в ин- терстиции и удерживает клетки в желеобраз- ном матриксе. Входя в состав синовиальной жидкости, гиалуроновая кислота придает ей смазочные свойства. Сульфатированные про- теогликаны состоят из одиночных или мно- жественных цепей — хондроитин-, гепаран, кератан- и дерматансульфаты. Хондроитин- сульфаты А, В, С с мол. м. около 50 кДа, близкие по структуре к гиалуроновой кисло- те, являются компонентами основного веще- ства. Одним из главных полисахаридов со- единительной ткани считается кератансуль- фат. С поверхности цитолеммы молекулы протеогликанов транспортируются во вне- клеточный матрикс — базальную мембрану. Протеогликаны, лишенные связи с цитолем- мой, повергаются экзоцитозу, в дальнейшем они разрушаются. Метаболизм протеоглика- нов и их деградация зависят от активности лизосомных ферментных систем, тканевых гиалуронидаз, эндогликозидаз (бега-глюк- уронидазы, альфа-1-ацетилглюкозаминида- зы, бета-ацетилглюкозаминидазы А и В), глюкозаминогликан-сульфат-сульфатогидролаз (хондроитинсульфат-сульфатазы, арил-суль- фатазы, идуронидсульфат-сульфатазы, суль- фамидазы). Гликопротеины представлены гетерополи- сахаридами, концевое звено которых кова- лентно через О-глюкозидную связь присоеди- нено к сериновому остатку в белке. Глико- протеинами являются многие ферменты, гор- моны, групповые антигены эритроцитов А, В, Н, специфические рецепторы цитоплазмати- ческой мембраны, адгезивные молекулы, под- держивающие связь между клетками, что обеспечивает контактное торможение. По- крывая апикальную и латеральную поверх- ность клеток, гликопротеины выступают в роли внеклеточного матрикса, который, кро- ме них, содержит коллаген. К гликопротеи- дам относится также муцин, содержашийся в слюне и секретах других пищеварительных желез. Муцин содержит высокую долю угле- водов (50—90 % от общей массы), связанных через серин или треонин посредством О-глю- козидного мостика с N-ацетилгалактозами- ном. Муцин содержит пролин, который путем гликолизирования способствует приданию белковому остову структуры, характерной для муцина. Сиализированный гликопротеин эписиалин представляет собой макромолеку- лу с мол. м. около 400 кДа. Он сосредоточен на апикальной мембране большинства секре- торных клеток, где выполняет защитную функцию. С апикальной поверхности эписиа- лин частично высвобождается во внеклеточ- ную среду и обнаруживается в плазме крови. Гликопротеины — кадерины функционируют вместе с Са2+, который предохраняет их от расщепления трипсином. Кадерины Е и дру- гие являются белками, обеспечивающими ад- гезию клеток, особенно эпителиоцитов. На поверхности клеток полисахариды находятся в связанной форме с липидами в виде глико- сфинголипидов, гликоглицеролипидов либо в виде гликопротеидов. Гликосфинголипиды определяют групповую специфичность клеток крови и клеток других органов и тканей. От- носящиеся к группе гликосфинголипидов ганглиозиды содержат сиаловые (N-ацетил- нейраминовые) кислоты. Ганглиозиды входят в состав цитоплазматической мембраны и участвуют в межклеточном взаимодействии, росте, дифференцировке, размножении, ре- цепторной функции, адгезии, ионном и вод- ном трансмембранном транспорте и др. При физиологических значениях pH нейрамино- вая кислота этих соединений полностью дис- социирована, что приводит к появлению на поверхности цитоплазматической мембраны отрицательного заряда, влияющего на актив- ность клетки. Гепарин — линейный полисахарид с мол.м. 17—20 кДа, содержащий до 30 % ковалентно связанных гликозаминогликанов и незначи- тельное количество белка. У человека основ- ным продуцентом гепарина являются тучные клетки, в которых он сохраняется в гранулах цитоплазмы. Физиологическая концентрация гепарина в плазме крови поддерживается за счет дегрануляции тучных клеток, ведущей к высвобождению гепарина в кровь, и сбалан- сированного с этим процессом разрушения его в эндотелиоцитах при участии фермента гепари назы (эндо- бета - D- глюкуронидазы). Образующиеся при распаде гепарина олигоса- хариды состоят из 8—10 сахарных остатков, легко утилизируемых клетками органов и тка- ней. Биологическая активность гепарина может изменяться за счет участия разных функцио- нальных групп (О- или/и N-десульфатация, образование эфиров, О- и N-ацетилирование) в биохимических реакциях. Молекулы глико- гена, содержащие гликозаминогликаны, мо- гут связывать ряд специфических регулятор- ных белков (табл. 8). Связывание специфических белков цито- плазматической мембраны с гепарином изме- няет ее физико-химические свойства, адге- зивную способность, биологическую актив- ность. Это играет важную роль в развитии на- рушений метаболизма, пролиферации и дру- гих клеточных дисфункциях. 110
Таблица 8. Виды специфических регуля- торных белков, связываемых гепарином Класс белков Вид белков Адгезивные белки Фибронектин, ламинин, коллаге- матрикса ны, тромбоспондин и др. Факторы роста Факторы роста фибробластов, эпителия, интерлейкин-2 и др. Белки-ферменты, Липопротеидлипаза, печеночная участвующие в обмене жиров триглицеридлипаза, апо-В, апо-Е Ингибиторы сери- Антитромбин III, кофактор II гепа- новых протеиназ рина и др. Разные белки Супероксиддисмутаза, эластаза, фактор 4 тромбоцитов, белки оболочки вирусов, факторы тран- скрипции, коагулазы и др. Как сильно сульфатированный гликозами- ногликан, гепарин в зависимости от концент- рации влияет на пролиферацию гладкомы- шечных клеток в стенках сосудов путем регу- ляции мобилизации факторов роста из вне- клеточного матрикса. Повышение концентра- ции гепарина в плазме крови ингибирует про- лиферацию, снижение способствует ее акти- вации. Взаимодействуя с кальцием, гепарин усиливает связь между клетками и повышает уровень холестерина в клетках путем возрас- тания связывания ЛПВП. Гепарин также сти- мулирует образование активатора плазмино- гена. Поэтому избыточная концентрация ге- парина в крови способствует развитию крово- течения в результате угнетения свертываю- щей способности крови, торможения агрега- ции и адгезии тромбоцитов и повышения проницаемости эндотелия капилляров. Мно- гочисленные исследования показали, что комплексные соединения полисахаридов в тканях и органах сосредоточены преимущест- венно на «стратегических» участках — на по- верхности цитоплазматической мембраны, внеклеточном матриксе, а также в основном веществе и других структурах, где они выпол- няют жизненно важные функции. Нарушения обмена моно- и полисахаридов могут происходить на разных этапах их ути- лизации и метаболизма. 5.2. ДЕФЕКТЫ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ УГЛЕВОДОВ Суточная калорийная потребность здорового человека обеспечивается за счет углеводов на 50 %, из которых 3/4 имеют алиментарное про- исхождение и Ц синтезируется в процессах глюконеогенеза. В пище углеводы представ- лены крахмалом (60 %), сахарозой (до 30 %), лактозой (до 10 %). В тонкой кишке около 65 % глюкозы всасывается в кровь порталь- ной системы. В печени 35 % всосавшейся глюкозы задерживается и метаболизируется в гликоген (3—5 %) и жир (30 %). Минималь- ная потребность человека в глюкозе составля- ет 180 г/сутки. Из этого количества головной мозг потребляет 50 %, эритроциты и почки — 20 %, скелетные мышцы — 20 % и остальные органы и ткани — 10 %. Запасы гликогена у взрослого человека достигают 60—150 г. Нарушение реабсорбции углеводов в желу- дочно-кишечном тракте возникает при де- фектах полостного, пристеночного и внутри- клеточного пищеварения. Полостное пищеварение угнетается при недоста- точности синтеза ферментов в энтероцитах, поджелудочной железе, печени либо при бло- каде переноса сока поджелудочной железы и желчи в полость кишечника. Пристеноч- ное пищеварение существенно стра- дает при недостаточной адсорбции пищевари- тельных ферментов на поверхности щеточной каймы энтероцитов. Внутриклеточное пищеварение нарушается при врожден- ных и приобретенных дефектах лизосом. Приобретенная недостаточность всасыва- ния углеводов возникает при воспалении сли- зистой оболочки тонкой кишки с массивной деструкцией энтероцитов, резекции значи- тельных по величине отрезков тонкой кишки, угнетении внешнесекреторной функции под- желудочной железы, дефиците в плазме крови стероидных гормонов надпочечников, а также при снижении концентрации в крови тирок- сина, витаминов В], В6, В15. Недостаточность всасывания в этих условиях связана с ослаб- лением секреции или снижением активности ферментов, принимающих участие в резорб- ции углеводов. Дефицит альфа-амилазы вызывает угнете- ние гидролиза крахмала до ди- и олигосахари- дов (мальтозы, мальтриозы, альфа-декстри- нов) и тем самым нарушает утилизацию крах- мала в тонком кишечнике. Дефицит дисахаридаз, адсорбированных на ворсинках щеточной каймы слизистой обо- лочки тонкой кишки, проявляется угнетени- ем распада дисахаридов и олигосахаридов (мальтозы, сахарозы, лактозы, декстринов) до моносахаридов — глюкозы, галактозы, фрук- тозы. В этих случаях недостаточно использу- ются механизмы транспорта моносахаридов через апикальную мембрану эпителиоцитов, который происходит за счет электрохимичес- кого градиента Na+, тогда как перенос через 111
базолатеральную мембрану осуществляется при помощи Ма+-независимого механизма (облегченная диффузия). Дефицит поступле- ния моносахаридов из кишечника влечет за собой мобилизацию углеводов из депо (пе- чень, скелетные мышцы, кожа). Ускорение прохождения химуса в тонкой кишке вызывает сокращение времени обра- ботки химуса пищеварительными фермента- ми, что приводит к недостаточности полост- ного пищеварения. Дефицит стероидных гормонов надпочечни- ков вызывает угнетение реабсорбции однова- лентных ионов (Na+, К+, СГ и др.) в органах выделения, усиление экскреции одновалент- ных ионов из организма, понижение их кон- центрации в жидких средах и клетках, что ос- лабляет трансмембранный перенос моносаха- ридов. Дефицит витаминов группы В ведет к угне- тению процессов декарбоксилирования кето- кислот, их накоплению, особенно в ЦНС, по- тенцированию обменных и функциональных нарушений при увеличении количества угле- водов в диете (авитаминоз В(). Это сочетается с нарушением обмена аминокислот в резуль- тате торможения процессов переаминирова- ния и декарбоксилирования (авитаминоз В6). Непереносимость дисахаридов обусловле- на недостаточностью инвертазы, мальтазы и лактазы. Врожденные дефекты всасывания углево- дов связаны с генетическими модификациями структуры ферментов, участвующих в обмене углеводов. Угнетение активности даже одного из этих ферментов нарушает деятельность оп- ределенных звеньев метаболизма, в результате чего в химусе тонкой кишки накапливаются углеводы нередко с аномальной структурой. Если в щеточной кайме слизистой оболочки тонкой кишки отсутствуют ферменты, участ- вующие в трансмембранном переносе моно- и дисахаридов, то в прямой зависимости от накопления сахаридов повышается осмотич- ность химуса, стимулируется секреция жид- кости в просвет кишечника и увеличивается объем химуса. Наряду с этим микробная флора кишечника расщепляет сахариды до лактата, ацетата и других низкомолекулярных соединений, раздражающих слизистую обо- лочку кишки. Значительное усиление мотори- ки желудочно-кишечного тракта сопровожда- ется диареей. Дефицит p-фруктофуранозидазы (инверта- зы) вызывает непереносимость тростникового и свекольного сахара и блокирует их расщеп- ление на глюкозу и фруктозу. Недостаточ- ность активности а-глюкозидазы (мальтазы) ведет к непереносимости м льто ы и угнете- нию процесса ее расщепления. Дефицит этих ферментов ведет также к угнетению процесса расщепления лактозы — главного углеводного компонента молока, где его содержание со- ставляет 70 г/л. Возникает непереносимость свежего молока и продуктов, содержащих лактозу. Угнетение эндогенного синтеза глюкозы связано с нарушением образования глюкозы и гликогена из ацетил-КоА, аминокислот и липидов в цикле глюконеогенеза, при рас- щеплении биополимеров. В этих процессах доминирующее значение имеет пул лактата, который снижает образование глюкозы. Тор- мозятся глюконеогенез из лактата соответст- вующих типов волокон в быстрых красных и белых скелетных мышцах и глюкозо-аланино- вый цикл. В результате этого окисление глю- козы в мышцах до пирувата ведет к его ами- нированию и превращению в аланин, что ос- вобождает мышцы от избытка аммиака. Ис- точником аминогрупп в этих реакциях явля- ются аминокислоты с разветвленной цепью — валин, лейцин, изолейцин, подвергающиеся дезаминированию преимущественно в скелет- ных мышцах, а не в печени. Синтезирован- ный в мышцах аланин транспортируется в пе- чень, где используется в реакциях глюконео- генеза. У здорового человека более 97 % угле- рода в составе аланина, пирувата и лактата, синтезирующихся в мышцах, происходит из глюкозы. Продукция глюкозы снижается при тормо- жении цикла Кори, т.е. при недостаточности утилизации лактата в печени и почках с пре- вращением ее в глюкозу. В норме печень ути- лизирует до 30 % лактата в плазме крови, почки — 20 %. В нарушениях гомеостаза глю- козы определенную роль играет торможение расщепления полисахаридов в клетках, свя- занное с недостаточной активностью лизосо- мальных ферментов — различных видов глю- козидаз. Последний вид нарушений обмена углеводов лежит в основе наследственных бо- лезней накопления, вызываемых нарушением обмена полисахаридов и смешанных углевод- содержащих биополимеров — гликоконъюга- тов. 5.3. НАРУШЕНИЕ УТИЛИЗАЦИИ МОНОСАХАРИДОВ Поступление глюкозы в клетки осуществляет- ся транспортными системами простой и об- легченной диффузии, наиболее эффективной в транслокации глюкозы в эритроцитах, а 112
также активным транспортом с использова- нием энергии АТФ через процессы фосфори- лиривания глюкозы при участии гексокина- зы. Важную роль играет транспорт глюкозы за счет обмена с другим веществом, которое переносится в клетку по концентрационному градиенту. Этот механизм используется, на- пример, при переносе глюкозы в энтероцитах путем обмена с Na+. Расщепление глюкозы в клетках осущест- вляется по трем основным путям: Цикл Кребса обеспечивает катаболизм уг- леводов, жиров и белков, сопряжение окис- лительного фосфорилирования с дыханием и синтез макроэргов (АТФ и др.), образование различных предшественников, необходимых для процессов анаболизма. Анаэробный гликолиз обеспечивает продук- цию пирувата — компонента центральных звеньев обеспечения углеводного, белкового и липидного обменов и единственного пред- шественника молочной кислоты. Основная часть пирувата образуется из глюкозы в про- цессе анаэробного гликолиза и утилизируется в реакциях переаминирования, восстановле- ния, карбоксилирования и окисления с обра- зованием соответственно аланина, лактата, оксалацетата или ацетил-КоА. Суммарная скорость гликолиза лимитируется реакцией, катализируемой фосфофруктокиназой. Нару- шение поступления глюкозы в клетки возни- кает при недостаточной активности гексоки- назы (сахарный диабет), нарушениях внутри- клеточного аэробного расщепления глюко- зы — при повреждениях митохондрий, глад- кой эндоплазматической сети (гипоксия и др.). Анаэробный гликолиз угнетается при чрезмерном закислении цитозоля (высокая степень ацидоза). Пентозный цикл обмена углеводов очень активен в печени, миокарде, почках, рогови- це, хрусталике, половых органах, в лимфоид- ной ткани, щитовидной железе и в молочных железах в период лактации. В большинстве клеток в норме по пентозному циклу расщеп- ляется около 10 % глюкозы. Ключевым фер- ментом пентозного цикла, определяющим его суммарную скорость, является глюкозо-6- фосфатдегидрогеназа. Усиливают пентозный цикл большие дозы инсулина, тироксина и АКТГ. Образующиеся в пентозном цикле пятиа- томные сахара не окисляются до СО2 и воды, а используются в обменных процессах, веду- щих к образованию компонентов нуклеино- вых кислот, нуклеотидов, нуклеотидных фер- ментов. Пятиатомные сахара являются также важнейшим источником межуточных продук- тов обмена и восстановленных Ко-факторов, сопрягающих углеводный обмен с обменом нуклеотидов, восстановительными реакциями анаболизма, особенно в синтезе жирных кис- лот. Реакции пентозного цикла тормозятся при развитии внутриклеточного ацидоза (тя- желая гипоксия и др.). При угнетении пентоз- ного цикла нарушается биосинтез в клетках липидов, стероидов, белков, нуклеотидов, нуклеиновых кислот и других веществ. Болезни человека и животных, такие как энзимопатии, характеризуются зачастую зна- чительными нарушениями разных звеньев уг- леводного обмена в органах и тканях. Эти на- рушения в зависимости от причин заболева- ния могут быть сгруппированы следующим образом. 5.4. ВРОЖДЕННЫЕ НАРУШЕНИЯ УТИЛИЗАЦИИ МОНОСАХАРИДОВ Генетические нарушения обмена гексоз обу- словлены модификацией структуры фермен- тов, катализирующих их метаболизм в клет- ках. Недостаточность активности отдельных ферментов ведет обычно к накоплению в жидких средах и в самих клетках соответству- ющих гексоз или их метаболитов, оказываю- щих повреждающее воздействие на клеточном и системном уровнях. Генетические дефекты утилизации галакто- зы возникают в результате трех видов недо- статочности активности ферментов, которые передаются по аутосомно-рецессивному типу. Недостаточность активности галактокиназы возникает при повреждении генов в хромосо- ме 17, контролирующих образование этого фермента, что нарушает основной путь мета- болизма галактозы: галактокиназа Галактоза + АТФ + Mg2+ <—> галактозо-1- фосфат + АДФ Отсутствие процесса фосфорилирования галактозы делает невозможным проникнове- ние ее в клетки. Накопление галактозы в крови частично угнетает синтез и высвобож- дение глюкозы в систему кровообращения. Поэтому при недостаточной активности га- лактокиназы возникают не только галактозе- мия, галактозурия, но и гипогликемия, ами- ноацидемия и альбуминурия. Угнетение ути- лизации галактозы и ее превращений в другие продукты ведет к ограничению синтеза в клетках печени гликопротеидов крови, в со- единительной ткани — мукополисахаридов и аминополисахаридов, в мозговой ткани — га- 113
Схема 9. Непереносимость галактозы Г алактоза АТФ галактокиназа галактозо-1 -фосфат уридил- дифосфат галактозо-1 -фосфат-уридилтрансфе- раза уридилдифосфат- галактолипиды галактоза U лактоза уридилдифосфат-галактозо-4-зпимер уридилдифосфат- гл юкоза уридилдифосфатглицерофосфорилаза глюкозо-1-фосфат—э- гликоген фосфоглюкомутазы '' г-^- глюкоза глюкозо-6-фосфат-Ц»- гликолиз Ц»- гексозомонофосфатный цикл лактолипидов. Подобные нарушения лежат в основе развития прогрессирующих дистрофи- ческих процессов в клетках различных орга- нов. Галактоземия характеризуется тяжелыми повреждениями желудочно-кишечного трак- та, печени, почек, ранним развитием катарак- ты в связи с усилением образования галакти- тола, умственной отсталостью и замедлением роста у детей. В тяжелых случаях при галакто- земии могут возникать гиперхлоремический ацидоз почечного и гастроинтестинального происхождения. Генетический дефицит галактозо-1-фос- фат-уридилтрансферазы в клетках печени и эритроцитах ведет к накоплению галактозо- 1-фосфата в цитоплазме и угнетению актив- ности ключевых ферментов метаболизма глюкозы (схема 9). Являясь аналогом глюко- зо-1-фосфата, галактозо-1-фосфат действует как конкурентный ингибитор фосфоглюко- мутазы и тем самым тормозит гликолиз. При создании высокой концентрации галактозо- 1-фосфата проявляется его цитотоксическое действие. В свою очередь снижение внутри- клеточной утилизации галактозо-1-фосфата ограничивает дальнейшее поступление не- фосфорилированной формы галактозы в клетки, что служит причиной развития га- лактоземии, при которой снижается актив- ность галактокиназы. Возникновение комби- нированной недостаточности активности уже двух ферментов в метаболизме галактозы приводит к грубым нарушениям синтеза му- кополисахаридов, галактолипидов и других продуктов. Это вызывает тяжелые поврежде- ния желудочно-кишечного тракта, почек, пе- чени, хрусталиков глаз, ведет к умственной отсталости у детей. При указанном виде ге- нетической ферментной недостаточности уг- нетение анаэробного гликолиза в органах и тканях сочетается с чрезмерным накоплени- ем гликогена в печени и развитием ее цир- роза. Генетический дефицит эпимеразы возника- ет преимущественно в эритроцитах и сущест- венно не отражается на их функции. Этот вид врожденного дефекта является относительно безвредной аномалией. При всех указанных выше видах недоста- точности активности ферментов исключение лактозы и галактозы в качестве пищевых про- дуктов оказывает корригирующее действие, если патологический процесс в клетках не трансформировался в стадию необратимых органических повреждений. Генетические нарушения расщепления фруктозы возникают при угнетении активнос- ти отдельных ферментов и передаются по ау- тосомно-рецессивному типу. Дефицит фрук- токиназы в клетках печени, почек и тонкой кишки сопровождается угнетением фосфори- лирования фруктозы при участии АТФ. В результате подобного дефекта после при- ема фруктозы с пищей возникают фруктозе- мия и эссенциальная фруктозурия. Врожден- ная непереносимость фруктозы может быть связана также с селективным дефицитом фер- мента фруктозо-1-альдолазы В в клетках пе- чени, коркового вещества почек и тонкой кишки, где его активность не превышает 15 % от должной, что ведет к угнетению реакции фосфорилирования фруктозы. Недостаточная активность фруктозо-1- фосфатальдолазы в клетках печени, почек и тонкой кишки не ведет к ограничению всасы- вания фруктозы. Прием фруктозы с пищей вызывает значительную фруктоземию, фрук- тозурию и гипогликемию. Гипогликемия воз- никает в результате накопления фруктозо-1- фосфата в клетках печени и ингибиторного действия его на процессы глюконеогенеза, гликогенолиза и на активность фруктокина- зы, что определяет цитотоксические эффекты при дефиците фруктозо-1-фосфатальдолазы. Одновременно с этим появляется гипермаг- ниемия, гипераланинемия, гиперлактемия, гиперглицеролемия и гиперлипидемия, не- смотря на сохранение в плазме крови нор- мальной концентрации инсулина. 114
Длительное накопление фруктозо-1-фос- фата в гепатоцитах вызывает их повреждение, выход билирубина и печеночных энзимов во внеклеточную среду. Аккумуляция фруктозо- 1-фосфата в клетках канальцев почек являет- ся причиной развития канальцевой дисфунк- ции и ослабления способности почек выво- дить кислую мочу. При этом нередко появля- ется альбуминурия и аминоацидурия. Клини- чески заболевание проявляется остро — вско- ре после приема фруктозы с пищей возника- ют рвота, диарея, боли в животе, развивается симптоматика гипогликемического шока с олиго- и анурией и др. Длительное употребле- ние фруктозы больными, даже в небольшом количестве, индуцирует развитие кахексии, гепатоспленомегалии, тяжелого цирроза пече- ни, грубых нарушений деятельности почек и ЦНС. Врожденная непереносимость фруктозы, обусловленная недостаточной активностью фруктозо-1,6-дифосфатазы, характеризуется нарушением реакции: Фруктозо-1,6-дифосфат-> фруктозо-1,6-ди- фосфатаза -> фруктозо-6-фосфат + фосфат Это вызывает накопление в клетках печени фруктозо-1,6-дифосфата и блокаду глюконео- генеза из лактата и глюкагенных аминокис- лот. Глюкагон и КТА утрачивают способность усиливать высвобождение глюкозы из гепато- цитов в кровь, у больных развивается гипо- гликемия с соответствующими функциональ- ными проявлениями. Гликогенозы представлены группой на- следственных болезней, характеризующихся угнетением внутриклеточного расщепления гликогена (схема 10). Аномальное накопление гликогена в клетках нарушает их функции и ведет к развитию дистрофических процессов. Гликогенозы подразделяют на следующие типы. Гликогеноз I типа (болезнь Герке) наследу- ется по аутосомно-рецессивному механизму. Причиной заболевания является врожденное резкое снижение активности глюкозо-6-фос- фатазы в клетках печени, слизистой тонкой кишки, тромбоцитах и других структурах, что нарушает в микросомах течение реакции: глюкозо-6-фосфат + Н2О -> глюко- зо-6-фосфатаза -> глюкоза + фосфат Нарушение катализа последней ступени расщепления гликогена вызывает его аккуму- ляцию в печени, почках и других органах даже при сниженном уровне глюкозы в крови. Одновременно тормозится глюконео- Схема 10. Обмен гликогена Г ормон АТФ Фермент ----------- аденилциклаза ц-АМФ Киназа гликоген- фосфорилазы н-АМФ синтетаза D (неактивная) с зависимая э протеинкиназа Киназа фосфорилазы (активная) I Фосфорилаза В —э» фосфорилаза А Гликоген гликоген- синтетаза 1 УДФ -глюкоза Гликоген Глюкозо-1 -фосфат Г люкозо-6-фосфат г Глюкоза + фосфат генез и происходит накопление глюкозо-6- фосфата. В связи с повышением содержания НАДФН и НАДН в клетках это сочетается с усилением превращения глюкозо-6-фосфата в молочную кислоту. В жировой ткани усилива- ется липолиз, развиваются гиперлипидемия, гиперхолестеринемия и гипертриглицериде- мия из-за снижения продукции в печени ли- попротеидлипазы. В результате у больных возникает выраженная предрасположенность к развитию кетонемии, особенно при голода- нии. Гиперлипо- и гиперхолестеринемия ведут к атипическому отложению жира и гли- когена, поэтому заболевание проявляется в виде непропорционально худых конечностей, кукольного лица, ксантом, задержки роста, геморрагического диатеза, накопления глико- гена в печени, почках и других органах. Гликогеноз II типа (болезнь Помпе, генера- лизованный гликогеноз) является аутосомно- рецессивным заболеванием, возникающим в результате недостаточной активности альфа- 1,4-глюкозидазы — лизосомного фермента, гидролизующего линейные олигосахариды в 1,4-связях на периферии молекулы гликогена. При болезни Помпе наиболее сильно повреж- даются сердце, скелетные мышцы и ЦНС. У больных развиваются бивентрикулярная кардиомиопатия, прогрессирующая сердечная недостаточность, генерализованная гипотен- зия и различные нервные расстройства. 115
Гликогеноз III типа (болезнь Кори) — ауто- сомно-рецессивное заболевание, связанное с дефицитом фермента амило-1,6-глюкозидазы и нарушением реакции: альфа-1,6-гликоген -> амило-1,6-глюкозидаза -> -> глюкоза + альфа-1,4-гликоген Заболевание проявляется в раннем детском возрасте в виде гепатомегалии, гипоглике- мии, прогрессирующей миопатии с ослабле- нием мышечных сокращений и миокардиоди- строфии. Гликогеноз IV типа (болезнь Андерсена, амилопектиноз) является аутосомно-рецес- сивным заболеванием с характерным дефици- том фермента альфа-1,4-глюкан-6-гликозил- трансферазы. При этом синтезируемый гли- коген утрачивает способность формировать разветвленную молекулу, а представлен толь- ко линейными цепями, сходными по структу- ре с амилопектином. Линейные цепи гликоге- на плохо растворимы и клетки печени, селе- зенки и других органов реагируют на его на- копление как на инородное тело. Это ведет к возникновению гепатомегалии, спленомега- лии, гепатоцеллюлярному воспалительному процессу, циррозу печени, портальной гипер- тензии и повреждению скелетных мышц. Гликогеноз V типа (болезнь Мак-Ардля) — аутосомно-рецессивное заболевание; проис- хождение которого связано с врожденным де- фицитом в клетках скелетной мускулатуры фермента альфа-1,4-глюканфосфорилазы при нормальном содержании в печени альфа-1,4- глюканфосфорилазы и мышечной фосфори- лазкиназы. В скелетных мышцах блокируется реакция: Активная фосфорилазкиназа + 4 АТФ + Mg2+ + + неактивная альфа-1,4-глюканфосфорилаза -> -> активная альфа-1,4-глюканфосфорилаза Болезнь Мак-Ардля характеризуется разви- тием быстрого утомления скелетных мышц. В норме сокращение мышц протекает син- хронно с гликогенолизом и образованием лактата, так как при анаэробном гликолизе образуется необходимая для сокращения АТФ. Повышение уровня Са2+ индуцирует сокращение мышц параллельно с активацией киназы фосфорилазы В, превращая ее в ак- тивную фосфорилазу А, расщепляющую гли- коген. При болезни Мак-Ардля дефицит мы- шечной альфа-1,4-глюканфосфорилазы вызы- вает задержку гликогенолиза, что снижает по- ток метаболитов через путь Эмдена—Мейер- гофа, уменьшает образование НАДН, необхо- димого для нормальной скорости захвата кис- лорода. Возникает значительное уменьшение потенциала фосфорилирования в скелетных мышцах (АТФ/АДФ) х (неорганический фос- фат). В сокращающихся мышцах нарушения окислительного метаболизма лишь частично компенсируются увеличением доступности других субстратов окисления глюкозы и НЭЖК, но это не предохраняет от слабости мышечных сокращений, быстрого развития утомления, появления мышечных судорог, псевдогипертрофии и миоглобинурии. Гликогеноз VI типа (болезнь Херса) — ау- тосомно-рецессивное заболевание, обуслов- ленное недостаточной активностью фермента печеночной альфа-1,4-глюканфосфорилазы при сохранении нормальной фосфорилазак- тивирующей системы. Болезнь Херса харак- теризуется медленным течением с мало вы- раженными клиническими проявлениями. У больных увеличивается содержание глико- гена в печени, появляется предрасположен- ность к развитию гипогликемии и гиперкето- немии, особенно при голодании. Гликогеноз VII типа (болезнь Тарци) явля- ется аутосомно-рецессивным заболеванием, связанным с врожденным дефицитом содер- жания в скелетных мышцах энзима — фосфо- фруктокиназы, которая участвует в первич- ных реакциях гликолиза: Фруктозо-6-фосфат + АТФ -> фосфофрукто- киназа -> фруктозо-1,6-дифосфат + АДФ Болезнь Тарци проявляется в виде слабос- ти и быстрого утомления сокращений ске- летных мышц, миалгии, мышечных судорог, миоглобинурии. Гликогеноз VIII типа возникает в результа- те сцепленного с Х-хромосомой дефицита пе- ченочной и лейкоцитарной фосфорилазы. При этом блокируется активность альфа-1,4- глюканфосфорилазы и резко снижается вы- свобождение остатков глюкозы из гликогена. Заболевание характеризуется хроническим те- чением, медленным развитием гепатомега- лии, наклонностью к появлению гипоглике- мии, особенно при голодании. 5.5. МУКОПОЛИСАХАРИДОЗЫ Энзимопатии в обмене гетерогликанов, отно- сящихся к гликозаминогликанам, связаны с недостаточностью активности ряда фермен- тов в лизосомах в результате генных мутаций. В этих случаях белковая часть гликозамино- гликанов подвергается гидролизу внеклеточ- но, в то время как углеводный компонент мо- 116
жет расщепляться только в лизосомах. Поэто- му в связи с блокадой распада в лизосомах кислых гликозаминогликанов их метаболизм накапливается практически во всех клетках тканей и органов, что приводит к нарушени- ям клеточных функций, в которых участвуют эти субстанции (процессы оссификации, ре- гуляции выведения воды и электролитов, рост тканей и др.). В зависимости от дефектов от- дельных лизосомальных ферментов (альфа-1- идуронидаза, идуронатсульфатаза, гепарин- N-сульфатаза, М-ацетил-альфа-В-глюкозами- даза и др.) различают 8 типов мукополисаха- ридозов. Их объединяет ряд общих сходных патологических процессов в органах и тканях. Дистрофии, развивающиеся в клетках, в кото- рых накапливаются гликозаминогликаны, ха- рактеризуются усиленной пролиферацией со- единительной ткани и формированием фиб- роза (фиброз портальной системы в печени, гепатомегалия, склерозирующий фиброз аор- ты и митральных клапанов сердца, гиперпла- зия интимы артерий, висцеромегалия и др.). Структурные и обменные нарушения при мукополисахаридозах определяют клиничес- кие проявления заболевания. Внешний вид больных характеризуется увеличением массы лицевой части черепа (широкий нос, прогна- тия, большие губы, макроглоссия), макроце- фальной конфигурацией черепа, нарушения- ми роста скелета, мышечными контрактура- ми, анкилозом суставов. Врожденные нарушения синтеза лизосо- мальных ферментов могут также распростра- няться на метаболизм муколипидов. В этих случаях возникают муколипидозы, для кото- рых характерно комбинированное угнетение активности ферментных систем, метаболизи- рующих не только гликолипиды, но и глико- протеины, а также гликозаминогликаны. Му- колипидозы характеризуются дисморфией ли- цевой части черепа, гиперплазией губ, утол- щением кожи, ограничением подвижности всех суставов и замедленным ростом. 5.5.1. Приобретенные нарушения утилизации глюкозы Содержание глюкозы в плазме крови может существенно изменяться при различных забо- леваниях (табл. 9). Нарушение углеводного обмена в клетках органов и тканей вызывает четыре вида пато- генных факторов — анормальная секреторная деятельность р-клеток островков поджелудоч- ной железы, циркуляция в крови антагонистов инсулина в чрезмерной концентрации, ослаб- Таблица 9. Содержание глюкозы в плазме крови при различной органной патологии Глюкоза в плазме крови снижение содержания повышение содержания Уменьшение потребления уг- леводов — голодание, нерв- ная анорексия Усиление потребления глю- козы — гиперактивность ске- летных мышц, лихорадка, злокачественные опухоли Увеличение потери глюко- зы — почечная глюкозурия, синдром мальабсорбции Вторичная гипергли- кемия — острый и хронический панкреа- тит, карцинома под- желудочной железы, панкреотомия Эндокринопатии — болезнь Кушинга, ги- пертиреоз, акромега- лия, феохромоцитома Медикаментозная ги- пергликемия — при- менение диуретиков, кортикостероидов, никотиновой кислоты, оральных контрацеп- тивов у женщин Недостаточность глюконео- генеза — острая почечная ди- строфия, цирроз печени, гли- когенозы, особенно I тип, га- лактоземия, врожденная то- лерантность к фруктозе Дефицит контринсулярных гормонов — гипофизарная недостаточность, острая и хроническая недостаточность надпочечников, гипотиреоз Эндогенная гиперпродукция инсулина — аденома бета- клеток, карцинома островко- вого аппарата, гиперплазия островков поджелудочной железы ление рецепторного связывания инсулина и пострецепторные повреждения. Среди этих патогенных факторов наиболее многочислен- ны антагонисты инсулина (табл. 10). Таблица 10. Антагонисты инсулина, цирку- лирующие в плазме крови Природа антагониста Вид ентагониста Гормоны Катехоламины, глюкагон, сома- тотропин, тироксин, эстрогены, пролактин, аргинин-вазопрес- син Метаболиты Кетоновые тела, незстерифици- рованные жирные кислоты Иммуноглобулины Антиинсулиновые антитела, ан- титела против инсулиновых ре- цепторов 117
Схема 11. Регуляция секреции клеток островков Лангерганса поджелу- дочной железы Обозначения: + стимуляция, - торможение Приобретенные дефекты утилизации глю- козы клетками органов и тканей могут быть связаны с изменениями регуляции обратной взаимосвязи между а- и р-клетками поджелу- дочной железы (схема 11). Важную роль в ме- таболизме глюкозы играет также дисфункция гипоталамо-гипофизарно-надпочечниковой системы, щитовидной железы и гепатоцитов, в которых осуществляется обмен углеводов. При дисфункции гипоталамо-гипофизарно- надпочечниковой системы высвобождается избыточное количество КТА, стимулирующих через р2-адренорецепторы гликогенолиз в пе- чени и тормозящих потребление глюкозы скелетными мышцами. Через ргадренорецеп- торы КТА усиливают окисление жирных кис- лот и гликолиз в мышцах, что совпадает с действием глюкагона. Нарушения углеводно- го обмена потенцируются в условиях избы- точного синтеза и высвобождения в кровь ти- роксина. В этих условиях значительно акти- вируются анаэробный гликолиз и пентозный цикл — основные источники рибоз, ускоряет- ся гликогенолиз в печени, увеличивается рас- пад глюкозы в клетках и возрастает образова- ние кетоновых тел. В механизмах недостаточности утилизации глюкозы в клетках важное значение имеет ре- цепция гормонов островкового аппарата под- желудочной железы. A-Клетки поджелудоч- ной железы (у человека около 25 % от общего количества инкреторных клеток островкового аппарата) синтезируют и депонируют поли- пептидный гормон глюкагон. Активаторами секреции глюкагона являются адреналин, панкреозимин, снижение концентрации глю- козы в плазме крови, в то время как ингиби- торами — инсулин, соматостатин и высокий уровень глюкозы в крови. Взаимодействие глюкагона со специфическими рецепторами мембраны клеток-мишеней увеличивает внут- риклеточную концентрацию цАМФ и активи- рует ключевые ферменты метаболизма угле- водов. Главным органом-мишенью прило- жения действия глюкагона является печень. В гепатоцитах глюкагон увеличивает выделе- ние глюкозы в кровь при участии аденилат- циклазной системы, в них же основная масса гормона метаболизируется и частично выде- ляется с желчью. В общий круг кровообраще- ния проникает лишь небольшое количество глюкагона, где он сравнительно быстро разру- шается. Избыток глюкагона в плазме крови поддерживает гипергликемию благодаря сильной стимуляции гликогенолиза. При на- рушениях внутриклеточного образования цАМФ в органах-мишенях физиологический эффект глюкагона ослабляется. Если это про- исходит в В-клетках островкового аппарата, то глюкагон недостаточно усиливает высво- бождение инсулина, что ведет к значительно- му снижению его концентрации в крови. Уси- ление гликогенолиза в результате активации фосфорилазы вызывает ускоренный выброс глюкозы в кровь. На фоне торможения глико- лиза, снижения синтеза жирных кислот и хо- лестерина под воздействием глюкагона про- исходит мощная активация глюконеогенеза. 118
Гликолиз угнетается потому, что цАМФ-зави- симая протеинкиназа снижает активность пи- руваткиназы — фермента, контролирующего скорость анаэробного гликолиза. Синтез жир- ных кислот ослабляется вследствие фосфори- лирования и торможения активности ацетил- КоА-карбоксилазы цАМФ-зависимой проте- инкиназой, а синтез холестерина — за счет уг- нетения активности гидрокси метилглутарил- КоА-редуктазы. Кетогенный эффект глюкаго- на наиболее выражен при инсулиндефицит- ных состояниях и происходит на фоне стиму- ляции липолиза в гепатоцитах и в жировых клетках. Эффект связан с торможением ак- тивности ацетил-КоА-карбоксилазы и по- нижением концентрация малонил-КоА, что ведет к гиперпродукции ацетил-КоА и усиле- нию образования кетоновых тел. В свою оче- редь повышение содержания ацетил-КоА в гепатоцитах влечет за собой увеличение ак- тивности пируваткиназы, используемой в ре- акциях образования оксалоацетата из пирува- та в митохондриях. Изменение глюкагоном активности фрук- тозе-1,6-дифосфатазы — фермента, лимити- рующего скорость реакций глюконеогенеза, стимулирует превращение фруктозо-1,6-ди- фосфата во фруктозо-6-фосфат, в результате чего значительно возрастает синтез глюкозы, фруктозы, диоксиацетона и глицеральдегида. Кроме того, глюкагон усиливает действие Са2+-мобилизирующих гормонов — вазопрес- сина, адреналина и других — на печень. В этих условиях катехоламины потенцируют выход из жировой ткани глицерина как пред- шественника глюкозы и выход АКТГ — сти- мулятора секреции глюкокортикоидов. Влия- ние глюкагона на обмен кальция приведено в табл. И. Таблица 11. Влияние глюкагона на обмен кальция в тканях Объект-мишень Характер влияния Кальцитонинпроду- цирующие клетки Костная ткань, дентин зубов Стимуляция синтеза и высво- бождения кальцитонина, усиле- ние утилизации Са2+ клетками, развитие гипокальциемии Усиление активности фосфата- зы и синтеза коллагена Инсулин является одним из главных пред- ставителей группы пептидных гормонов, ко- торая включает также инсулиноподобный фактор роста I и II. Инсулин синтезируют и депонируют высокодифференцированные В-клетки островков Лангерганса. Он пред- ставляет собой полипептид с периодом полу- распада в крови 7—30 мин. Стимуляторами секреции инсулина В-клетками являются парасимпатические нервы поджелудочной железы, глюкагон, гастроинтестинальные по- липептиды, аргинин, ингибиторами — сома- тостатин, адреналин, норадреналин. Секре- торная способность В-клеток у здорового че- ловека подчинена циркадному ритму с дли- тельностью периодов 105—120 мин. При по- вышении концентрации глюкозы в крови на секреторную деятельность В-клеток воздейст- вуют две группы регуляторов. Первая груп- па — глюкоза, глюкагон и гастроинтестиналь- ные полипептиды — резко усиливает высво- бождение инсулина в кровь в течение первых 3—5 мин после развития гипергликемии. Вторая группа — ингибиторы — прекращает секрецию инсулина к 10-й минуте. Это позво- ляет быстро нормализовать уровень глюкозы в крови за счет создания кратковременного периода гиперинсулинемии и повышения концентрации гастроинтестинальных гормо- нов, взаимно усиливающих секреторную ак- тивность В-клеток. Нормальная секреторная активность сохраняется лишь в условиях аде- кватного использования глюкозы в обменных процессах, протекающих в В-клетках. Инсулиноподобный фактор роста 1 и 2 входит в группу полипептидных гормонов, имеющих 50 % гомологию структурной орга- низации с инсулином. Инсулиноподобный фактор I и II типов синтезируется в печени и в меньшей степени в других органах; его про- дукция контролируется гормоном роста гипо- физа. Инсулиноподобный фактор воздейству- ет на клетки через специфические рецепторы, принадлежащие к группе рецепторов для фак- торов роста с тирозинкиназной активностью. Структурно эти рецепторы на 70 % идентич- ны рецепторам инсулина. Эффекты инсули- ноподобного фактора роста могут передавать- ся путем использования эндокринных, пара- кринных и аутокринных механизмов. Эти эф- фекты заключаются в усилении утилизации глюкозы клетками и включения сульфатов в хрящевые ткани, в стимуляции пролиферации клеток и в обеспечении митогенного действия других видов факторов роста. В регуляции утилизации глюкозы клетками ведущую роль играет инсулин. Действие ин- сулина на клетки опосредуется через специ- фические рецепторы. Связывание инсулина с рецепторами вызывает интернализацию ком- плекса инсулин — рецептор в цитоплазму. В клетке мишени центральным действием ин- сулина является дефосфорилирование ряда 119
ключевых ферментов межуточного обмена. Дефосфорилирование гликогенсинтетазы ве- дет к активации ферментов синтеза гликоге- на. Дефосфорилирование гормонзависимой липазы угнетает ее активность, что ослабляет гидролиз триглицеридов. В интактном организме недостаток и из- быток инсулина в крови оказывают противо- положные эффекты (табл. 12). Таблица 12. Фармакологические эффекты инсулина Вид метаболизма Эффект инсулина Углеводный При избытке инсулина — повышение обмен синтеза гликогена, торможение гли- когенолиза, глюконеогенеза, повы- шение утилизации глюкозы в инсу- линзависимых клетках. При дефи- ците инсулина — усиление синтеза глюкозы в печени, угнетение утили- зации глюкозы инсулинзависимыми клетками Белковый При избытке инсулина — повышение обмен синтеза белков, торможение про- теолиза При дефиците инсулина — усиление распада белков, угнетение белкового синтеза Жировой При избытке инсулина — повышение обмен синтеза триглицеридов и депо- нирования их в клетках, торможение расщепления триглицеридов в клет- ках. При дефиците инсулина — уси- ление распада триглицеридов, по- вышение кетогенеза, нарушение использования кетоновых тел клет- ками периферической ткани. Угнетение глюконеогенеза возникает в ре- зультате торможения аккумуляции цАМФ, недостаточности фосфорилирования и акти- вирования пируваткиназы. Антилиполитичес- кое действие инсулина осуществляется за счет угнетения активности аденилатциклазы и снижения содержания цАМФ в жировых клетках. Стимуляция утилизации глюкозы клетками сопровождается ее депонированием в виде гликогена, снижения концентрации глюкозы в крови. D-клетки островковой ткани поджелудочной железы образуют и де- понируют соматостатин, контролирующий уровень секреции глюкагона и инсулина, пан- креогастрин (регулятор секреции НО в же- лудке), секретин (стимулятор экзогенной сек- реции поджелудочной железы). Нарушения углеводного обмена при при- обретенных дефектах гормональной регуля- ции проявляются в следующих формах. 5.5.1.1. Типы недостаточности инсулина Панкреатическая недостаточность инсулина (инсулинзависимый сахарный диабет I типа) возникает при повреждении островкового ап- парата при хроническом панкреатите, карци- номе поджелудочной железы, хирургическом удалении большей части железистой ткани, избыточном содержании железа в поджелу- дочной железе (гематохроматозе). У человека заболевание характеризуется генетической предрасположенностью, связанной с дефекта- ми двух генов в 6-й хромосоме. Это приводит к нарушению реактивности организма и к об- легчению развития аутоиммунных механиз- мов повреждения В-клеток, которые у боль- ных не регенерируют. В основе повреждения В-клеток лежит их альтерация любыми цито- токсическими агентами, вызывающими обра- зование и высвобождение аутоантигенов — вирусные инъекции — Коксаки В4, корь, гер- пес зостер, бета-цитотропные токсины. Анти- генная стимуляция макрофагов, Т-киллеров ведет к образованию и высвобождению в кровь интерлейкинов-1, 2 и других в концент- рации, оказывающей токсическое действие на В-клетки островков Лангерганса. При разви- тии аутоиммунного процесса В-клетки по- вреждаются проникающими в островки мак- рофагами. Немаловажное значение в альтера- ции В-клеток имеет также нарушение состава внеклеточной жидкости при длительной ги- поксии, избытке Mg2+ в плазме крови, пере- напряжение В-клеток при длительном упот- реблении высокоуглеводной диеты с малым содержанием полноценных белков и высо- ким содержанием жиров. В этих условиях в В-клетках возникают деструкция рибосом, торможение синтеза инсулина в связи с недо- статочностью образования белка-предшест- венника инсулина. У больных в плазме крови снижается концентрация свободного (актив- ного) и связанного (неактивного) инсулина. В патогенезе инсулинзависимого диабета оп- ределенную роль играет нарушение функции системы инсулиноподобный фактор роста — специфический инсулиновый рецептор, так как активный инсулин регулирует образова- ние обоих компонентов. В отличие от инсу- лина инсулиноподобный фактор роста синте- зируется и высвобождается в кровь клетками большинства тканей. Он является одноцепо- чечным полипептидом, гомологичным по структуре проинсулину. В системе циркуля- ции инсулиноподобный фактор роста нахо- дится в высокой концентрации и через специ- фические рецепторы регулирует пролифера- цию и дифференцировку многих видов кле- 120
ток.