Патология митохондрий





Клетки животных организмов содержат внутриклеточные органеллы - митохондрии, в которых происходит выработка энергии (у растений аналогами митохондрий являются хлоропласты). Поскольку энергия требуется для подавляющего большинства процессов, происходящих в клетке, любая перегрузка последней должна приводить к усилению выработки энергии вследствие гиперфункции митохондрий и, наоборот, повреждение митохондриального аппарата, сопровождающееся снижением уровня энергообразования, вызывает развитие глубокого повреждения клетки, нередко заканчивающегося ее гибелью.

Типовой реакцией митохондрий на перегрузку клетки является их набухание,  то есть увеличение в объеме (на трансмиссионных электронограммах, где изображение является одноплоскостным. этот феномен проявляется увеличением площади митохондрий). Набухание этих органелл связано с уменьшением в них количества АТФ, которая усиленно тратится при их гиперфункции, и с увеличением количества АДФ. которая образуется в результате отщепления от АТФ одной фосфатной группы. При этом мембранные и осмотические характеристики митохондрий меняются так, что в них начинает поступать больше воды, и они набухают. Эта типовая реакция является приспособительной, что связано со следующими закономерностями функционирования митохондрий. В них имеются перегородки (кристы), представляющие собой складки внутренней митохондриальной мембраны.  На поверхности этих крист располагаются элементы дыхательной цепи, по которой передаются электроны и атомы водорода (протоны). Этот процесс транспорта электронов и протонов по дыхательной цепи, идущий только при наличии кислорода, называется дыханием (окислением).

Параллельно с ним идет второй процесс - перенос неорганического фосфата на молекулу АДФ, вследствие чего образуется основной донатор энергии - АТФ. Этот процесс носит название фосфорилирования. Поскольку окисление и фосфорилирование связаны (сопряжены) друг с другом, весь процесс в целом носит название окислительное фосфорилирование. в динамике которого электроны и протоны не только транспортируются вдоль (по поверхности) митохондриальной мембраны, но происходит и их переход с одной поверхности мембраны на другую. Таким образом, процесс окислительного фосфорилирования зависит как от площади мембранной поверхности митохондрий, так и от ее целостности, а также от расстояния между энергообразующими комплексами. При набухании митохондрий кристы развертываются, вследствие чего энергообразующая поверхность митохондрий увеличивается, и выработка энергии возрастает. Поэтому набухание митохондрий и является адаптационно-приспособительной реакцией клетки, на которую возросла нагрузка и которая вынуждена гиперфункционировать.

Есть вещества (например, гиреоидные гормоны, свободные жирные кислоты и др.), которые нарушают связь между процессами дыхания и фосфорилирования, разобщают их, вследствие чего выработка энергии в митохондриях уменьшается и в них накапливается большое количество АДФ, что приводит к усилению поступления воды в митохондрии; они набухают, и выход энергии из них возрастает.

Однако любой приспособительный процесс при некоторых условиях может перейти в патологический. Если набухание митохондрий переходит определенные границы, выработка энергии в них уменьшается, поскольку при перерастяжении крист увеличивается расстояние между соседними молекулярными комплексами, передающими друг другу электроны и протоны, транспорт которых в дыхательной цепи нарушается, что ведет к снижению выработки энергии. Кроме того, для оптимального протекания процессов окислительного фосфорилирования необходимо сохранение нормальной структуры мембраны митохондрий, а следовательно, и митохондриальных крист. Электронно-микроскопические наблюдения показывают, что набухание митохондрий, как правило, сопровождается и деструкцией их крист, причем последние повреждаются тем сильнее, чем резче выражено набухание. В связи с этим чрезмерное набухание митохондрий также ведет к снижению выработки энергии.

Аналогичные рассуждения можно провести и относительно наружной митохондриальной мембраны, которая, как и кристы, принимает участие в выработке энергии. При умеренном набухании митохондрий их поверхность также увеличивается, а при чрезмерном - повреждается.  Таким образом, роль реакции набухания митохондрий нужно трактовать в зависимости от степени ее выраженности. Умеренное набухание митохондрий способствует усилению энергообразования и является адаптационным процессом, а чрезмерное набухание приводит к снижению выработки энергии в митохондриальном аппарате и представляет собой патогенетическую реакцию.





Хотя набухание митохондрий представляет собой типовую реакцию клетки на повреждение, тем не менее имеются патологические состояния, при которых набухание митохондрий представляет собой специфический процесс, характерный именно для данной конкретной болезни. Речь идет о заболеваниях, при которых в организме возрастает содержание веществ, способных разобщать дыхание и фосфорилирование. Наиболее ярким примером является гиперфункция щитовидной железы, приводящая к накоплению в организме избытка тиреоидных гормонов, которые разобщают дыхание и фосфорилирование. При гипертиреозе набухание митохондрий вследствие разобщающего действия тиреоидных гормонов достигает очень высоких степеней.

Другим признаком повреждения митохондрий являются изменения, наступающие в их матриксе. Матриксом называют заполненное водой и коллоидами пространство внутри митохондрии между кристами. В матриксе митохондрий сосредоточены ферменты цикла Кребса и ферменты, которые участвуют в расщеплении жирных кислот. Другими словами, в матриксе происходит «подготовительная работа» по выработке энергии, которая завершается на митохондриальных кристах в динамике процесса окислительного фосфорилирования. Электронно-микроскопические исследования показали, что при патологических процессах самой различной этиологии в матриксе митохондрий может происходить ряд изменений.  Сначала, как правило, появляется пятнистое просветление матрикса, что свидетельствует об уменьшении его количества в данном участке митохондрии. Пятнистое просветление может смениться вакуолизацией, то есть образованием в митохондриях полостей, полностью свободных от матрикса. Такие митохондрии на электронограмме будут выглядеть очень светлыми, их кристы как бы покоятся в пустоте. И, наконец, может произойти полное вымывание матрикса из митохондрий. Указанные изменения матрикса свидетельствуют о резко возросшей интенсификации протекающих в нем процессов. Естественно, что с уменьшением количества матрикса произойдет ослабление интенсивности «подготовительной» стадии выработки энергии, и процесс энергообразования в целом нарушится.

Об интенсивном функционировании митохондрий также свидетельствует гомогенизация их внутренней структуры.

И, наконец, проявлением гиперфункции клетки является уменьшение в ней количества митохондрий. Любая структура при гиперфункции разрушается, и если нагрузка. падающая на клетку, чрезвычайно высока, вся энергия, вырабатывающаяся даже в гиперфункционирующих митохондриях, идет на преодоление этой нагрузки, а на пластические процессы, в том числе и на обеспечение ресинтеза самих митохондрий, энергии не хватает. Митохондрии разрушаются и не восстанавливаются, а энергообеспечение клетки начинает снижаться.

В настоящее время электронная микроскопия достаточно глубоко внедрена в клиническую практику (электронно-микроскопические биопсии). При этом следует помнить, что клетка - это динамическая система, отдельные элементы которой могут работать даже в норме в неравноценных условиях. Поэтому в нормальной клетке наблюдается очень высокая гетерогенность. В связи с этим к оценке ее состояния следует подходить очень осторожно, учитывая в числе других признаков и степень распространенности наблюдаемых изменений в различных отделах клетки.

Ваша оценка: Нет Средняя: 4.4 (17 votes)