Ląstelių pažeidimas, priežastys, patogenezė. Ląstelių pažeidimo biocheminiai mechanizmai. Ląstelių pažeidimas. Ischeminis ir hipoksinis pažeidimas. Laisvųjų radikalų sukeliami pažeidimai. Oksidacinis stresas. Apoptozė-priežastys, patogenezė, skirtumai.

Fas-Fas ligando sukelta apoptozė

Šią apoptozės rūšį lemia ląstelės paviršiaus receptorius, pavadintas Fas (CD95). Membranoje esantis, arba tirpus ligandas, pavadintas Fas ligandu (FasL arba CD95L), kurį gamina imuninės sistemos ląstelės, jungiasi prie Fas, esančių T ląstelių paviršiuje, ir aktyvuoja jų žūties programą, kaip tai parodyta 15 pav. Ši mirties programa yra svarbi tuo požiūriu, kad jos pagalba iš imuninių reakcijų pašalinami aktyvuoti limfocitai ir tokiu bûdu sumažinamas šeimininko atsakas.

Ligos, atsirandančios dėl pernelyg sustiprėjusios apoptozės ir masyvaus ląstelių žuvimo:

Šių ligų metu stebimas masyvus normalių ar apsauginių ląstelių praradimas ir joms priklauso: 1) neurodegeneracinės ligos, kurių metu prarandami specifiniai neuronų tinklai, kaip tai būna spinalinės raumenų atrofijos metu; 2) ischeminiai pažeidimai, tame tarpe MI ir insultai; 3) virusų sukeltas limfocitų sk. sumažėjimas, kaip tai būna AIDS metu.

Ląstelės pažeidimo priežastys: Infekciniai veiksniai

Šių veiksnių dydis svyruoja nuo submikroskopinių virusų iki keliametrinių kaspinuočių. Tarp jų yra riketsijos, bakterijos, grybai, aukštesniosios parazitų formos. Būdai, kuriais ši įvairialypė grupė dukelia pakenkimus, yra labai įvairūs ir detaliau aptariami 9 skyriuje.

LR žalojantis poveikis:

1.Membranų lipidų peroksidinimas. LR, dalyvaujant deguoniui, gali sukelti plazmos ir organelių membranose. Oksidacinis pažeidimas prasideda , kai nesočių riebiųjų rūgščių dvigubas jungtis "atakuoja" deguonį turintys laisvieji radikalai, ypač OH. Lipidų ir radikalų saveika "gimdo" peroksidus, kurie patys yra nestabilūs ir reaktyvūs; todėl prasideda autokatalizinė grandininė reakcija ( plitimas). Daug geresnė išeitis vystosi, jei laisvajį radikalą sujungia antioksidantas, pvz., vit. E. 2. Baltymų oksidacinis modifikavimas. LR skatina oksidaciją aminorūgščių liekanų šoninėse grandinėse, dėl ko susidaro kryžminės jungtys tarp baltymų (pvz., sulfhidrilinės jungtys) ir baltymų struktūrose atsiranda baltymų fragmentacija. Oksidacinis modifikavimas sukelia svarbių fermentų suirimą veikiant daugiakataliziniam proteasomų kompleksui, kas sustiprina ląstelės griuvimą. 3. DNR pažeidimai. Reakcijos su branduolio ir mitochondrijų DNR sukelia vienos vijos pertrūkius DNR. Tokie DNR pokyčiai gali pasireikšti ląstelės senėjimu (2 skyrius) ar jos piktybinėmis transformacijomis.

Apoptozė yra galutinis nuo energijos priklausomas molekulinių pokyčių kaskados pasireiškimas, kurį inicijuoja tam tikri stimulai. Ji susideda iš 4 komponentų:

1.Signalo, pradedančio apoptozę, perdavimas. 2.Kontrolės ir integracijos fazė, kurios metu intraląstelinės skatinančios ir slopinančios apoptozę reguliacinės molekulės slopina, skatina ar apeina apoptozę ir tokiu būdu nulemia šios fazės baigtį. 3.Bendra vykdomoji fazė, kurios metu realizuojama žūties programa ir kurią pagrindinai vykdo kaspazių šeimos proteazės. 4.Žuvusių ląstelių pašalinimas fagocitozės būdu.

Bendrieji biocheminiai mechanizmai: Membranos pralaidumo defektai

Ankstyvas selektyvaus ląstelės membranos pralaidumo padidėjimas , priklausantis nuo tiesioginio membranos pažeidimo, yra būdingas visoms ląstelės pažeidimo formoms. Tai gali atsirasti dėl ATP rezervų išsekinimo ar dėl nuo Ca priklausomo fosfolipazių suaktyvinimo, kas bus aptariama vėliau. Toks pakenkimas gali paliesti mitochondrijas, plazmos membraną ir kitas ląstelės membranas. Plazmos membraną gali tiesiogiai pažeisti kai kurių bakterijų toksinai, virusų baltymai, lizuojantieji komplemento komponentai, citotoksinių limfocitų išskiriamos medžiagos (perforinai) ir kt.

Signalo perdavimas

Apoptozę pradedantieji veiksniai sužadina signalus, kurie per plazmos membraną yra perduodami viduląstelinėms reguliacinėms molekulėms arba tiesiogiai paveikia taikinius, esančius ląstelės viduje.Transmembraniniai signalai gali būti teigiami arba neigiami. Pvz., kai kurie hormonai, augimo faktoriai ir citokinai generuoja signalų perdavimo kaskadas, kurios slopina egzistuojančią ląstelės žūties programą ir skatina jos išgyvenimą. Priešingai, kai kurių tokių faktorių nebuvimas ląstelės aplinkoje panaikina mirties programų slopinimą ir tokiu būdu paleidžia apoptozės mechanizmus. Kitas transmembraninis teigiamas apoptozės reguliatorius yra receptoriaus-ligando sąveika ląstelės CM, dėl ko atsiranda signalai, skatinantys apoptozę. Tokios sąveikos pavyzdžiu gali būti TNF prisijungimas prie TNFR plazmos membranoje. Morfogenai, augimo ir diferenciacijos faktoriai, dalyvaujantys embriogenezėje, gali veikti tiek kaip teigiami, tiek ir kaip neigiami apoptozės reguliatoriai. Intraląsteliniai signalai taip pat gali sukelti apoptozę. Pavyzdžiu gali būti GKK prisijungimas prie branduolio receptorių. Taip pat veikia ir kai kurie fizikiniai-cheminiai faktoriai - karštis, radiacija, ksenobiotikai, hipoksija arba kai kurios virusinės infekcijos.

Ląstelės pažeidimas

Aprašyti ląstelių pokyčiai - grįžtamas ir negrįžtamas ląstelių pažeidimai, sukeliantieji nekrozę ar apoptozę - yra įvairių dirgiklių sukelto ūmaus ląstelės pažeidimo morfologiniai požymiai. Kitos morfologinių ląstelės pakenkimų grupės yra: subląsteliniai pakenkimai, paprastai atsirandantys reaguojant į subletalius ir ilgalaikius dirgiklius; intraceliulinės įvairių medžiagų sankaupos - proteinų, lipidų, angliavandenių - atsirandančios dėl metabolikos sutrikimų ląstelėje; patologinė kalcifikacija, kuri yra dažna lastelių ir audinių pažeidimo pasekmė; ir ląstelės senėjimas.

Ląstelės pažeidimo priežastys: Mitybos disbalansas.

Baltymų ir kalorijų trūkumas sukelia gasdinančiai daug mirties atvejų, ypač neturtingose visuomenėse. Specifinių vitaminų trūkumas stebimas visame pasaulyje (10 skyrius). Mitybos problemos gali kilti savyje, kaip pvz., anorexia nervosa, arba savanoriškas badavimas. Gana ironiška, tačiau pernelyg gausi mityba taip pat sukelia ląstelių pažeidimus. Lipidų perteklius skatina aterosklerozę, o nutukimas yra kai kurių kūno ląstelių perkrovimo riebalais pasireiškimas. Aterosklerozė yra endeminė daugelyje šalių, o nutukimas yra tiesiog nesuvaldomas. Be problemų, kurias kelia pernelyg menka ar pernelyg gausi mityba, mitybos racionas turi didelę reikšmę daugelio ligų vystymuisi.

Apoptozė: Biocheminiai pokyčiai

Baltymų skilimas. Būdingas pokytis apoptozės metu yra baltymų hidrolizė, vykstanti cisteino proteazių (vadinamų bendru kaspazių pavadinimu) suaktyvėjimo dėka. Kaspazės skaldo branduolio struktūras ir ląstelės skeleto baltymus (kartu su baltymų kryžminiu jungimusi) ir to dėka atsiranda būdingi apoptozei branduolio ir citoplazmos struktūriniai pokyčiai. Kaspazių suaktyvėjimas taip pat įjungia endonukleazes. Baltymų kryžminis jungimasis. Dėl transgliutaminazės suaktyvėjimo vyksta masinis kryžminis baltymų jungimasis, todėl citoplazmos baltymai virsta kovalentiškai susijungusiomis susiraukšlėjusiomis struktūromis, galinčiomis subyrėti į apoptozinius kūnelius. DNR suirimas. Apoptozinėse ląstelėse DNR subyra į didelius 50 - 300 kilobazių fragmentus. Vėliau, veikiant nuo Ca2+ ir Mg2+ priklausomoms endonukleazėms, vyksta internukleosominis DNR skilimas į oligonukleosomas, sudarytas iš 180-200 bazių porų. Fagocitinis atpažinimas. Apoptozinių ląstelių CM išoriniame sl. yra fosfatidilserinas, čia patekęs iš gilesnių sluoksnių. Kai kuriais apoptozės atvejais apoptozinių kūnelių paviršiuje randamas trombospondinas, adhezinis GP. Šie pokyčiai leidžia makrofagams ir aplink esančioms ląstelėms anksti atpažinti žuvusias ląsteles ir pradėti jų fagocitozę, nedalyvaujant uždegimą skatinantiems ląstelių komponentams. Tokiu būdu apoptozės metu ląstelės yra pašalinamos su minimaliu aplinkinių audinių pakenkimu.

Bcl-2

Bcl-2 žinduolių organizme yra antiapoptotinio C.elegans geno ced-9 homologas. Jis randamas išorinėje mitochondrijų membranoje,ET ir branduolio apvalkale. Jo funkciją reguliuoja kiti šios šeimos nariai. Selektyviai prisijungdami prie Bcl-2, šie susiję baltymai gali paveikti Bcl-2 funkcijas ir arba skatinti apoptozę (pvz., Bax, Bad) arba ją slopinti (Bcl-XL). Bcl-2 slopina apoptozę: 1) tiesiogiai veikdamas mitochondrijas ir mažindamas jų membranų pralaidumą 2) veikdamas mitochondrijas po sąveikos su kitais baltymais. Buvo rasta, kad mitochondrijų membranų pralaidumą lemia apoptozę skatinančių ir apoptozę slopinančių Bcl-2 šeimos baltymų kiekių santykis mitochondrijų membranose. Kai kuriose ląstelėse Bcl-2 gali slopinti apoptozę, atlikdamas "prieplaukos" vaidmenį kai kuriems citozolio baltymams ir surišdamas juos mitochondrijos membranoje. Toks baltymų sujungimas gali moduliuoti paties Bcl-2 funkcijas arba neleisti tokiems sujungtiems baltymams sąveikauti su kitais baltymais. Tarp tokių Bcl-2 prijungiamų baltymų gana svarbus yra Apaf-1 (pro-apoptotic protease activating factor). Šis baltymas yra susijęs su kai kurių iniciatorinių kaspazių neaktyviomis zimogenų formomis. Galvojama, kad citochromui c išsiskyrus iš mitochondrijų (po žūties signalo perdavimo), jis jungiasi su Apaf-1 ir jį aktyvina, tuo būdu suaktyvindamas iniciatorinę kaspazę bei paleisdamas proteolitinę kaskadą, sukeliančią ląstelės žūtį.Pagal tokį scenarijų Bcl-2 prisijungimas apsaugo ląstelę nuo žūties, nes jis sujungia Apaf-1 ir blokuoja katalizinę kaspazių funkciją, net jei citochromas c ir išsiskiria iš mitochondrijų. Tokie du antiapoptotinio Bcl-2 veikimo scenarijai - 1) tiesiogiai sulaiko citochromo c išsiskyrimą 2) blokuoja Apaf-1 sukeltą kaspazių aktyvinimą, nepaisant citochromo c išsiskyrimo - nėra vieninteliai.

Negrįžtamo ląstelės pažeidimo mechanizmai: Citoskeleto pažeidimai

Citoskeleto filamentai atlieka "inkarų" vaidmenį, pritvirtindami CM prie ląstelės vidaus. Proteazių suaktyvinimas (dėl intraceliulinio kalcio jonų konc. padidėjimo) gali pažeisti citoskeleto elementus. Esant ląstelės pabrinkimui, tokie pažeidimai, ypač miokardo ląstelėse, sukelia CM atsiskyrimą nuo citoskeleto, kas ląstelę padaro labai jautrią tempimui ir plyšimui.

Citotoksinių T limfocitų sukeliama apoptozė

Citotoksiniai T limfocitai (CTL) atpažįsta svetimus antigenus, esančius infekuotos šeimininko ląstelės paviršiuje. Po atpažinimo jie išryškina Fas ligandą savo paviršiuje ir nužudo ląsteles-taikinius, prisijungdami prie Fas receptorių, kaip jau buvo aprašyta anksčiau. Be to, CTL sukelia ląstelių-taikinių apoptozę sekretuodami perforiną, transmembranines poras atveriančią molekulę, ir "sušvirkščia" savo citoplazmos granules į atakuojamą ląstelę. Serino proteazė granzimas B yra pats citotoksiškiausias komponentas šiame procese. Granzimas B sugeba skaldyti baltymus prie aspartato liekanų ir aktyvuoja daugelį ląstelių kaspazių. Taigi, CTL žudo ląsteles-taikinius apeidami signalų perdavimą ir tiesiogiai sukelia efektorinę apoptozės fazę.

Negrįžtamo ląstelės pažeidimo mechanizmai: Mitochondrijų disfunkcija

Citozolinio kalcio padaugėjimas, susijęs su ATP atsargų išsekimu, sukelia didesni Ca2+ patekimą į mitochondrijas, kas suaktyvina mitochondrijų fosfolipazes bei sukelia laisvųjų riebiųjų rūgščių kaupimąsį. Veikdami kartu, šie veiksniai padidina vidinės ir išorinės mitochondrijų membranų pralaidumą .

Bendrieji biocheminiai mechanizmai: Intraceliulinis kalcis ir kalcio homeostazės sutrikimas

Citozolyje laisvo kalcio yra labai mažai (mažiau nei 0,1 mcmol), tuo tarpu ląstelės išorėje jo yra 1,3 mcmol. Didžioji intraceliulinio kalcio dalis yra sukaupta mitochondrijose ir endoplazminiame tinklelyje. Tokį koncentracijų skirtumą (gradientą) palaiko membranose esančios ir nuo energijos priklausomos Ca++, Mg++ -ATP-azės. Ischemija ir kai kurie toksinai sukelia ankstyvą kalcio koncentracijos citozolyje padidėjimą, paskatindami Ca++ patekimą per plazmos membraną ir išsiskyrimą iš mitochondrijų bei endoplazminio tinklo. Kalcio koncentracija ląstelėje padidėja dėl nespecifinio membranų pralaidumo kalciui padidėjimo. Padaugėjus ląstelėje kalcio yra suaktyvinami kai kurie fermentai, pasižymintys ardančiu ląstelės struktūras poveikiu. Tarp tokiu fermentų reikėtų paminėti fosfolipazes (sukelia membranų pažeidimus), proteazes (ardo membranas ir citoskeleto baltymus), ATP-azes ( skatina ATP atsargų išsekimą) ir endonukleazes (sukelia chromatino fragmentaciją).

Negrįžtamo ląstelės pažeidimo mechanizmai: Reaktyvūs deguonies dariniai

Dalinai redukuoti laisvieji deguonies radikalai yra labai toksiškos molekulės, sukeliančios ląstelės membranų ir kitų jos darinių pažeidimus. Tokių laisvųjų radikalų miokardo ląstelėse ischemijos metu yra nedaug, tačiau jų kiekis labai padidėja atsistačius kraujotakai ( įvykus reperfuzijai;

Išeminis/reperfuzinis pažeidimas

Dalis ischemizuotų ląstelių yra struktūriškai nepakitusios, tačiau jose jau įvykę biocheminiai pokyčiai išryškėja reperfuzijos metu ir tai sukelia jų pažeidimus. Kita galimybė yra ta, kad reperfuzijos metu prasideda nauji žalojantys procesai, kurie ir sukelia ląstelių žūtį. •Naujas pakenkimas reoksigenacijos metu gali prasidėti dėl LDR, kuriuos gamina parenchimos bei endotelio ląstelės bei audinius infiltravę leukocitai, padaugėjimo. Superoksido anijonai reperfūzuotame audinyje gali pasigaminti vykstant nepilnai ir defektyviai deguonies redukcijai pažeistose mitochondrijose ar veikiant leukocitų, endotelio ląstelių ar parenchiminių ląstelių oksidazėms. Ląsteliniai antioksidantiniai gynybos mechanizmai gali būti sužaloti ischemijos metu, kas taip pat skatina radikalų kaupimąsį. •Reaktyvūs deguonies dariniai gali skatinti mitochondrijų pralaidumo didėjimą, kaip jau buvo kalbėta anksčiau, dėl ko vyksta mitochondrijų energizacijos ir ląstelės ATP kaupimosi slopinimas, kas ir sukelia ląstelės žūtį. •Ischeminio proceso metu hipoksinėse parenchimos ir endotelio ląstelėse gaminasi daugiau citokinų ir padidėja adhezijos molekulių ekspresija. Tai skatina polimorfonuklearinių leukocitų kaupimąsį reperfuzuojamuose audiniuose; atsirandantis uždegimas skatina papildomą pažeidimą. Eksperimentiniuose darbuose buvo įrodytas neutrofilų vaidmuo vystantis reperfuziniam pažeidimui. Buvo rasta, kad Ak prieš citokinus ar adhezijos molekules panaudojimas sumažina tokius reperfūzinius pažeidimus.

Apoptozė dėl augimo faktorių trūkumo

Daugelio ląstelių gyvavimas priklauso nuo jų aprūpinimo citokinais ar augimo faktoriais. Nesant tokio faktoriaus, ląstelėje prasideda apoptozė. Pvz., neuronų išlikimas priklauso nuo nervų augimo faktoriaus ( nerve growth factor, NGF) buvimo jų aplinkoje. Jei šio faktoriaus nėra nervų vystymosi metu, vystosi neuronų apoptozė. Pašalinus augimo faktorių, proapoptotiniai Bcl-2 baltymo šeimos nariai iš citozolio patenka į išorinę mitochondrijos membraną ir pakeičia proapoptozinių ir antiapoptozinių šios šeimos baltymų santykį pirmųjų naudai. Toks pokytis padidina membranos pralaidumą, išeina citochromas c ir aktyvuojama proteolizinė kaskada.

Ląstelės pažeidimo priežastys: Genetiniai sutrikimai

Genetiniai defektai, kaip faktoriai, sukeliantys ląstelių pažeidimus, dabar yra vienas iš pagrindinių biologų tyrimo objektų .Genetiniai pokyčiai gali sukelti tokius didelius pokyčius, kaip įgimtus apsigimimus, susijusius su Dauno sindromu arba pasireikšti tokiais subtiliai pokyčiais, kaip vienos amino rūgšties pakeitimu hemoglobine S esant pjautuvinei anemijai. Daugelis įgimtų metabolizmo sutrikimų , kylančių dėl fermentų nenormalumo, yra puikus pavyzdys, kokią reikšmę ląstelių pažeidimui turi subtilūs DNR pokyčiai.

Ląstelės pažeidimo priežastys: Deguonies tiekimo nutrūkimas

Hipoksija yra nepaprastai svarbi ir dažna ląstelių pažeidimo ir žūties priežastis; ji pažeidžia aerobinį oksidacinį kvėpavimą. Ischemijos - aprūpinimo krauju sutrikimas dėl sumažėjusios arterinės kraujotakos ar dėl sutrikusio veninio kraujo drenažo audiniuose. Priešingai negu hipoksija, kurios metu glikolizinė energijos gamyba gali tęstis, ischemija sutrikdo metabolinių substratų, tame tarpe ir gliukozės pristatymą-ischemija audinius pažeidžia greičiau negu hipoksija. Viena iš hipoksijos priežasčių yra nepakankamas kraujo oksigenavimas dėl kardio -respiracinio nepakank.. Kraujo sugebėjimo pernešti deguonį praradimas, kaip tai būna anemijų ar apsinuodijus smalkėmis, yra retesnė deguonies pristatymo sutrikimo priežastis, sukelianti žymius pakenkimus. Priklausomai nuo hipoksinės būklės sunkumo, ląstelės gali adaptuotis, būti pakenktos ar žūti. Pavyzdžiui, jei susiaurėja šlaunies arterija, kojos skeleto raumenų masė gali sumažėti (atrofija). Toks ląstelių masės sumažėjimas leidžia atsirasti pusiausvyrai tarp deguonies metabolinių poreikių ir dar įmanomo jo tiekimo lygio. Didesnio laipsnio hipoksija sukelia ląstelių pakenkimus ir jų žūtį.

Negrįžtamo ląstelės pažeidimo mechanizmai: Fosfolipidų praradimas membranose

Ischeminiuose audiniuose negrįžtami ischeminiai pokyčiai siejasi su membranų fosfolipidų praradimu. Tokia degradacija priklauso nuo endogeninių fosfolipazių suaktyvinimo, ką atlieka kalcio jonų padaugėjimas. Fosfolipidų praradimas gali būti ir antrinis dėl nuo ATP atsargų išsekimo priklausomo reacilinimo sutrikimo ar fosfolipidų sintezės de novo sutrikimo.

Ląstelės pakenkimas

Jei ląstelės adaptacinės galimybės yra išsemtos arba adaptacija yra negalima, atsiranda įvykių seka, kuri vadinama ląstelės pakenkimu. Iki tam tikro momento ląstelės pakenkimas yra grįžtamas, tačiau, jei stiprus dirgiklis veikia toliau arba yra pernelyg stiprus, ląstelė pasiekia "mirties tašką", po kurio prasideda negrįžtami pokyčiai ir ląstelės žūtis. Pavyzdžiui, jei kraujotaka tam tikrame širdies raumens segmente nutrūksta 10-15 minučių ir po to atsistato, miokardo ląstelės yra pažeidžiamos, tačiau po kurio laiko atsistato ir veikia normaliai. Jei kraujotaka tokiame segmente neatsistato ir po 1 valandos, prasideda negrįžtami pažeidimai ir daugelis miokardo skaidulų žūva. Adaptacija, grįžtamas pažeidimas, negrįžtamas pažeidimas ir ląstelės žūtis gali būti laikomi progresuojančio ląstelės funkcijos ir struktūros sutrikimo stadijomis

Ląstelės pažeidimo priežastys: Fizikiniai veiksniai

Jiems priklauso mechaninė trauma, ekstremalios temperatūros ( karštis ir didelis šaltis), staigūs atmosferos slėgio pokyčiai, radiacija, elektros šokas ir kt.

Negrįžtamo ląstelės pažeidimo mechanizmai: Lipidų irimo produktai

Jiems priklauso neesterifikuotos laisvos RR, acilkarnitinas ir lizofosfolipidai, kataboliniai produktai, kurie kaupiasi ischemizuotose ląstelėse po fosfolipidų degradacijos. Jie pasižymi detergentiniu poveikiu membranoms. Jie taip pat arba patenka į membranos lipidų dvisluoksnį ar keičiasi su membranos fosfolipidais, sukeldami jos pralaidumo padidėjimą ir elektrofiziologinius pokyčius.

Kontrolės ir integracijos stadija

Ją atlieka specifiniai baltymai, sujungiantieji ląstelės žūties signalus su jų realizavimo programa. Šie baltymai yra labai svarbūs dėl to, kad jų poveikis gali pasireikšti arba "mirties nuosprendžiu" ląstelei, arba signalų atšaukimu. Dalyvaujantys tokioje reguliacijoje baltymai gali turėti klinikinę reikšmę, lemdami ląstelių išgyvenimą ar žūtį svarbių biologinių procesų metu ( pvz., imuninių reakcijų ar navikinio proceso metu) ir tokiu būdu jie gali lemti ligos baigtį. Egzistuoja dvi šios stadijos aiškinimo schemos. Viena iš jų apima tiesioginį signalų perdavimą per specifinius adaptacinius baltymus vykdomajam mechanizmui, kaip tai aprašyta vykstant Fas ir Fas-ligando sąveikai ir T citotoksiniam limfocitui sukeliant ląstelės-taikinio žūtį Antroji schema apima Bcl-2 baltymų šeimą, kuri atlieka svarbų vaidmenį apoptozės reguliavime, pagrindinai veikdami mitochondrijų funkciją .

Negrįžtamo ląstelės pažeidimo mechanizmai: Intraceliulinių aminorūgščių netekimas

Kai kurių aminorūgščių pagausėjimas, ypač glicino, apsaugo hipoksines ląsteles nuo negrįžtamo membranos sužalojimo in vitro. Tai leidžia galvoti, kad tokių aminorūgščių praradimas - o tai įvyksta dėl hipoksijos - skatina membranos struktūrinius pakenkimus. Glicinas taip pat apsaugo ląsteles su išsekusiomis ATP atsargomis nuo letalinio didelių kalcio jonų koncentracijų poveikio

Žuvusių ląstelių pašalinimas

Kaip jau buvo minėta, apoptozinės ląstelės ir jų fragmentai savo paviršiuje turi markerių molekules, dėl ko jas jau labai anksti atpažįsta gretimos ląstelės ar fagocitai. Šis procesas yra efektyvus -žuvusios ląstelės išnyksta be pėdsakų, neatsirandant uždegimui būdingų požymių.

Negrįžtamas pažeidimas: bendrai

Koks bebūtų membranos pažeidimo mechanizmas, to pasėkoje sutrikus jos integralumui,toliau tęsiasi ekstraceliulinio kalcio patekimas į ląstelę. Kai įvyksta ischemizuoto audinio reperfuzija,, kaip dažnai atsitinka in vivo, prasideda didžiulis kalcio srautas į ląsteles. Po reoksigenacijos kalcį intensyviai prisijungia mitochondrijos, kuriuo jos ir apsinuodija, taip pat kalcio jonai inhibuoja ląstelės fermentus, denatūruoja baltymus ir tai sukelia citologinius pokyčius, būdingus koaguliacinei nekrozei.Apibendrinant reikia pabrėžti, kad hipoksija pažeidžia oksidacinį fosforilinimą ir pakenkia svarbių ATP sintezės elementų sintezę. Membranos pažeidimas yra esminis ląstelės žuvimo momentas, o kalcis yra labai svarbus biocheminių ir morfologinių pakenkimų, lemiančių ląstelės žūtį, elementas.

DNR pakenkimų sukelta apoptozė

Ląstelių apšvitinimas ar chemoterapinių vaistų naudojimas sukelia apoptozę, kurios mechanizmas prasideda nuo DNR pažeidimo ( genotoksinis stresas). Šiame scenarijuje dalyvauja antionkogenas p53. p53 kaupiasi, kai DNR pažeidžiama, ir sustabdo ląstelės ciklą G1 fazėje, kas duoda ląstelei papildomą laiką DNR ištaisymui. Tačiau, jei ištaisymo procesai nepavyksta, p53 sukelia apoptozę. Taigi, p53 normaliai skatina apoptozę, tačiau kai jis yra mutavęs ar jo nėra (kaip tai būna kai kurių auglių ląstelėse), jis skatina ląstelės išgyvenimą. Tokiu būdu p53 atlieka perjungiklio "gyvybė ar mirtis" vaidmenį genotoksinio streso metu. Mechanizmai, kurių pagalba DNR pakenkimas "užveda" ląstelės žūties mechanizmą - kaspazes - yra sudėtingi ir apima transkripcinio reguliavimo funkcijų pokyčius.

Bendrieji biocheminiai mechanizmai: deguonis ir deguonies turintys LR

Ląstelės gamina energiją redukuodamos molekulinį deguonį į vandenį. Šio proceso metu susidaro nedideli kiekiai dalinai redukuotų aktyvių deguonies darinių, kurie yra neišvengiamai susidarantys pašaliniai kvėpavimo mitochondrijose produktai. Kai kurie tokie produktai yra laisvieji radikalai, pažeidžiantys lipidus, baltymus ir nukleino rūgštis. Šie dariniai yra vadinami aktyviais deguonies dariniais. Ląstelėse yra gynybinės sistemos, kurios jas apsaugo nuo pažeidimų, kuriuos sukelia šios medžiagos. Sutrikus pusiausvyrai tarp laisvųjų radikalų gamybos ir radikalus sujungiančių sistemų vystosi oksidacinis stresas, kurissukelia ląstelių pažeidimą.

Negrįžtamas ląstelės pažeidimas:

Negrįžtamas pažeidimas morfologiškai pasireiškia žymiu mitochondrijų pabrinkimu, dideliais CM pažeidimais bei lizosomų pabrinkimu. Mitochondrijų matrikse atsiranda dideli amorfiški sutankėjimai. Po to prasideda masyvus Ca įėjimas į ląstelę, ypač jei ischemijos zonoje prasideda reperfuzija (atsistato kraujotaka). Toliau tęsiasi baltymų, fermentų, kofermentų ir ribonukleininių rūgščių netekimas per hiperpralaidžias membranas. Ląstelės gali netekti metabolitų, kurie yra gyvybiškai svarbūs ATP atsistatymui, tokiu būdu skatinant intraceliulinių makroerginių fosfatų netekimą. Šioje stadijoje atsiranda lizosomų membranų pakenkimas, dėl ko jų f patenka į ląstelės citoplazmą-suaktyvėja rūgščiosios hidrolazės. Lizosomose yra RNRazės, DNRazės, proteazės, fosfatazės, gliukozidazės ir katepsinai -sukelia ląstelės komponentų fermentinį virškinimą. Nors tokie pokyčiai tradiciškai priskiriami mažėjančiam pH (rūgštėjimui), dabartiniai tyrimai rodo, kad ankstyvasis pH sumažėjimas vystantis negrįžtamiems procesams ląstelėje gana greitai pereina į neutralią ar net šarminę reakciją. Iš tikrųjų, acidozė net apsaugo nuo letalios išeities daugelio ischemijos ir reperfuzijos eksperimentinio modeliavimo metu, kaip manoma, dėl to, kad mažas pH inhibuoja kai kurias fermentines reakcijas, kaip pavyzdžiui, fosfolipazės aktyvumą bei mitochondrijų membranų pralaidumo didėjimą. Ankstyvas chromatino fragmentavimasis , kuris taip pat yra stebimas ischemijos metu gali būti paaiškintas ląstelės pH sumažėjimu. Po žūties dideli kiekiai ląstelės f patenka į tarpląstelinę ertmę, o ekstraląstelinės medžiagos patenka į žūvančią ląstelę. Galų gale žuvusią ląstelę gali pakeisti didelės masės, susidedančios iš fosfolipidų mielino figūrų pavidalu. Po to šias mases arba fagocituoja kitos ląstelės, arba jos degraduoja toliau iki RR. Toliau gali išsivystyti RR liekanų kalcifikacija, susidarant Ca muilams. Širdies raumens ląstelėse yra transaminazės, laktatdehidrogenazė, kreatinkinazė, širdžiai specifiški baltymai (troponinai). Todėl serume radus didesnes nei normaliai kreatinkinazės MB ar troponino koncentracijas, galima galvoti apie miokardo infarktą,

Ląstelės pažeidimo priežastys: Cheminiai faktoriai ir vaistai

Net tokie paprasti chemikalai, kaip gliukozė ar valgomoji druska, esant hipertoninėms jų koncentracijoms, gali sukelti ląstelių pakenkimus tiesiogiai ar sutrikdydami elektrolitų homeostazę ląstelėje.Net deguonis, jei jo koncentracija yra pakankamai didelė, yra labai toksiškas. Net labai maži kai kurių cheminių medžiagų, vadinamų nuodais, kiekiai (arseno junginiai, cianidai ar gyvsidabrio druskos) per kelias minutes ar valandas gali suardyti pakankamą mirčiai sukelti ląstelių kiekį. Kitos medžiagos, labai gaila, yra kasdieninės mūsų palydovės: aplinkos ir oro teršalai, insekticidai, herbicidai; industriniai ir profesiniai chemikalai, tokie, kaip CO ir asbestas; socialiniai dirgikliai, iš kurių reikėtų paminėti alkoholį bei narkotikus; didėjantis naudojamų vaistų kiekis.

Normali ląstelė

Normalios ląstelės funkciją ir struktūrą griežtai riboja jos metabolizmo, diferencijavimosi, specializacijos genetinės programos, kaimyninių ląstelių įtaka, metabolinių substratų buvimas ar trūkumas. Tačiau ji paprastai sugeba būti normalioje fiziologinėje aplinkoje, ir būti taip vadinamose normalios homeostazės sąlygose. Stipresni fiziologiniai stresai ar patologiniai dirgikliai gali sukelti visą seriją fiziologinių ir morfologinių ląstelės adaptacinių pokyčių, kurių metu atsiranda nauja stabili pakenkimo būklė, išliekant ląstelės gyvybingumui ir atsirandant jos funkcinėms veiklos moduliacijoms, kaip reakcijai į dirgiklio poveikį. Pavyzdžiui, didžiuliai kultūristų raumenys, išsivystantys kilnojant sunkumus, yra ląstelių adaptacijos pavyzdys: raumenų masės padidėjimas parodo kiekvienos raumens skaidulos dydžio padidėjimą. Darbo krūvis padidina ląstelės komponentų masę, kiekviena skaidula atlieka didesnį darbą ir tokiu būdu apsisaugo nuo pakenkimo. Padidėjusios raumenų skaidulos pasiekia naują pusiausvyros lygį, leidžiantį išgyventi didesnio aktyvumo sąlygose. Toks adaptacinis atsakas yra vadinamas hipertrofija. Priešingai, atrofija yra toks adaptacinis atsakas, kurio metu ląstelės dydis ir funkcinis pajėgumas sumažėja.

Ląstelės pažeidimo priežastys: Imunologinės reakcijos

Nors imuninė sistema saugo mus nuo biologinių faktorių, imuninės reakcijos gali sukelti ir ląstelių pakenkimus. Anafilaksinė reakcija į svetimą baltymą ar vaistus yra vienas iš pavyzdžių, o reakcijos su endogeniniais autoantigenais sukelia visą eilę autoimuninių ligų.

Negrįžtamo ląstelės pažeidimo mechanizmai

Paprastai du momentai lemia negrįžtamumą. Pirmasis iš jų - nesugebėjimas pašalinti mitochondrijų disfunkcijos, kas sukelia žymų ATP atsargų išsekimą, antrasis - dideli ląstelės membranos funkcijų sutrikimai. ATP išsekimas yra būdinga ischemijos pasekmė.Atrodo, kad membranos pažeidimai yra pagrindinis negrįžtamo ląstelės pažeidimo momentas. Mitochondrijų membranų funkcijų netekimas, padidėjęs ekstraceliulinių medžiagų patekimas ir aiškūs plazmos membranos ultrastruktūriniai defektai atsiranda ankstyvose negrįžtamo ląstelės pažeidimo stadijose. Tokius membranų pažeidimus gali sukelti keletas biocheminių mechanizmų.

Ligos, atsirandančios dėl apoptozės nuslopinimo ir pailgėjusio ląstelių išgyvenimo:

Pernelyg menkas apoptozės pasireiškimas gali prailginti nenormalių ląstelių gyvenimą. Tokios ląstelės besikaupdamos gali paskatinti: 1) auglių atsiradimą, ypač karcinomų (vėžių) su p53 mutacijomis ar nuo hormonų priklausomų auglių ( krūties, prostatos, kiaušidžių vėžiai) ir 2) autoimuninių ligų atsiradimą, kurios gali kilti, jei autoimuniniai limfocitai nėra sunaikinami po imuninio atsako.

Anglies tetrachloridas (CCl4)

Plačiai naudojamas sausam drabužių valymui. Jo toksiškumas priklauso nuo to, kad , veikiant P-450, jis virsta labai reaktyviu ir toksiniu laisvuoju radikalu CCl3. Susidarymo vietoje LR sąlygoja polieninių riebiųjų rūgščių , esančių membranos fosfolipiduose, autooksidaciją. Tokiu būdu yra pradedama oksidacinė lipidų dekompozicija ir po reakcijos su deguonimi susidaro organiniai peroksidai (lipidų peroksidacija). Ši reakcija yra autokatalizinė, nes veikiant šiems peroksidams susidaro vis nauji peroksidai. Todėl, suirus lipidams, labai greitai atsiranda struktūriniai ir funkciniai endoplazminio tinklo pakenkimai. Mažiau nei po 30 min. išryškėja baltymų sintezės kepenyse sutrikimas; per 2 val. pabrinksta LET ir ribosomos atsiskiria nuo GET . Lipidų "eksportas" iš hepatocitų sumažėja dėl jų nesugebėjimo sintezuoti apoproteinus ir "sukomplektuoti" jų su TAG ir tokiu būdu paskatinti lipoproteinų sekreciją. Todėl išsivysto kepenų suriebėjimas. Vėliau prasideda mitochondrijų pažeidimas, po ko seka progresuojantis ląstelės pabrinkimas dėl padidėjusio CM pralaidumo. CM pažeidimą sukelia santykinai stabilūs riebieji aldehidai, kurie dėl lipidų peroksidinimo gaminami LET, tačiau sugeba veikti kitur. Tą seka masyvus Ca patekimas į ląstelę ir ląstelės žūtis.

Apoptozės vykdomoji stadija

Proteazės, kurios paleidžia ir vykdo šią apoptozės fazę, yra labai paplitusios įvairių rūšių gyvūnų ląstelėse ir priklauso kaspazių šeimai. Jos yra C.elegans geno ced-3 homologai žinduolių organizme. Terminas kaspazė (caspase) parodo dvi šios enzimų šeimos katalizines savybes: raidė "c" reiškia "cisteino proteazė", o "aspase" demonstruoja jų unikalią savybę skaldyti aspartatinės (aspartic) rūgšties liekanas. Šią šeimą sąlyginai galima padalinti į dvi grupes - iniciatores ir vykdytojas, priklausomai nuo to, kokia eilės tvarka jos yra suaktyvinamos iki įvykstant ląstelės žūčiai. Apoptozę inicijuojančioms kaspazėms priklauso kaspazė 9, kuri jungiasi su Apaf-1, o taip pat kaspazė 8, kuri yra suaktyvinama, susijungus Fas su Fas ligandu. Kaip ir daugelis proteazių, kaspazės egzistuoja neaktyvia (zimogenų) forma ir, kad būtų pradėta apoptozė, turi įvykti aktyvuojantis jų suskaldymas. Prokaspazių hidrolizę gali pradėti kitos kaspazės, tačiau jų aktyvinimas gali būti ir autokatalizinis. Po to, kai suaktyvinama iniciatorinė kaspazė, prasideda fermentinė ląstelės žūties programa ir toliau įvykiai vystosi labai greitai. Vykdančiosios kaspazės suardo ląstelės skeletą, suskaldydamos ląstelės skeleto ir branduolio matrikso baltymus. Branduolyje suaktyvintų kaspazių taikiniais tampa baltymai, dalyvaujantys transkripcijoje, DNR replikacijoje, DNR ištaisyme (reparacijoje). Konkrečiai, kaspazės 3 suaktyvinimas paverčia citoplazminę DNRazę (CAD) aktyvia forma, atskeliant enzimo inhibitorių ir tada atsiranda internukleosominis DNR suskaldymas.

Specifiniai apoptozės pavyzdžiai:

Signalo perdavimas per navikų nekrozės faktoriaus (TNF) šeimos receptorius (TNFR). TNFR šeimai priklauso ne tik tie receptoriai, kurie jungiasi su TNF, bet ir su kitais kliniškai svarbiais ligandais. Kai kurie iš jų inicijuoja apoptozę, kiti - ląstelės proliferaciją, dar kiti - abu šiuos procesus. TNFR pošeimis, į kurį patenka Fas ir TNFR1, turi homologinius citoplazminius "žūties domenus", sudarytus iš 80 AR. Šio pošeimio atstovai lemia dvi ląstelių žūties formas. Žūties signalo perdavimui abiem atvejais yra reikalingas receptorių sujungimas trimeriniu ligandu ir homotipinis tokių receptorių ryšys su citoplazmos "adaptaciniais baltymais", turinčiais atitinkamus žūties domenus (FADD, arba Fas-associated protein with death domain) Tokie adaptaciniai baltymai per atskirus "žūties efektorinius domenus" jungiasi prie atitinkamų domenų (sričių) inicijuojančiose kaspazėse (prokaspazė 8). Tai sukelia autokatalizinę reakciją, kuri galų gale "paleidžia" vykdomąją apoptozės fazę.

Grįžtamas ląstelės pažeidimas

Sumažėjus deguonies kiekiui ląstelių viduje, prarandamas OF ir sumažėja ATP gamyba. ATP atsargų mažėjimas sukelia daugelio ląstelės sistemų veiklos sutrikimus. •Sumažėja nuo energijos priklausomo natrio siurblio aktyvumas ląstelės plazmos membranoje. Sutrikus šiai aktyvaus transporto sistemai (tai įvyksta dėl ATP atsargų išsekimo ir ATP-azės aktyvumo padidėjimo), natris kaupiasi ląstelės viduje, o kalio jonai iš jos išeina. Kartu su Na daugėja vandens, ląstelė pabrinksta, išsiplečia ET. Didinant ląstelės pabrinkimą dar veikia ir antrasis mechanizmas, kuris dar labiau didina intraceliulinį osmozinį slėgį - ląstelėje kaupiasi katabolitai - neorganiniai fosfatai, laktatas, purino nukleotidai. •Pažeidžiama ląstelės energijos apykaita. Kai deguonies kiekis ląstelėje sumažėja, OF sutrinka ir ląstelės gamina energija tik glikolizės būdu. Anaerobinį metabolizmą įjungia energijos gamybos proceso metabolitai, veikiantieji glikolizės mechanizmus. Ląstelinio ATP sumažėjimas ir su tuo susijęs AMP padaugėjimas stimuliuoja fosfofruktokinazės ir fosforilazės aktyvumą. Tai sukelia AN glikolizės suaktyvėjimą -padidinama ATP gamyba iš gliukozės, kuri gaminasi iš glikogeno. Jo atsargos greitai išsenka. Glikolizė sukelia laktato ir neorg. fosfatų kaupimąsį. Tai sumažina intraceliulinį pH. •Sekantis reiškinys - baltymus sintezuojančio aparato struktūriniai pokyčiai, pasireiškiantys ribosomų atsiskyrimu nuo grūdėtojo endoplazminio tinklo ir polisomų subyrėjimas į monosomas, su dėl to atsirandančiu baltymų sintezės sumažėjimu. •Funkcinės pasekmės gali atsirasti esant grįžtamam ląstelės pažeidimui. Širdies raumuo nebegali susitraukti jau praėjus 60 s po vainikinių kraujagyslių užsikimšimo.

TNF sukelta apoptozė

Vieno iš TNF receptorių (TNFR1) suaktyvinimas citokinu TNF sukelia apoptozę, paskatindamas receptoriaus asociaciją su adaptaciniu baltymu TRADD (angl. TNFR-adapter protein with death domain). Kaip ir Fas-FasL sistemoje, TRADD, savo ruožtu, jungiasi su FADD ir sukelia apoptozę, aktyvindamas kaspazes. Priešingai negu FAS, kai kada TNFR1 susijungimas su TRADD sukelia prisijungimą prie kito adaptacinio baltymo, sukeliančio svarbaus branduolio transkripcijos faktoriaus kapa B aktyvaciją, sukeldamas jo inhibitoriaus suirimą Aiškaus atsakymo nėra, tačiau konstitucinis aktyvuoto NF-kB buvimas (kaip tai būna augliuose), atrodo, skatina ląstelės išgyvenimą. Be to, kai kurie žmogaus ląstelių apoptozės inhibitorių homologai, kaip neuronų apoptozę inhibuojantis baltymas (NAIP; angl. neuronal apoptosis inhibitory protein) slopina TNF sukeltą ląstelės žūtį. Tokių inhibitorių reikšmės įrodymu gali būti genetinės ligos, spinalinės raumenų atrofijos, buvimas, kurios metu NAIP mutacijos lemia, bent dalinai, nugaros smegenų motoneuronų praradimą, būdingą šiai ligai.

Apoptozė apibendrintai

apoptozė yra savarankiška ląstelės žūties forma, kurios metu pasireiškia būdingos chromatino kondensacija ir DNR fragmentacija; kurios funkcija yra pašalinti ląsteles vykstant normaliam vystymuisi, organogenezei, imuninei funkcijai, audinių augimui, tačiau ši funkcija gali sutrikti veikiant patologiniams dirgikliams. Apoptozės mechanizme išskiriamos kelios svarbios stadijos: pirma, yra daugelis būdų, kaip sukelti ląstelės žūtį; antra, šiame mechanizme yra kontrolės stadija, kurios metu nustatomas tam tikras apoptozės sukėlimo slenkstinis lygis, keičiant įvairių teigiamų ir neigiamų reguliatorių ekspresiją, tame tarpe ir Bcl-2 baltymų šeimos ; trečia, yra pastovi vykdomoji fazė, apimanti kaspazių aktyvinimą, kas ir sukelia terminalinę proteolizę. Po to apoptoziniai kūneliai yra makrofagų fagocituojami nuo receptorių priklausomu mechanizmu.

Apoptozė: bendrai

ląstelių žuvimo forma, kurios paskirtis yra nepageidaujamų šeimininko ląstelių pašalinimas, suaktyvinant koordinuotus ir iš anksto užprogramuotus pokyčius ląstelėje, kuriuos lemia tam tikrų ląstelės genų produktai. Apoptozė normaliai pasireiškia: 1) vystymosi metu; 2) tai yra mechanizmas, padedantis išlaikyti tam tikrą ląstelių populiacijos kiekį audiniuose; 3) imuninių reakcijų metu; 4) kai ląsteles pažeidžia ligos ar kiti žalojantys faktoriai; 5) senėjimo metu. Šis procesas vyksta daugelio fiziologinių, adaptacinių ir patologinių procesų metu: •embriogenezės metu, implantacijos, organogenezės metu ar vykstant jų involiucijai. •nuo hormonų priklausoma involiucija suaugusiame organizme, pvz., endometriumo ląstelių žuvimas menstruacinio ciklo metu, kiaušidžių folikulų sunykimas menopauzės metu, krūtų regresija po maitinimo nutraukimo, prostatos atrofija po kastracijos. • ląstelių pašalinimas iš proliferuojančių jų populiacijų, • ląstelių žuvimas augliuose, pvz., jų regresijos metu. • neutrofilų žuvimas ūmių uždegiminių reakcijų metu. • imuninių ląstelių žuvimas, paliečiantis tiek T-, tiek ir B-limfocitus ir įvykstantis jų aplinkoje išnykus citokinams, autoreaktyvių T limfocitų sunaikinimas čiobrialiaukėje. •ląstelių žūtis veikiant Tctx l - transplantato atmetimo ir "transplantatas prieš šeimininką" reakcijų metu. •patologinė parenchiminių organų atrofija dėl jų latakų užsikimšimo - kasoje, seilių liaukose, inkstuose. *ląstelių pažeidimas kai kurių virusinių ligų metu, pvz., virusinių hepatitų metu- apoptotinės kepenų ląstelės yra vadinamos Konsilmeno (Councilman) kūneliais. •Ląstelių žuvimas veikiant daugeliui žalojančių veiksnių, naudojant mažas jų dozes; įprastinės ir didelės šių faktorių dozės sukelia ląstelių nekrozę, pvz., karštis, radiacija, citotoksiniai priešvėžiniai preparatai, hipoksija ir pan.

Acetaminofenas ( Tylenol, Paracetamol, Doliprane ir kt.)

yra dažnai naudojamas analgetikas, kuris detoksikuojamas kepenyse sulfatavimo ir gliukuronidavimo būdais. Nedideli jo kiekiai citochromo P-450 yra oksiduojami į elektrofilinį labai toksišką metabolitą. Šis metabolitas yra detoksikuojamas jam sąveikaujant su GSH (redukuotu gliutationu). Jei sunaudojama didelė šio vaisto dozė, GSH išsenka ir toksinis metabolitas kaupiasi ląstelėse, suardo nukleofilines makromolekules ir kovalentiškai jungiasi su baltymais ir nukleino rūgštimis. GSH koncentracijos sumažėjimas kartu su kovalentiniu toksinių metabolitų prisijungimu padidina vaisto toksiškumą ir tai sukelia masyvią kepenų ląstelių nekrozę, paprastai po 3-5 d.nuo toksinės dozės suvartojimo. Šis hepatotoksiškumas siejamas su lipidų peroksidacija ir gali būti sumažintas skiriant antioksidantus, kas rodo, kad oksidacinis pažeidimas svarbesnis nei kov.metabolitų prisijungimas.

Bendrieji biocheminiai mechanizmai: Negrįžtami mitochondrijų pakenkimai

Žinduolių ląstelės yra labai priklausomos nuo oksidacinio metabolizmo, nepaisant glikolizinio metabolizmo. Todėl nepataisomi mitochondrijų pakenkimai būtinai sukelia ląstelės žūtį. Jas gali pažeisti padidėjusi citozolinio kalcio koncentracija, oksidacinis stresas, fosfolipidų suirimas veikiant fosfolipazei A2 ir sfingomielinui, bei tokiu atveju susidarantys lipidų irimo produktai, tokie kaip laisvos riebiosios rūgštys ir ceramidas. Mitochondrijų pažeidimas dažnai pasireiškia atsiveriant jose didelio pralaidumo kanalams ir didėjant mitochondrijų vidinės membranos pralaidumui. Nors šis procesas pradžioje yra grįžtamas, tokios neselektyvios poros tampa pastoviu reiškiniu jei žalojantieji faktoriai veikia ilgesnį laiką, ir jos sutrikdo mitochondrinio protonų pernešimo mechanizmo veiklą (potencialą). Šis potencialas yra būtinas OF mitochondrijose - negrįžtamas mitochondrijų membranų pralaidumo padidėjimas yra mirtinas smūgis ląstelei. Mitochondrijų pažeidimas taip pat siejamas su citochromo c išsiskyrimu į citozolį. Kadangi citochromas c yra tirpus ir taip pat jis yra sudėtinis elektronų transporto grandinės komponentas, jis gali paleisti apoptozės procesą citozolyje.

Bendrieji biocheminiai mechanizmai: ATP išsekimas

•ATP išsekimas. Makroerginiai fosfatai ATP formos pavidalu yra būtini daugeliui sintezės ir degradavimo procesų ląstelėje. Tai liečia transportą per membranas, baltymų sintezę, lipogenezę, deacilinimo-reacilinimo reakcijas, būtinas fosfolipidų apykaitai. ATP gaminama dviem būdais. Žinduolių ląstelėse pagrindinis iš jų yra adenozino difosfato (ADP) OF, kuris pasireiškia deguonies redukcija mitochondrijų elektronų pernešimo sistemoje. Antrasis būdas - tai glikolizė, kurios metu vyksta ATP gamyba nesant deguonies, tam panaudojant gliukozę ar iš kūno skysčių, ar susidarančią vykstant glikogeno hidrolizei. Todėl audiniai, pasižymintys didesnėmis glikolizės galimybėmis (pvz., kepenys), turi aiškų pranašumą tais atvejais, kai dėl ląstelės pažeidimo sutrinka oksidacinis metabolizmas. ATP atsargų išsekimas ir sumažėjusi ATP sintezė yra labai dažna ischeminio ir toksinio pažeidimo pasekmė.

Laisvieji radikalai gali susidaryti ląstelių viduje šiais atvejais:

•Absorbuojant radiacinę energiją ( UV, Ro spindulius). Pvz., jonizuojanti radiacija gali hidrolizuoti vandenį į hidroksilo (OH.) ir vandenilio (H.) laisvuosius radikalus. •Vykstant fermentiniam egzogeninių cheminių medžiagų ar vaistų metabolizmui ( pvz., iš anglies tetrachlorido gali susidaryti [CCl3.], kaip tai aprašoma toliau ). •Redukcijos-oksidacijos reakcijose, vykstančiose normalių metabolinių procesų metu. Pvz., vykstant normaliam kvėpavimui, molekulinis deguonis yra palaipsniui redukuojamas pridedant keturis elektronus, kad susidarytų vanduo. Šio proceso metu susidaro nedaug toksinių tarpinių produktų; tarp jų pažymėtini superoksido anijono radikalas (O2-), vandenilio peroksidas (H2O2) ir hidroksilo jonai (OH.) Staigūs superoksido gamybos "sprogimai" įvyksta aktyvuotuose polimorfonukleariniuose leukocituose uždegimo metu. Tai įvyksta tiksliai reguliuojamos reakcijos plazmos membranoje metu, kai jos multiproteininis kompleksas panaudoja NADPH oksidazę redukcijos-oksidacijos reakcijai. Kai kurios intraceliulinės oksidazės ( kaip ksantinoksidazė) generuoja superoksido radikalus kaip savo veiklos rezultatą. •Pernešantieji metalai, kaip geležis ir varis, atiduoda ar paima laisvus elektronus intraceliulinių reakcijų metu ir katalizuoja laisvųjų radikalų susidarymą, kaip tai vyksta Fentono reakcijos metu. Kadangi didžioji dalis viduląstelinės geležies yra trivalentėje būklėje (Fe3+), ji pirmiausia turi būti redukuota iki dvivalentės (Fe2+), kad galėtų dalyvauti Fentono reakcijoje. Tokią redukciją gali paskatinti superoksidas, todėl geležis ir superoksidas yra reikalingi, kad sukeltų maksimalų oksidacinį ląstelės pažeidimą. •Azoto oksidas (NO) , labai svarbus cheminis mediatorius, gaminamas endotelio ląstelėse, makrofaguose, neuronuose ir kitų tipų ląstelėse ( 3 skyrius), gali veikti kaip laisvasis radikalas arba jis gali būti konvertuotas į labai reaktyvų peroksinitrito anijoną (ONOO-) ar NO2. ir NO3- .

Mechanizmai LR šalinti:

•Antioksidantai, kurie arba nuslopina LR susidarymą arba inaktyvuoja (pvz., sujungia) LR ir užbaigia žalojantį poveikį. Pavyzdžiu gali būti riebaluose tirpūs vitaminai E ir A bei citozolyje esantys askorbo rūgštis ir gliutationas. •Metalų jonų reaktyvumą sumažinaprisijungimas prie juos transportuojančių ir kaupiančių baltymų (transferino, feritino, laktoferino, ceruloplazmino), sumažėja OH. susid • Kai kurie fermentai atlieka LR "šiukšlių dėžės" vaidmenį ir suardo H2O2 ir superoksido anijonus. Šie fermentai randami prie oksidantų generacijos vietų: Katalazė, randama peroksisomose, suardanti H2O2. Superoksidodismutazės randamos daugelio tipų ląstelėse ir superoksidą paverčia H2O2. Šiai grupei priklauso mangano superoksidodismutazė, esanti mitochondrijose ir vario-cinko superoksidodismutazė, randama citozolyje. Gliutationo peroksidazė taip pat apsaugo nuo pažeidimų, katalizuodama laisvųjų radikalų irimą . Viduląstelinis oksiduoto gliutationo (GSSG) ir redukuoto gliutationo (GSH) santykis parodo ląstelės oksidacinę būklę ir yra svarbus, sprendžiant apie ląstelės galimybes detoksikuoti aktyvius deguonies laisvuosius radikalus

Apoptozė

•Apoptozė išsivysto, kai ląstelė žūva dėl endogeninio jos "savižudybės" mechanizmo suaktyvinimo. Tai yra tiksliai organizuotas mechanizmas, skirtas nepageidaujamų ląstelių pašalinimui embriogenezės ir kitų fiziologinių procesų metu. Pasmerktos ląstelės yra pašalinamos minimaliai pakenkiant aplinkinius audinius. Tačiau šis procesas vyksta ir patologijos metu, o kartais kartu su nekroze. Pagrindiniai morfologiniai pokyčiai apoptozės metu yra chromatino kondensacija ir fragmentacija. Nors apoptozės ir nekrozės mechanizmai skiriasi, kaip tai pamatysime vėliau, tarp šių procesų yra tam tikri bendrumai. Neseniai buvo pasiūlytas naujas terminas - onkozė - norint apibūdinti priešmirtinius pokyčius, vykstančius nekrotizuojančios ląstelės žūčiai.

Cheminės medžiagos sukelia ląstelių pažeidimus dviem pagrindiniais mechanizmais:

•Kai kurios cheminės medžiagos gali veikti tiesiogiai , jungdamosios su svarbiais ląstelės molekuliniais komponentais ar organelėmis. Pvz., apsinuodijus HgCl , Hg jungiasi prie ląstelės membranos -SH grupių bei kitų baltymų, padidindamas membranos pralaidumą ir slopindamas nuo ATP priklausomą transportą. Tokiais atvejais didžiausi pažeidimai atsiranda ląstelėse, kurios naudoja, absorbuoja, ekskretuoja ar koncentruoja chemines medžiagas. HgCl ypač pakenkia VT ir inkstus. Cianidai paveikia mitochondrijų citochromooksidazę ir blokuoja oksidacinį fosforilinimą. Daugelis priešnavikinių chemoterapinių preparatų ir antibiotikų taip pat sukelia ląstelių pažeidimus, veikdami tiesiogiai citotoksiškai. •Dauguma cheminių medžiagų nėra biologiškai aktyvios, tačiau organizme iš jų gali susidaryti reaktyvūs toksiniai metabolitai, kurie jau ir veikia ląsteles-taikinius. Tokias modifikacijas dažnai sukelia P-450 mišrios funkcijos oksidazės, esančios kepenų lygiajame endoplazminiame tinkle bei kituose organuose. Nors tokie metabolitai gali žaloti ląstelių membranas, prisijungdami prie jų baltymų ir lipidų tiesiogiai kovalentiškai, tačiau žymiai dažniau jų poveikiai pasireiškia susidarant reaktyviems laisviesiems radikalams su vėliau išsivystančiu lipidų peroksidinimu.

Ląstelės pažeidimo nuostatai

•Ląstelių reakcijos, veikiant žalojantiems dirgikliams, priklauso nuo pažeidimo tipo, jo trukmės ir sunkumo. Pvz., mažos cheminių toksinų dozės ar trumpi ischemijos periodai gali sukelti grįžtamus pažeidimus, kai tuo tarpu didelės tų pačių toksinų dozės ar ilgesnė ischemija gali pasireikšti arba greita ląstelės žūtimi ar lėtais, negrįžtamo pobūdžio pažeidimais, taip pat sukeliančiais ląstelės mirtį. •Ląstelės pažeidimo pasekmės priklauso nuo pažeistos ląstelės tipo, būklės, adaptacinių sugebėjimų. Kaip pažeidžiama ląstelė, pvz., nutrūkus jos aprūpinimui krauju ir išsivysčius hipoksijai ? Skersaruožiai kojos raumenys gali neveikti, jei nutrūksta jų aprūpinimas krauju; taip negali būti širdies raumenyje. Jei dviems asmenims duodama vienoda nuodų (anglies tetrachlorido) dozė, vienam tai gali nesukelti jokio efekto, o kitam - sukelti ląstelių žūtį. Tai gali priklausyti nuo genetinių variacijų, lemiančių kepenų fermentų kiekį ir aktyvumą, o šie skaldo anglies tetrachloridą į toksinius produktus. • jautriausios žalojantiems veiksniams vietos yra šios: 1) ląstelių membranos integralumo palaikymas; 2) AE kvėpavimas, apimantis oks. fosforilinimą ir ATP produkciją mitochondrijose; 3) baltymų sintezė; 4) ląstelės genetinio aparato integralumo išsaugojimas. •Nepriklausomai nuo to, kokioje vietoje ląstelę pažeidžia pirmasis žalojantis ją faktorius, vienos vietos pažeidimas sukelia išplitusius antrinius pakenkimus. Pavyzdžiui, AE kvėpavimo pažeidimas sukelia nuo energijos priklausomo membranos Na siurblio veiklos sutrikimus, kas, savo ruožtu, sukelia ląstelės jonų ir skysčio balanso sutrikimus ir ryškiai pakinta jonų bei vandens kiekiai ląstelėje. •Morfologiniai pokyčiai pažeistoje ląstelėje išryškėja tik po to, kai ląstelėje suardoma tam tikra svarbi biocheminė sistema. Morfologiniai mirtino pažeidimo pasireiškimai užima daugiau laiko, negu tie, kurie atsiranda dėl grįžtamo pažeidimo. Pvz., ląstelės pabrinkimas gali išsivystyti jau po kelių minučių. Aiškūs šviesiniu mikroskopu stebimi ląstelės žūties požymiai neatsiranda miokarde dar 10-12h po visiškos ischemijos išsivystymo, nors mes žinome, kad negrįžtamas pažeidimas atsiranda per 20-60 min.

Nekrozė

•Nekrozė ar koaguliacinė nekrozė yra dažniausias ląstelių žūties tipas, veikiant egzogeniniams dirgikliams, po tokių stresų, kaip ischemija ar cheminis pažeidimas. Ji pasireiškia žymiu ląstelės pabrinkimu ar membranos plyšimu, citoplazmos baltymų denatūracija ir koaguliacija, ląstelės organelių suirimu.

Apoptozės morfologija. Apoptozės metu vyksta sekantys morfologiniai pokyčiai, kurie geriausiai matomi elektronogramose:

•ląstelių sumažėjimas. Ląstelės mažėja, citoplazmatankėja; organelės santykinai normalios, norsglaudžiau supakuotos •chromatino kondensacija. Tai yra būdingiausias pokytis apoptozės metu. Chromatino agregatai kaupiasi po branduolio membrana gerai matomų tankių įvairaus dydžio masių pavidalu. Pats branduolys gali subyrėti, susidarant dviems ar daugiau fragmentų. •citoplazmos "pumpurų" ir apoptozinių kūnelių susidarymas. Pradžioje apoptozinių ląstelių paviršiuje susidaro daugybinės "išvaržos", po to tokios ląstelės subyra į daugelį membraną turinčių apoptozinių kūnelių, kuriuos sudaro citoplazma ir glaudžiai suspaustos organelės; branduolio fragmentų juose gali būti ar nebūti. •apoptozinių ląstelių ar kūnelių fagocitozė. Juos fagocituoja aplinkinės sveikos ląstelės, parenchiminės ląstelės ar makrofagai. Apoptoziniai kūneliai suardomi lizosomose. Aplinkinės sveikos ląstelės migruoja ar proliferuoja ir užima žuvusių ląstelių vietą.