К патологии клеточных мембран приводят нарушения мембранного транспорта, изменения проницаемости мембран, изменения коммуникации клеток и их "узнавания", изменения подвижности мембран и формы клеток, нарушения биогенеза мембран.
И, поскольку в большинстве случаев воздействие любого патогенного (болезнетворного) фактора сопровождается рецепцией патогенной информации на клеточной мембране, поэтому изучение ультраструктурной патологии клетки мы начнем с изучения структурных изменений, наблюдаемых в плазматической мембране.
Нарушение структуры мембран условно можно разделить на: транспортные, функционально-метаболические и структурные.
Нарушение транспортных функций
Процесс мембранного транспорта может быть активным, тогда он требует АТФ и "подвижности" транспортных белков в мембране, или пассивным путем пассивной и облегченной диффузии.
Морфологической основой регуляции проницаемости мембран для ионов является наличие у них особых каналов, имеющих высокую специфичность к ионам кальция, натрия, калия и хлора.
Вода и ионы пересекают ее путем простой диффузии. Такие молекулы, как глюкоза, нуждаются в средствах транспортировки (белки-переносчики).
Проникновение макромолекул биополимеров происходит, главным образом, за счет эндоцитоза. Транспорт веществ с помощью мембран делится на эндоцитоз (внутрь клетки) и экзоцитоз (наружу ее).
Существует три разновидности эндоцитоза:
- Фагоцитоз (дольки более 1 нм);
- Макропиноцитоз (дольки примерно 0,2-0,3 нм);
- Микропиноцитоз (в основном жидкость).
Суть процесса эндоцитоза заключается в том, что при контакте частиц с клеткой, они поглощаются мембраной, с образованием ендоцитозного пузырька. Он видшнуровуеться от плазматической мембраны и поступает внутрь клетки, где сливается с лизосомами, которая выделяет гидролитические ферменты. В этих процессах участвуют все три компонента поверхностного аппарата клетки.
Пиноцитоз (pinein - пить) - инвагинация (впячивания) наружной клеточной мембраны с захватом жидкой субстанции, последовательным смыканием мембраны, видшнуруванням ее и образованием пиноцитозного пузырька. Этот процесс наблюдается в большинстве клеток. Нередко пиноцитозные пузырьки играют роль транспортного средства для жидкостей, пересекающих таким образом порой всю клетку (например, в эндотелии).
Фагоцитоз (phagein - есть) является увлечением клеткой извне и втягиванием в себя какой-либо плотной частицы путем эвагинации (выпячивания) клеточной мембраны и формирования фагоцитозного пузырька.
Судьба фаго-и пиноцитозных пузырьков в большинстве случаев одинакова: сливаясь в цитоплазме клетки с первичными лизосомами они образуют так называемые вторичные лизосомами. Во вторичных лизосомах осуществляется процесс переваривания захваченных частиц с образованием постлизосом-остаточных телец, которые затем выталкиваются из клетки наружу путем экзоцитоза (exo - снаружи).
Возможен еще один вид вывода из клетку наружу. Это явление носит название клазматоза (clastein - повреждать). Ампутация отростков цитоплазмы и высвобождение поврежденных фрагментов внутриклеточных структур.
Реакции фагоцитоза и пиноцитоза могут выступать показателями цитофизиологичнои активности клетки в условиях патологии, а также использоваться как диагностические критерии активности патологического процесса в клинической патоморфологии. Таковы сидерофаги ("клетки сердечных пороков"), зернистые шары, ксантомные клетки, клетки Вирхова, клетки Микулича и др.. Вследствие активной резорбции метаболитов в клетке накапливаются субстраты, которые трудно поддаются утилизации, что приводит к развитию дистрофии клетки.
У человека нарушения транспортных функций предопределяет более двадцати так называемых "транспортных" болезней. Например почечная глюкозурия - повышенное выведение с мочой глюкозы (у здорового человека глюкоза отсутствует в моче, может быть примерно до 1 г); цистинурия, нарушение всасывания глюкозы, витамина В12 и др.)..
Нарушение мембранного транспорта, приводят к патологии клетки, хорошо прослежены при ишемии (малокровия, местная анемия, уменьшение кровоснабжения вследствие недостаточного притока крови, может закончиться инфарктом, гангреной). При ишемии обнаружено первичные изменения в митохондриях. Они отекают, резко уменьшается эффективность окислительного фосфоры
вание, далее повреждения становится тотальным и необратимым.
Ишемическое повреждение митохондрий вызывает разрушение натрий-калиевого АТФ-насоса, постепенного накопления в клетке натрия и потери ею калия. Нарушение натрий-калиевого обмена приводит к вытеснению кальция из митохондрий. Вследствие этого в цитоплазме повышается уровень ионизированного кальция и увеличивается связь его с кальмодулином. В связи с повышением содержания кальций-кальмодулинових комплексов возникают некоторые изменения в клетке: различия клеточных стыков, поглощение кальция митохондриями, изменения микротрубочек и микрофиламентов, активация фосфолипаз. Вследствие накопления воды и ионов эндоплазматической сетью расширяются ее канальцы и цистерны, возникает гидропическая дистрофия. Усиление гликолиза сопровождается истощением гликогена, накоплением лактата и снижением клеточного рН. С этими изменениями связано нарушение структуры хроматина и уменьшение синтеза РНК. Необратимые ишемические повреждения клетки связаны с гидролизом мембран, особенно мембранных липидов, под влиянием фосфолипаз. При этом возникают нарушения лизосомальных мембран с освобождением гидролаз.
К нарушениям транспортных функций ведет изменение проницаемости мембран.
Проницаемость мембран зависит от целостности поверхностного аппарата клетки: гликокаликса и фосфолипидного биошару, взаимодействию мембранных белков с цитоскелетом. Изменения проницаемости могут быть тяжелыми (необратимыми) или поверхностными (обратными). Наиболее изученной моделью изменения мембранной проницаемости является повреждение тяжелыми металлами (ртуть, уран и др..) И их солями. Тяжелые металлы, которые взаимодействуют с сульфгидрильными группами мембранных белков, изменяют их конформацию и резко увеличивают проницаемость мембран для натрия, калия, хлора, кальция и магния, что приводит к быстрому набуханию клеток, распаду их цитоскелета. Подобные изменения мембран обнаруживаются при повреждении их комплементом ("болезни гиперчувствительности"). В мембранах возникают "бреши", что снижает их сопротивление и резко увеличивает проницаемость.
Изменения коммуникации клеток и их "узнавания". Образования клеточных агрегатов и распознавания "своих" и "чужих" - необходимое свойство клеточной кооперации. Значительную роль в этом играет гликокаликс, где находятся поверхностные антигены-маркерами соответствующего типа клеток.
Известно, что при воспалении и регенерации, в опухолях могут варьироваться тип поверхностного антигена и его "доступность" со стороны внеклеточного пространства. Установлено, что при исчезновении характерных для данного типа клеток антигенов могут появляться "эмбриональные" и аномальные (например, карциноэмбриональный) антигены.
Одной из важных функций плазмолемы есть рецепторная. На сегодня известны уже некоторые болезни, причиной которых является отсутствие или блокада рецепторов клеток.
Блокада рецепторов клетки нередко вызывают ауто-антитела. Например миостения, в развитии которой участвуют антитела к холинергических рецепторов нервно-мышечных синапсов или инсулин-резистентный сахарный диабет, при котором антитела к рецепторам инсулина блокируют их, в результате чего инсулин не может с ними связываться и не-происходит утилизация глюкозы.