2.1.2. Некоторые эффекты, связанные со снижением интенсивности дыха-ния и другими особенностями биоэнергетики предопухолевых и опухолевых клеток

, можно прогнозировать. Прежде всего, следует ожидать в них дальней-шего уменьшения потребления О2 митохондриями (в сравнении с таковым в клетках при нормальном их старении) и как принципиально важное следствие этого более выраженного повышения внутриклеточного рО2.

На достоверную связь между интенсивностью митохондриального дыхания (содержанием митохондрий) и потреблением О2 клеткой убедительно указы-вают и такие факты (Hoppeler et al., 1987). В состоянии покоя потребление О2 в изолированной мышце кошки с преобладающим гликолитическим метаболиз-мом (тип I) в 3-5 раз меньше, чем в мышце с преимущественным окислитель-ным метаболизмом (тип II) и мышце I, трансформированной в II под действием низкочастотной электростимуляции (тип III). Оказалось, что объём митохон-дрий в мышце типа I составляет лишь 1/2 от их объёма в мышце II и 1/3 от объёма митохондрий в мышце III. Значительных различий (в величинах площадей наружной и внутренней мембран, приходящихся на единицу объёма) в структуре митохондрий у различных видов мышц не обнаружено.

Характер изменения величины рО2 в самих «дышащих» опухолевых клет-ках от потребления ими О2 принципиально не отличается от указанного выше. Об этом свидетельствуют следующие материалы (Zander et al., 1978). Клетки карциносаркомы инкубировали при рО2, равном 660 мм рт. ст. Потребление ими О2 регулировали путём изменения температуры от 4 до 40оС. Уже при 37оС внутриклеточная концентрация О2 оказалась низкой, а вокруг каждой опухо-левой клетки образовывалась зона, в которой рО2 было значительно ниже, чем в остальном пространстве, Эта гипоксическая область расширялась до 3,2 мкм вокруг сферической клетки диаметром ~14 мкм, если потребление О2 увели-чивалось с повышением температуры до 40оС. При 4оС потребление О2 было минимальным, и в этом случае внутриклеточная концентрация О2 становилась равной внеклеточной.

Таким образом, подобно тому, как в любой ёмкости с входным и выходным патрубками для протекания какого-либо газа давление будет снижаться при увеличении потребления этого газа и, наоборот, повышаться при уменьшении его расхода, рО2 внутри клетки и потребление ею О2 находятся в обратной зависимости. Последняя носит односторонний характер, т. е. справедлива, если реализуется только лишь по «инициативе» самой клетки путём изменения ею потребления О2. Указанная, по существу, тривиальная зависимость отражает фундаментальный закон диалектического материализма – закон сохранения вещества и энергии применительно к обсуждаемым здесь связанным биохими-ческим процессам в клетке.

2.1.3. Из постулируемой нами модели следует, что в клетках неоплазмы воспроизводится состояние фиктивной гипоксии, при которой даже избыток О2 не может быть эффективно использован для дыхания, а степень повышения рО2 в значительной мере определяется степенью инактивации дыхательных ферментов и деградации митохондрий.

Следует особо отметить, что в своей биохимической теории рака Варбург прошёл мимо указанных идей, особенно ключевой идеи о внутриклеточной гипероксии, детерминируемой снижением интенсивности дыхания. От утверж-дения о неполноценности дыхания он не перешел к мысли о накоплении в клетке кислорода вследствие уменьшения его потребления митохондриями. Более того, согласно точке зрения Варбурга, возникновение опухолей связано с фактическим постоянным недостатком О2, вызванным теми или иными затруд-нениями в снабжении О2, развитием в этих условиях высокой гликолитичес-кой активности, которая компенсирует возникший дефицит энергии. В таком состоянии теория Варбурга была не способна обобщить и объяснить многие принципиальные факты канцерогенеза и механизм злокачественного пере-рождения клеток в целом.

Пространственно-временнόе распределение общего снижения дыхания в митохондриях опухолевой клетки, по-видимому, никем ещё не исследовалось. Если исходить из того, что с физико-химической и структурной точек зрения в составе митохондрий выделяется элементарная единица митохондриальной активности (см. Струков, Пауков, 1969; Озернюк, 1978), то указанная дыхатель-ная недостаточность определяется числом инактивируемых и, следовательно, выключаемых из системы параллельно функционирующих элементарных час-тиц по производству АТР.

Процесс «выбивания» отдельных элементарных частиц митохондриальной активности экзогенными или эндогенными канцерогенными факторами вначале определяется, по-видимому, случайными обстоятельствами и, в частности, зависит от характера распределения этих факторов в мембранах со встроенными в них элементарными «генераторами» АТР. Однако после того как в клетке устанавливается состояние гипероксии и пероксидации, выпадение липидо-зависимых элементарных частиц должно (по крайней мере, в пределах одной митохондрии) распределяться по площади указанных мембран более или менее равномерно. Но в любом случае снижение дыхания в малигнизируемой и опухолевой клетках может происходить только дискретно, пропорционально количеству выводимых из строя элементарных структурных единиц митохон-дриальной активности.

Обсуждаемой модели канцерогенеза, казалось бы, противоречат известные материалы, согласно которым рО2 в опухолях относительно низкое, причём в направлении от глубинных областей к периферии оно повышается (Шапот, 1975). Подавляющее большинство исследователей считает, что гипоксия является чуть ли не врождённым свойством опухолевых клеток, постоянно якобы находящихся в режиме фактического кислородного голодания.

Аналогичные наблюдения приводят и другие исследователи. Так, методом, основанным на послеоперационной перфузии, выявлены пролиферативные зоны в аденокарциноме почки человека. В диффузионную жидкость, приво-димую в движение насосом, добавляли Н- или С-тимидин. Пролиферативные зоны определяли на радиоавтографах. Установлено, что размножающиеся клетки в различных зонах опухоли располагались преимущественно около поддер-живающей стромы. Индекс метки уменьшался в направлении от сосудов к периферии солидных опухолевых тяжей и был наиболее интенсивен в участках опухоли, прилежащих к нормальной ткани почки (Rabes et al., 1978). В другой работе (Hirst, Denekamp, 1979) в опытах на мышах с перевиваемой карциномой КНН показано, что опухоли образуют вокруг сосудов муфты, состоящие из 6-7 слоев клеток и окружённые очагами некрозов.

При изучении в динамике ультраструктурной перестройки кровеносных капилляров мозга животных с имплантированными в правое полушарие пилю-лями с диметилбензантраценом в эндотелиальных клетках обнаружен ряд стру-ктурных изменений. Они свидетельствовали об активном участии располо-женных вблизи канцерогена капилляров в развитии предракового процесса, заканчивающегося образованием у большинства животных опухолей вокруг указанной пилюли с канцерогеном (Марданова, 1980). Следовательно, нормально действующие кровеносные сосуды необходимы как на стадии возникновения, так и для поддержания активного размножения и роста опухолевых клеток, локализованных вблизи этих сосудов. О зависимости роста опухолевой массы от наличия и развития полноценных мелких сосудов показывает и такой расчёт. В различных опухолях один эндотелиоцит, секретируя фактор роста сосудистого эндотелия и, следовательно, поддерживая развитие сосудов, обеспечивал существование 5-50 опухолевых клеток. На основании этих и других данных автором работы (Folkman, 1998) предложен общий механизм регуляции массы ткани эндотелиоцитами сосудов.

В целом развиваемые нами представления приводят к выводу о том, что на периферии опухолей и вдоль нормально функционирующих в них кровеносных сосудов должен существовать определённый, непрерывно воспроизводимый слой гипероксических опухолевых клеток, величина рО2 в которых постоянно превышает таковую в гомологичных им нормальных клетках. Эта особенность клеток активных зон опухолей должна, как видно из предыдущего, отражать принципиальнейший момент в возникновении и характере роста новообразований. Она предопределяет, в частности, устойчивое распространение опухолевого процесса «вширь» за счёт незатухающей активности периферийного слоя. О толщине его можно лишь догадываться, однако представляется всё же, что слой этот достаточно тонкий и в каждой конкретной неоплазме варьирует как в процессе её роста, так и в разных участках по её периферии. Например, по давним сведениям (Франкфурт, 1975), в гепатоме 22 мышей периферийные участки опухоли с высоким индексом метки занимают лишь слой толщиной в 20-30 клеток. Очевидно, чем больше объём опухоли, тем меньшую долю в нём будет занимать узкий активно растущий периферийный слой. При анализе усреднённых проб из опухоли указанный малообъёмный активный слой окажется, скорее всего, скрытым. С изложенным выше согласуются и данные по изучению роста in vitro клеток астроцитарной глиомы крысы в течение 50-311 ч (Bru et al., 1998). Опухоли, возникавшие в культуральной среде, росли главным образом за счёт образующих их контур клеток. Локальная кривизна опухолевой поверхности определялась способностью делиться именно периферийных клеток, а сверхнеровный рост опухолей связан, несомненно, с различной активностью периферийного слоя на разных его участках.

И ещё. Активный неконтролируемый рост периферийных клеток опухоли воспринимается сначала как феномен, не совместимый с упомянутым выше снижением в их митохондриях числа элементарных единиц по производству ATP. Однако имеющиеся факты говорят об обратном, т. е. о том, что падение уровня ATP – необходимый регуляторный момент для начала и облегчения репликации ДНК, а повышение уровня ATP в ядерном компартменте угнетает репликацию ДНК и клеточную пролиферацию (см. п. 1.1.2). Данное положение подтверждается и следующим фактом. Иммортализованные фибробласты че-ловека (линия KMST-6) под влиянием ATP (0.4 ммоль/л) заметно снижали скорость пролиферации, синтез же их ДНК оказывался супрессированным (Li J.-W., 2000).