МИТОХОНДРИИ

Митохондрии — этоструктуры,ограниченныедву- мя мембранами — внешней и внутренней, имеют форму цилиндра диаметром 0,5-1 нм и длиной 2-5 нм. Число, форма и величина митохондрий широко варьируют в различныхклетках.

Митохондрии — это индикаторы функционального состояния клеток, наиболее чувствительные к агрессии. Известно, что одним из первых признаков аутолиза (гибели) клетки является вакуолизация митохондрий. Хотя митохондрии и относятсякстабильным структурам, в клетках происходит их постоянное обновление. Деструкция (разрушение) избыточного числа митохондрий осуществляется при помощи процессов ауто- фагии вакуолями, которые играют роль вторичныхли- зосом.

Митохондрии — это «энергетические станции», которые непосредственно участвуют в обмене через цикл Кребса и системы транспорта электронов дыхательной цепи. Производимая ими энергия конвертируема и накапливается внутри молекул ΑΤΦ в виде богатых энергией фосфатных соединений (макроэргичес- ких связей). АТФ производится фосфорилированием АДФ; эта реакция связана с окислением восстановленных веществ в дыхательной цепи ферментов. Для этого требуется кислород.

Повреждения митохондрий

Нарушения, которые вызывают повреждения синтеза АТФ, обозначены буквами, описание смотреть в тексте.

A. Гипогликемия: Глюкоза — главный субстрат для производства энергии e большинстве тканей и единственный источникэнергии в клеткахголовного мозга — нейронах. Поэтому низкий уровень глюкозы в крови (гипогликемия) приводит к недостаточному производству АТФ, которое является наиболее ощутимым в мозге.

Б. Гипоксия: Недостаток кислорода в клетках (гипоксия) может возникать при:

1) наличии механической преграды для дыхания или болезней легких, которые сопровождаются нарушением оксигенации крови;

2) ишемии, или нарушении притока артериальной крови ктканям в результате общих нарушений циркуляции или возникновения местной преграды для тока крови;

3) анемии (то есть, при снижении количества эритроцитов и/или уровня гемоглобина в крови), что приводит к снижению транспорта кислорода кровью;

4) нарушении структуры гемоглобина (например, при отравлении угарным газом (CO), при котором образуется карбоксигемоглобин, не способный к переносу кислорода).

B. Ингибирование ферментов: например, отравление цианистым калием. Цианистый калий ингибирует цитохромоксидазу, конечный фермент в дыхательной цепи, что приводит к острому дефициту АТФ во всех клеткахорганов и быстрой смерти.

Г. Разобщение окислительного фосфорилирования: разобщение окисления и фосфорилирования происходит или путем химических реакций, или путем физического отделения ферментов от митохондриальной мембраны. Митохондриальное набухание, которое является общим признаком для большинства типов повреждений, является причиной разобщения окислительного фосфорилирования.

Виды повреждений митохондрий

Различают следующие структурные изменения митохондрий (рис. 2.4):

— увеличение числа и размеров;

— образование мегамитохондрий;

33

— изменение формы;

— изменения структуры крист митохондрий.

Увеличение числа и размеров митохондрий. Избыточное увеличение числа митохондрий можно наблюдать в оптическом микроскопе. Это проявляется появлением в цитоплазме клеток оксифильных гранул. Такие клетки известны как онкоциты или, например, в щитовидной железе, как клетки Гюртля. Они имеют обильную цитоплазму, ядро в них часто отодвинуто к периферии. Онкоциты выявляются часто в щитовидной, паращитовидных, слюнных, бронхиальных и молочных железах. B секретирующих клетках онкоцитарная трансформация свидетельствует об изменении белкового синтеза. Клетки, цитоплазма которых богата митохондриями, встречаются и при других патологических состояниях (гипертрофия, воспаление, опухоли).

Мегамитохондрии. Митохондрии способныкауто- репликации как пластиды (аналог митохондрий) растительных клеток. Они могут расти и делиться, достигать гигантских размеров, иногда больше чем ядро — это и есть мегаметахондрии. B световом микроскопе их можно увидеть в виде светлых круглых, очень оксифильных шариков. Мегамитохондрии встречаются, например, в гепатоцитах при алкоголизме и при циррозах печени, в эпителиальных клетках канальцев почек при нефротическом синдроме, при дефиците рибофлавина, при интоксикации бромидами, при некоторых мышечных заболеваниях.

Изменение формы митохондрий чаще всего обусловлено их набуханием.

Набуханиемитохондрий. Оно связано с проникновением в митохондрию воды. Набухание необходимо дифференцировать от истиного увеличения объема митохондрий, известного под названием мегамитохондрии. Набухание митохондрий наблюдается при самых различных состояниях: голодании, гипоксии, интокси- кациях,лихорадке, мышечных заболеваниях, назначении тироксина и т.д. Мутное набухание, описанное в оптическом микроскопе как зернистая дистрофия клет- ки,также сопровождается набуханием митохондрий.

Рис. 2.4. Схемаповреждениймитохондрий A — нормальная митохондрия; Б — дегрануляция митохондриального матрикса; B — сжатие и уплотнение митохондриального матрикса; Г — увеличениеобъема, фрагментация кристираз- рыв наружной мембраны; Д — конденсация разрушенного материала; E — образование трубочек; Ж и 3 — накопление пластинчатых крист, контактирующих с внутренней мембраной; И — кальцификация митохондрий;К — началоделения митохондрий; разделение перегородкой на две части; Jl — полное деление митохондрий; M — паракристаллические включения; H — мегамитохондрия (двойной стрелкой показаны обратимые изменения).

In vttro констатировано два типа набуханий.

Первый тип — с малой амплитудой набухания, при котором изменение энергетической активности влечет за собой обратимую альтерацию протеиновых структур. Этот тип набухания сопровождается пассажем воды через расширенное наружное пространство, сформированное наружной мембраной, во внутреннее, образованное кристами и выполненное матриксом. При этом митохондриальный матрикс сжимается и становится очень плотным. После фазы контракции митохондрии могут возвращаться в нормальное состояние.

Второй тип — с большой амплитудой набухания, возникает в результате увеличения проницаемости внутреннеймембраны.

При некоторых состояниях на внутренней мембране могугобразовываться преципитаты фосфата кальция, что ведет к кальцификации (омелотворению) митохондрий. Эти изменения также являются необратимыми.

Изменения структуры крист митохондрий могут касаться их размеров, формы и числа:

— деформация крист и уменьшение их числа (встречается при пониженной активности митохондрий);

— увеличение числа крист митохондрий — свидетельство возрастающих функциональных потребностей клетки.

Нарядусизменением криствусловиях патологии, наблюдается изменение структуры плотных гранул митохондриального матрикса. Эти гранулы диаметром от 20 до 50 нм аккумулируют дивалентные катионы. Кроме кальция, магния, фосфора и других неорганических субстанций, матрикс плотных гранул образован протеинами и липидами. Ихувеличение в объеме наблюдается в клетках, перенасыщенных ионами кальция, что может вести к смертельному повреждению клетки. Гипертрофия (увеличение в объеме) этих гранул выявлена при ишемии миокарда, в гепатоцитах при интоксикации четыреххлористым углеродом, в мышечных клетках при тетанусе. Уменьшение или исчезновение плотных гранул происходит в онкоцитах, гепатоцитах и клетках кишечного эпителия при ишемии.