ПАТОФИЗИОЛОГИЯ КЛЕТКИ ГИПОКСИЯ Ø Механизмы повреждения клетки

ПАТОФИЗИОЛОГИЯ КЛЕТКИ ГИПОКСИЯ

Ø Механизмы повреждения клетки. Повреждение мембран. Механизмы цитолиза. Ø Механизмы клеточной гибели. Апоптоз и некроз. Ø Механизмы защиты и адаптации клеток при повреждающих воздействиях. Антиоксидантные системы, система репарации ДНК, система белков теплового шока клетки. Ø Гипоксия. Классификация гипоксии. Ø Компенсаторные механизмы при острой и хронической гипоксии. Ø Возрастная чувствительность организма 2 к гипоксии.

Тесты исходного уровня знаний (один правильный ответ) I вариант 1. Какой тип гипоксии развивается при обострении хронического обструктивного бронхита: а) гемическая; б) дыхательная; в) тканевая; г) гипоксическая; д) циркуляторная. II вариант 1. Сочетание каких типов гипоксии развивается при железо дефицитной анемии: а) дыхательная и циркуляторная; б) гемическая и гипоксическая; в) гемическая и циркуляторная; г) гемическая и тканевая; 3 д) тканевая и циркуляторная.

Тесты исходного уровня знаний (один правильный ответ) I вариант II вариант 2. Триада гипоксии - это: а) активация гликолиза, активация ПОЛ, цитолиз клетки; б) дефицит АТФ, алкалоз, повреждение биомембран клетки; в) дефицит АТФ, активация ПОЛ, повреждение биомембран клетки; г) дефицит АТФ, ацидоз, повреждение биомембран клетки. 2. Как изменяется сродство гемоглобина к кислороду при ацидозе: а) повышается; б) понижается; в) не изменяется: г) необратимое связывание гемоглобина с кислородом; д) не изменяется или повышается. 4

Тесты исходного уровня знаний (один правильный ответ) I вариант II вариант 3. Укажите внутриклеточные процессы, лежащие в основе изменений р. Н в клетке при гипоксии: 3. Укажите, какие ионные процессы характерны для повреждения клеток при гипоксии: а) усиление тканевого дыхания; б) активация анаэробного гликолиза; в) активация липогенеза; г) активация протеолиза; д) ингибиция анаэробного гликолиза. а) активный ток ионов Na+ и Сa 2+ из клетки; б) пассивный вход ионов Nа+ и Сa 2+ в клетку; в) активный ток ионов К+ в клетку; г) активный вход ионов Са 2+ в клетку; д) активный выход ионов 5 Са 2+ из клетки.

Тесты исходного уровня знаний (один правильный ответ) II вариант 4. Укажите признак экстренной адаптации долговременной организма к гипоксии: адаптации организма к гипоксии: а) тахипноз; б) активация эритропоэза; в) стойкая артериальная гипертенезия; г) тахикардия; д) централизация кровообращения. а) тоногенная дилятация сердца; б) компенсаторная гипертрофия миокарда; в) гиперпноэ; г) гипероксия; д) активация биосинтеза ферментов дыхательной цепи. 6

Тесты исходного уровня знаний I вариант 5. II вариант Механизмы дефицита АТФ при 5. Типичные изменения метаболизма клетки при гипоксии: а) восстановление электронами а) активация гликолиза, всех цитохромов липолиза, окисление дыхательной цепи и полная жирных кислот, блокада анаэробной генерации протеолиза, гликогенолиза, АТФ; глюконеогенеза; б) повышенный расход АТФ в б) активация липогенеза, протео пластических процессах; синтез а, гликогенеза, в) ослабление гликолиза и глюконеогенеза; активация окислительного в) активация биосинтеза жирных фосфолирования; кислот и аминокислот; г) ослабление окислительного г) активация пентозофосфорилирования, фосфатного цикла и о к активация гликолиза, не целительноудовлетворяющего восстановительных реакций потребности клетки в энергии, в системе микросомальных ацидоз, снижающий оксидаз ЭПР. активность ферментов, в т. ч. ЦТК, ДЦ, гликолиза. 7

Тесты исходного уровня знаний I вариант 6. а) б) в) г) Механизмы повреждения биомембран клетки при гипоксии: II вариант 6. Апоптоз - это: а) запрограмированняя клеточная гибель цитолитическое действие иммунных комплексов; б) гибель клетки, вызванная повышение активности действием токсических мембраносвязанных АТФ-аз доз активных форм и стабилизация кислорода фосфолипидного слоя в) стадия фагоцитоза биомембран; г) состояние, снижение активности мембраносвязанных АТФхарактеризующее аз, активация высокую проферативную фосфолипаз, активация активность группы ПОЛ; клеток необратимое связывание продуктов гидролиза фосфолипидов с рецепторами 8 цитоплазматической мембраны клетки.

Тесты исходного уровня знаний I вариант 7. Выберите правильное утверждение: а) апоптоз клеток индуцирует развитие воспалительной реакции б) апоптоз является пассивным вариантом насильственной гибели клетки в) апоптоз - гибель клеток, наиболее характерная для опухолевых клеток г) апоптоз клеток не вызывает развития локальной воспалительной реакции II вариант 7. Механизмами адаптации клеток при их повреждении являются: а) повышение активности антиоксидантных систем в клетке б) повышение проницаемости цитоплазматической мембраны для натрия и воды в) критическое увеличение концентрации кальция в цитоплазме клетки г) увеличение окисления биомакромолекул клетки с образованием вторичных радикалов 9

Тесты исходного уровня знаний I вариант II вариант 8. Ключевым механизмом 8. Одним из механизмов повреждения клетки при повреждения клетки увеличении содержания является: свободного ионизированного кальция в ней является: а) повышение сопряженности процесса а) увеличение выхода ионов окислительного калия из клетки фосфорилирования б) инактивация протеаз б) повышение активности ферментов системы в) гипергидратация клетки репарации ДНК г) активация перекисного в) усиление оксления липидов свободнорадикального д) активация окисления липидов гидролитических г) повышение продукции цитозольных ферментов. белков теплового шока. 10

Тесты исходного уровня знаний I вариант II вариант 9. Укажите проявления повреждения клетки: 9. Какой тип гипоксии развивается при обострении хронического а) увеличение количества обструктивного митохондрий; бронхита: б) активация синтетических а) гемическая; процессов в клетке; б) дыхательная; в) ацидоз; г) стабилизация мембран в) тканевая; лизосом; г) гипоксическая; д) повышение активности д) циркуляторная. аэробного гликолиза. 11

Тесты исходного уровня знаний I вариант 10. Укажите, какие ионные процессы характерны для повреждения клеток при гипоксии: II вариант 10. Механизмы повреждения биомембран клетки при гипоксии: а) цитолитическое действие а) активный ток ионов Na+ и Сa 2+ иммунных комплексов; из клетки; б) пассивный вход ионов Nа+ и б) повышение активности мембраносвязанных АТФСa 2+ в клетку; аз и стабилизация в) активный ток ионов К+ в фосфолипидного слоя клетку; биомембран; г) активный вход ионов Са 2+ в в) снижение активности клетку; мембраносвязанных АТФд) активный выход ионов Са 2+ из аз, активация клетки. фосфолипаз, активация ПОЛ; 12

Правильные ответы Вариант I 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. Б Г Б Б Г В Г Д В Б Вариант II 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. Г Б Б В А А А В Б В 13

Гомеостаз, адаптация и типовые формы патологии клеток Сигналы физиологические Повреждающий фактор Гипертрофия Гипоплазия Дистрофии клетка Гиперплазия Дисплазия Апоптоз Неоплазия Некроз Метаплазия Слева в овале – границы нормы. Существенное свойство типовых патологических Процессов их обратимость. Если степень повреждения выходит за пределы 14 адаптивных возможностей, процесс становится необратимым ( примеры – некроз апоптоз, дисплазия, опухолевый рост).

Эффект повреждающего фактора Обратимый Необратимый 15

Ø Расстройства энергетического обеспечения клетки Ø Повреждение мембран и ферментов Ø Активация свободнорадикальных и перекисных процессов Ø Дисбаланс ионов и воды Ø Нарушения в геноме или экспрессии генов Ø Расстройства регуляции функций клеток 16

Ø Снижение интенсивности и/или эффективности ресинтеза АТФ Ø Нарушение транспорта энергии АТФ Ø Нарушение использования энергии АТФ 17

Ø Чрезмерная интенсификация свободнорадикальных реакций и СПОЛ Ø Значительная активация гидролаз (лизосомальных, мембраносвязанных, свободных) Ø Внедрение амфифильных соединений в липидную фазу мембран и их детергентное действие Ø Торможение ресинтеза повреждённых компонентов мембран и/или синтеза их de novo Ø Нарушение конформации макромолекул белка, ЛП, фосфолипидов Ø Перерастяжение и разрыв мембран набухших клеток и/или их органелл 18

Прямой механизм повреждения Электроны смещаются на отдаленные орбиты от ядра Повышается реакционная способность Химическая реакция Повышается химическая активность функциональных белков азотистых оснований Образуются двойные кольца пиримидиновых нуклеиновых кислот оснований, необратимые сшивки ДНК с 19 белком Разрыв нити ДНК мутации

Нарушение пространственной Структуры макромолекул Изменения физико-химического состояния клеточных мембран и рецепторов Искажение или потеря функций Патогенный фактор Повышение генерации свободных Радикалов и СПОЛ Увеличение мебраносвязанных, свободных и лизосомальных липаз, фосфолипаз и протеаз Гидролиз беков и фосфолипидов Повышение проницаемости мембран Гибель клетки Подавление репарации мембранных молекул Недостаточное восстановление мембран Увеличение осмотического и онкотического давления Гипергидратация Перерастяжение и разрыв 20 мембраны

Ø Изменение соотношения отдельных ионов в цитозоле Ø Нарушение трансмембранного соотношения ионов Ø Гипергидратация клеток Ø Гипогидратация клеток Ø Нарушения электрогенеза 21

Ø Мутации Ø Дерепрессия патогенных генов Ø Репрессия жизненно важных генов Ø Трансфекция (внедрение в геном чужеродной ДНК) Ø Дефекты транскрипции, процессинга, трансляции, посттрансляционной модификации Ø Дефекты репликации и репарации Ø Нарушение митоза и мейоза 22

Ø Рецепции регулирующих факторов Ø Образования вторичных мессенджеров Ø Регуляции метаболических процессов в клетке 23

Образование вторичных посредников 24

1 2 Виды клеточной смерти: апоптоз 5 3 4 6 25

Апоптоз - запрограммированная гибель клеток 26

1 Виды клеточной смерти: некроз 3 2 4 27

Виды клеточной смерти: некроз и апоптоз Механизмы развития апоптоза: üотносительная сохранность целостности и функции биомембран; üмежнуклеосомальная фрагментация ДНК; üформирование апоптотических телец, эффективно фагоцитируемых окружающими клетками. Механизмы развития некроза: üповреждение биомембран; üактивация лизосомальных ферментов; üразвитие воспаления. 28

Решение ситуационных задач Задача 1 У больного острым панкреатитом обнаружено значительное снижение концентрации витамина Е, восстановленной формы глутатиона крови, активности глутатион-Sтрансферазы эритроцитов. Зарегистрировано увеличение концентрации конечного продукта перекисного окисления липидов мембран малонового диальдегида в крови и в эритроцитах (до 250% от нормы). Вопросы: 1. Как называется состояние, характеризующееся развитием дисбаланса в окислительно-восстановительной системе клеток? 2. Каковы причины и последствия этого состояния. 3. Перечислите основные компоненты системы поддержания окислительно-восстановительного гомеостаза клеток. 29

Решение ситуационных задач Задача 2 При иммуноцитохимическом исследовании биоптата костного мозга у больного острым лейкозом обнаружено значительное количество клеток с признаками специфической для апоптоза фрагментации ДНК. Этот показатель возрастает в динамике курса химиотерапии. Вопросы: 1. Объясните патогенетическую роль апоптоза в развитии злокачественного заболевания. 2. Какова роль апоптоза при физиологических и патофизиологических состояниях, приведите примеры. 3. Перечислите основные отличия апоптоза от некроза. 4. Положительным или отрицательным прогностическим маркером является прогрессивное увеличение количества клеток, подвергающихся апоптозу, в процессе химиотерапии лейкоза. 30

Решение ситуационных задач Задача 3 У больного с острым нарушением мозгового кровообращения удалось достичь снижения степени выраженности неврологической симптоматики путем применения препаратов, нормализующих функционирование митохондрий клеток (циклоспорин А, FК 506) и препятствующих активации каспаз. Вопросы: 1. Объясните, с какой целью проведено лечение указанными препаратами. 2. Объясните, какова роль митохондриальной дисфункции и повышения специфической активности протеаз (каспаз) в клетках в патогенезе клеточной гибели, индуцированной ишемией/реперфузией. 3. Как вы считаете, будет ли оправдано применение препаратов, блокирующих поступление в клетки кальция или его депонирование во внутриклеточных органеллах, и 31 почему.

Основные пути инициации апоптоза Внешний механизм (посредством связывания лиганда со специфическим рецептором) Gran. B R FADD Caspase 8 Procaspases 3/7 Caspases 3/7 Mitochondrium Cyt c Caspase 9 Apaf-1 Внутренний механизм AIF Nucleases 32

Решение ситуационных задач Задача 4 В эксперименте кратковременная гипертермия гепатоцитов (+42°С, 30 мин) приводит к значительному снижению токсического действия гепатотропного яда (акриламида), регистрируемого по цитолизу гепатоцитов, накоплению продуктов перекисного окисления липидов мембран, продуктов окисления и агрегации белков гепатоцитов. Этот эффект развивается в период с 6 по 48 часы после гипертермии и блокируется препаратами-ингибиторами белкового синтеза. Вопросы: 1. Объясните, за счет каких механизмов осуществляется протекторное действие гипертермии в гепатоцитах. 2. Приведите примеры возможного использования этого эффекта в клинической практике. 33

Белки теплового шока Функции белков теплового шока: Ø рецепция стероидных гормонов; Ø регуляция клеточного цикла; Ø поддержание стабильности белков цитоскелета; Ø транспорт полипептидов через митохондриальные мембраны. Структура и функции белка теплового шока HSP 70 34

Решение ситуационных задач Задача 5 У ребенка с гемолитической анемией обнаружена склонность к частым инфекционным заболеваниям, отмечается задержка умственного развития. При комплексном обследовании обнаружен наследственный дефект гена, кодирующего глутатион-синтетазу. Вопросы: 1. Объясните патогенетическую связь между недостаточностью глутатион-синтетазы и обнаруженными клиническими симптомами. 2. Приведите пример экзогенных факторов, способных вызвать снижение концентрации глутатиона в клетках и спровоцировать таким образом их повреждение вплоть до цитолиза. 35

состояние, возникающее при недостаточности поступления кислорода в ткани или при нарушении его использования клетками в процессе биологического окисления. 36

Экзогенная Гипероксическая Эндогенная Дыхательная Циркуляторная Гипоксическая Тканевая Гемическая Гипобарическая Нормобарическая Перегрузочная Субстратная Смешанная 37

v Развивается при уменьшении кислородной емкости крови изза снижения содержания гемоглобина или вследствие образования его разновидностей, не способных транспортировать кислород, таких как карбоксигемоглобин и метгемоглобин. v Снижение содержания гемоглобина имеет место при различных видах анемий и при гидремии, возникающей в связи с избыточной задержкой воды в организме. Эритроциты при пернициозной анемии и талассемии. 38

1. 2. 3. 4. 5. 6. Развивается при нарушении кровообращения, может иметь генерализованный и местный характер. Причины развития: Недостаточность функции сердца Снижение сосудистого тонуса Уменьшение общей массы крови в организме после острой кровопотери и при обезвоживании Усиленное депонирование крови Нарушение текучести крови в случаях сладжа эритроцитов и при ДВС – синдроме Централизация кровообращения, что имеет место при различных видах шока 39

Острая гипоксия Органы и системы Система внешнего дыхания сердце Эффекты Увеличение объёма альвеолярной вентиляции Повышение сердечного выброса Механизмы эффектов Увеличение: -частоты и -глубины дыхания -числа функционирующих альвеол Увеличение: -ударного выброса -числа сокращений 40

Острая гипоксия Органы и системы Сосудистая система Система крови Эффекты Перераспределение кровотока – его централизация Увеличение кислородной ёмкости крови Механизмы эффектов Региональное Изменение диаметра сосудов (увеличение в мозге и сердце) Выброс крови из депо Элиминация эритроцитов из костного мозга Повышение сродства Hb к кислороду в лёгких ↑диссоциации 41 оксигемоглбина

Острая гипоксия Органы и системы Система биологического окисления Эффекты Повышение эффективности биологического окисления Механизмы эффектов Активация тканевого дыхания Активация гликолиза Повышение сопряженности окисления и фосфорилирования 42

Хроническая гипоксия Органы и системы Система биологического окисления Эффекты Повышение эффективности биологического окисления Механизмы эффектов Увеличение числа митохондрий, их крист и ферментов в них Повышение сопряжённости Окисления и фосфорилирования 43

Хроническая гипоксия Органы и системы Система внешнего дыхания сердце Эффекты Увеличение степени оксигенации крови в лёгких Повышение сердечного выброса Механизмы эффектов Гипертрофия лёгких с увеличением числа альвеол и капилляров в них Гипертрофия миокарда Увеличение в нём числа капилляров и митохондрий ↑ скорости взаимодействия актина и миозина 44 ↑ эффективности регуляции

• Стимуляция кроветворения под действием почечного эритропоэтина. 45

Хроническая гипоксия Органы и системы Сосудистая система Система крови Эффекты Возрастание уровня перфузии тканей Увеличение кислородной ёмкости крови Механизмы эффектов Увеличение количества функционирующих капилляров Артериальная гиперемия в функционирующих органах и тканях Активация эритропоэза ↑ элиминации эритроцитов из костного мозга Эритроцитоз ↑ сродства Hb к кислороду в лёгких, ↑ диссоциации 46 Hb. O

Тесты итогового уровня знаний Вариант II 1. Укажите механизмы повреждения клетки: 1. Укажите показатели повреждения клетки: а) повышение сопряженности процесса окислительного фосфорилирования повышение активности ферментов системы репарации ДНК усиление свободнорадикального окисления липидов выход лизосомальных ферментов в гиалоплазму экспрессия онкогена? а) б) б) в) г) д) е) увеличение р. Н в клетке снижение мембранного потенциала увеличение внеклеточной концентрации ионов калия увеличение внутриклеточной концентрации ионов кальция уменьшение внутриклеточной концентрации ионов кальция. 47

Тесты итогового уровня знаний 2. а) б) в) г) д) Вариант I Повреждение клетки может возникать вследствие изменения ее генетической программы при: экспрессии патологических генов репрессии нормальных генов транслокации генов изменении структуры генов экспрессии генов главного комплекса гистосовместимости Вариант II 2. Измерение концентрации свободного ионизированного кальция в двух соседних клетках почечного эпителия дали следующие результаты: клетка А- 10– 4 М, клетка Б -10 -7 М. Какая клетка повреждена? а) клетка А б) клетка Б 48

Тесты итогового уровня знаний Вариант I 3. Как изменяется показатель окислительного фосфорилирования при механическом повреждении клетки? а) уменьшается б) не изменяется в) увеличивается Вариант II 3. Измерения внутриклеточной концентрации ионов натрия и калия в двух соседних миокардиальных клетках дали следующие результаты: клетка А: К+ -100 м. М, Nа+ - 40 м. М, клетка Б: К + 155 м. М, Ка" 12 м. М В какой клетке должны обнаруживаться признаки отека? а) в клетке А б) в клетке Б 49

Тесты итогового уровня знаний 4. а) б) в) г) д) Вариант I Укажите причины гипергидратации клетки при повреждении: 4. уменьшение активности Ма /К+ АТФазы уменьшение активности гликогенсинтетазы увеличение активности фосфофруктокиназы увеличение внутриклеточного осмотического давления уменьшение активности фосфолипазы С а) б) в) г) Вариант II Какие из перечисленных ниже показателей свидетельствуют о повреждении трансмембранньгх ионных насосов? увеличение содержания внутриклеточного кальция уменьшение содержания внутриклеточного натрия увеличение содержания внутриклеточного калия 50

Тесты итогового уровня знаний Вариант I 5. Вариант II Могут ли ионы кальция 5. влиять на процессы перекисного окисления липидов? а) да б) нет а) б) в) г) Чрезмерная активация свободнорадикальных и перекисных реакций вызывает: конформационные изменения липопротеидньгх комплексов мембран клетки инактивацию сульф гидр ильных групп белков активацию фосфолипаз подавление процессов окислительного фосфорилирования 51

Тесты итогового уровня знаний 6. а) б) в) г) Вариант I Укажите механизмы повреждения клеточных мембран: интенсификация свободнорадикальных и липопероксидных реакций выход лизосомных гидролаз в гиалоплазму активация мембранных и внутриклеточных фосфолипаз активация транспорта глюкозы в клетку 6. а) б) г) д) Вариант II Укажите "неспецифические" проявления повреждения клетки: денатурация молекул белка усиление перекисного окисления липидов в)ацидоз лабилизация мембран лизосом разобщение процессов окисления и фосфорилирования 52

Тесты итогового уровня знаний Вариант I 7. Укажите неферментные факторы антиоксидантной защиты клеток: а) б) в) г) д) двухвалентные ионы железа глюкуронидаза витамин А витамин С витамин Е Вариант II 7. Укажите интрацеллюлярные адаптивные механизмы при повреждении клетки: а) активация гликолиза б) усиление транспорта ионов кальция в клетку в) активация буферных систем гиалоплазмы г) активация факторов антиоксидантной защиты д) выход лизосомальных ферментов в гиалоплазму и активациях их 53

Тесты итогового уровня знаний Вариант I 8. Назовите последствия активации перекисного окисления липидов (ПОЛ) клеточных мембран: 8. а) уменьшение гидрофобности липидов уменьшение ионной проницаемости мембраны клетки повышение содержания в цитоплазматической мембране полиненасыщенных жирных кислот гипергидратация клетки изменение конформации рецепторных белков а) б) в) г) д) е) Вариант II Какие из перечисленных ниже веществ обладают свойствами антиоксидантов: токоферолы каталаза миелопероксидаза глютатионпероксидаза восстановленный глутатион щелочная фосфатаза? 54

Тесты итогового уровня знаний Вариант I 9. а) б) в) г) 9. Чем сопровождается увеличение содержания свободного ионизированного кальция в клетке? а) увеличением выхода ионов калия из клетки б) инактивацией протеаз гипергидратацией клетки активацией перекисного в) окисления липидов г) д) Вариант II Назовите основные причины активации фосфолипаз при повреждении клетки: повышение внутриклеточного содержания ионов натрия повышение внутриклеточного содержания ионов кальция понижение внутриклеточного содержания ионов калия повышение внутриклеточного содержания воды нарушение метаболизма адениловых нуклеотидов 55

Тесты итогового уровня знаний Вариант II 10. Какие из перечисленных изменений метаболизма клетки сопровождаются быстро развивающимся нарушением барьерных свойств цитоплазматической мембраны? 10. Назовите главные механизмы повреждения клетки при чрезмерном действии УФ-лучей: а) активация гликолиза б) активация фосфолипазы в) угнетение синтеза белка г) активация перекисного окисления липидов д) активация аденилатциклазы е) активация гуанилатциклазы г) д) а) б) в) энергодефицит активация фосфолипаз гидролиз вторичных мессенджеров активация комплемента интенсификация перекисного окисления липидов 56

Правильные ответы Вариант I 1. в, г, д 2. а, б, в, г 3. а 4. а, г, е 5. а 6. а, б, в 7. в, г, д 8. а, г, д 9. а, в, г 10. б, г Вариант II 1. б, в, д 2. а 3. а 4. а, д, е 5. а, б, в, г 6. а, б, в, г 7. а, в, г 8. а, б, г, д 9. б, д 10. а, г, д 57