7-09-26 Лекция. Патофизиология

#патфиз

Дата: 07.09.2026
Тема: Вводная часть (организация курса, гипоксия, реперфузионное повреждение) и подробный разбор повреждения клетки (внутриклеточная защита, свободнорадикальное окисление, стадии обратимого/необратимого повреждения)

Организационная часть занятия (расписание, контрольные работы, зачёт/экзамен, разбор клинических задач по группам) в конспект не включена — только содержательная часть.

Организация курса (кратко)

  • Итоговая аттестация: зачёт по окончании 1-го семестра, экзамен — по окончании 2-го.
  • На каждом занятии — разбор клинических задач по пройденной теме, еженедельные контрольные работы.
  • Рекомендованный учебник — П.Ф. Литвицкий, «Патофизиология».

Гипоксия и реперфузионное повреждение (начало темы)

  • Ишемия — частичное или полное прекращение кровотока в артерии.
  • При восстановлении кровотока (реперфузии) происходит образование свободных радикалов — реперфузионное повреждение: несмотря на восстановление притока кислорода, ткань дополнительно повреждается за счёт резкого выброса активных форм кислорода.
  • Защиту от этого в норме обеспечивают антиоксидантные системы организма (см. подробный разбор ниже).
  • Ферроптоз — относительно новая концепция: железозависимая форма гибели клетки (лектор подчеркнула необходимость знать этот термин).
  • Изменения проницаемости клеточной мембраны и гибель клетки через митохондриальный путь — общие механизмы клеточного повреждения при гипоксии.

Примеры заболеваний с этиопатогенетическим разбором (упомянуты вводно)

  • Некроз миокарда — маркеры повреждения: тропонины.
  • Аутоиммунные заболевания.
  • Невринома Мортона.
  • Синдром Кушинга — пример эндокринного заболевания.
  • Роль хронического стресса и психогенных факторов в патогенезе заболеваний.

Устойчивость клетки к повреждающим факторам

Упомянута классификация факторов, влияющих на устойчивость клетки (полный перечень на записи не прозвучал), один из названных параметров:

  • Пролиферативная активность клеток — чем чаще клетка делится, тем легче её повредить (меньше устойчивость к повреждающим факторам), но тем быстрее и регенерация повреждённой ткани.

Механизмы внутриклеточной защиты (4 системы)

Не всякое действие повреждающего фактора необратимо повреждает клетку — в организме есть внутриклеточные системы защиты:

  1. Антиоксидантная система — защищает клетку от активных форм кислорода (АФК) и продуктов перекисного окисления липидов (ПОЛ) клеточных мембран (разобрана подробно ниже).
  2. Буферные системы.
  3. Системы репарации / шапероны.
  4. Лизосомальная система.

Образование активных форм кислорода (АФК)

Последовательность образования АФК при контакте фагоцита с бактериальной клеткой:

  1. Фагоцит контактирует с бактерией → активируется мембраносвязанный фермент НАДФН-оксидаза → клетка активно поглощает кислород.
  2. Под действием НАДФН-оксидазы из кислорода образуется супероксидный анион-радикал (О₂•⁻) — первая активная форма кислорода.
  3. Под действием супероксиддисмутазы (СОД) из супероксидного анион-радикала образуется перекись водорода (H₂O₂).
  4. Под действием миелопероксидазы (фермент азурофильных гранул) перекись водорода реагирует с ионами хлора → образуется гипохлорит (HOCl).

Гипохлорит — именно то соединение, которое непосредственно повреждает клеточные стенки бактерий, вызывая их гибель; далее бактерия переваривается лизосомальными гидролитическими ферментами (после слияния фагосомы с лизосомой).

Утилизация избытка перекиси водорода

Избыток H₂O₂ удаляется двумя ферментами:

  • Глутатионпероксидаза — перекись реагирует со свободным глутатионом, образуя окисленный глутатион.
  • Каталаза.

Патологические (альтернативные) реакции образования гидроксильного радикала

Если ферментные системы не справляются (избыток АФК или недостаточность антиоксидантных ферментов), перекись водорода и гипохлорит могут вступать в альтернативные реакции с ионами железа двухвалентного (Fe²⁺):

  • Реакция Фентона: H₂O₂ + Fe²⁺ → OH• + OH⁻ + Fe³⁺.
  • Реакция Габера-Вайса: О₂•⁻ + H₂O₂ (катализируется железом) → OH• + OH⁻ + O₂.

Обе реакции дают гидроксильный радикал (OH•) — крайне реакционноспособную частицу (9 протонов, 9 электронов, один неспаренный электрон на внешней орбитали), которая инициирует перекисное окисление липидов мембран и может напрямую повреждать ДНК.

Ионы железа двухвалентного (Fe²⁺) сами по себе токсичны: потенцируют ПОЛ и способны прямо повреждать ДНК.

Перекисное окисление липидов (ПОЛ) — 4 стадии

  1. Инициирование цепи — гидроксильный радикал (OH•) вырывает атом водорода из полиненасыщенной жирной кислоты (LH) фосфолипида мембраны → образуется липидный радикал (L•).
  2. Продолжение (пропагация) цепи — липидный радикал реагирует с растворённым молекулярным кислородом → липидпероксидный радикал (LOO•) → реагирует со следующей молекулой LH → образуется липидный гидропероксид (LOOH) и новый липидный радикал (L•) — реакция повторяется по цепи, чередуя эти два шага. Для продолжения/разветвления цепи нужны ионы железа (реакции фентонового типа с гидропероксидами дают новые радикалы).
  3. Разветвление цепи — при участии ионов железа гидропероксиды липидов дают новые гидроксильные и липидные радикалы, цепь может насчитывать десятки звеньев.
  4. Обрыв цепи — происходит при взаимодействии радикалов с антиоксидантами (витамины Е, А, С), которые превращают высокореакционные радикалы в радикалы с низкой реакционной способностью; либо при взаимодействии двух радикалов друг с другом (образование дисульфидных связей при участии SH-групп); либо при взаимодействии с ионами металлов переменной валентности.

В физиологических условиях ПОЛ идёт медленно, точечно — как часть обновления повреждённых участков мембраны. Патологическим процессом ПОЛ становится, когда образуется избыток гидроксильных радикалов либо антиоксидантные ферментные системы не справляются с их нейтрализацией.

Биологические последствия свободнорадикального повреждения

  1. Повреждение рецепторов и ферментов — SH-группы в активном центре многих ферментов и рецепторов окисляются радикалами → конформационная трансформация белка → рецептор/фермент теряет функцию (например, нарушается нейрогуморальное влияние на клетку через повреждённые мембранные рецепторы).
  2. Повреждение ДНК — разрывы одной или обеих цепей ДНК.
  3. Образование дисульфидных связей — сшивка белков (взаимодействие SH-групп радикалов друг с другом), нарушение третичной структуры белков.
  4. Дефекты в липидном слое мембраны — продукты ПОЛ и образование дисульфидных связей приводят к появлению структурных дефектов мембраны:
    • в клетку входят ионы натрия, из клетки выходят ионы калия;
    • в клетке накапливаются ионы хлора и кальция;
    • митохондрии повышают проницаемость мембран для ионов кальция (в норме внутренняя мембрана митохондрий проницаема для Ca²⁺ и небольшого количества железа) — может выпадать нерастворимый фосфат кальция;
    • за счёт роста осмотического давления клетка и митохондрии набухают (отекают); при необратимых повреждениях отёк чрезмерный и приводит к разрыву мембран.
  5. Повышение текучести мембраны — ПОЛ повышает текучесть липидного бислоя и его ионную проницаемость для протонов и кальция.
  6. Разобщение окислительного фосфорилирования — нарушение пространственной организации ферментов дыхательной цепи во внутренней мембране митохондрий (из-за повышенной текучести мембраны) приводит к утечке протонов из матрикса, снижению мембранного потенциала митохондрий и разобщению окисления и фосфорилирования → энергетический дефицит клетки (снижение синтеза АТФ).
  7. Дальнейшее повышение концентрации кальция в цитозоле — вследствие нарушения работы кальциевых насосов → активация деструктивных ферментов (протеаз, фосфолипаз) → дальнейшее повреждение клетки — порочный круг.

Стадии обратимого/необратимого повреждения клетки

Если патоген выключает механизмы первичной защиты лишь частично (слабый патоген), развивается обратимое повреждение:

  1. Альтерация (в переводе — «повреждение») — усиление транспорта ионов натрия и хлора в клетку, калия — из клетки:
    • деполяризация плазматической мембраны (может доходить до порога генерации потенциала действия, например в мышечных клетках);
    • гидроосмия (отёк клетки) — вода поступает вслед за ионами; в этих пределах отёк даже полезен — разбавляет патоген, снижая его эффективную концентрацию;
    • умеренная активация кальция в цитоплазме → лёгкие, обратимые структурные изменения мембран (в отличие от чрезмерных, резких изменений при необратимом повреждении);
    • повышение текучести мембраны → конформационные изменения мембранных белков-рецепторов → рецепторы перестают функционировать → ослабление нейрогуморальных влияний на клетку;
    • разобщение окислительного фосфорилирования (нарушение пространственной организации ферментов дыхательной цепи из-за текучести мембраны) → снижение синтеза АТФ, активация анаэробного гликолиза, накопление лактата, лёгкий (умеренный) ацидоз;
    • активация фосфолипазы A2 → повреждение мембран лизосом (мембраны становятся текучими) → незначительное повреждение;
    • клетка теряет эффект Пастера (в норме кислород тормозит гликолиз) — из-за разобщения дыхательной цепи клетка продолжает активно захватывать кислород, но энергия окисления рассеивается в виде тепла, а не расходуется на синтез АТФ → развивается умеренная гипертермия клетки, которая в этой (обратимой) стадии работает на пользу — стимулирует метаболизм, синтез защитных белков (лизоцим, интерферон, факторы комплемента), ускоряет расщепление и элиминацию патогена.
  2. Стадия восстановления — если патоген элиминирован, клетка восстанавливает функцию.

Необратимое повреждение клетки развивается при тяжёлой гипоксии, бактериальной/вирусной инфекции высокой интенсивности, токсинах животного/растительного происхождения и т.п. — те же процессы, что при альтерации, но многократно более выраженные, плюс дополнительные стадии:

  • Стадия паранекроза — резко прогрессирующая деполяризация плазматической мембраны (полное повреждение ионных насосов), выраженная гиперактивность клетки (мышечное сокращение, генерация нервных импульсов), затем полное угнетение (деполяризация переходит в неконтролируемое состояние); выраженная гидроосмия при сохранённой высокой концентрации патогена (отёк уже не помогает); отёк органелл, в том числе митохондрий; резкое повреждение митохондрий → полное разобщение окислительного фосфорилирования → активация анаэробного гликолиза → тяжёлый ацидоз (pH снижается более чем на 0.5); ацидоз повышает активность лизосомальных ферментов, мембрана лизосом становится проницаемой → ферменты выходят в цитоплазму → аутолиз клеточных структур; накопление аммиака (продукт дезаминирования аминокислот, в норме обезвреживается с затратой АТФ, при дефиците АТФ — накапливается и токсически действует на клетку).
  • Стадия агонии — почти полностью угнетён окислительный процесс в клетке; трансмембранный потенциал резко падает, но градиент ионов между внутри- и внеклеточной средой ещё частично сохраняется; сильное повышение проницаемости всех мембран клетки, тяжёлый ацидоз, массивный отёк митохондрий и эндоплазматического ретикулума, разрушение лизосом (много воды, ацидоз, повреждена лизосомальная мембрана) — лизосомальные ферменты разрушают клеточные структуры.
  • Стадия смерти клетки — трансмембранный потенциал равен нулю, никакого градиента между внутренней и внешней средой не остаётся, тотальное разрушение клеточных мембран под действием гидролитических ферментов (протеазы, нуклеазы, липазы).
  • Стадия элиминации — удаление погибшей клетки/ткани макрофагами (фагоцитоз клеточного детрита) — соответствует стадии некроза, разобранной в патанатомии.

Роль кальция в необратимом повреждении клетки

Повышение концентрации кальция в цитоплазме и матриксе митохондрий активирует деструктивные ферменты:

  • Фосфолипаза А2 — расщепляет фосфолипиды мембран → повреждение клеточной мембраны.
  • Протеазы — повреждают белки плазматической мембраны и белки цитоскелета.
  • Ca²⁺/Mg²⁺-зависимые эндонуклеазы — фрагментация ДНК.
  • АТФазы — снижают уровень АТФ, что ведёт к деструкции митохондрий.

Кроме того, избыток кальция в митохондриальном матриксе образует нерастворимые соли (фосфат кальция), необратимо нарушающие функцию митохондрий. Признаки повреждённой клетки: 1) высокое содержание кальция в клетке; 2) деструкция клеточных мембран.

Ксенобиотик-обезвреживающие системы клетки (дополнительные механизмы защиты)

Помимо антиоксидантной системы, клетка обладает и другими системами защиты:

  • Железосвязывающие белки — трансферрин (переносит трёхвалентное железо в крови), ферритин (депонирует железо в клетках), церулоплазмин (=ферроксидаза, переводит двухвалентное железо в неопасную трёхвалентную форму) — предотвращают участие свободного железа в реакциях Фентона.
  • Монооксигеназная система (система цитохрома P450) — обезвреживает ксенобиотики (посторонние химические вещества: лекарства, яды, токсины), которые хорошо растворимы в липидах и плохо — в воде, поэтому без обезвреживания накапливаются в организме. Цитохром P450 внедряет атом кислорода в молекулу ксенобиотика, придавая ей частичный отрицательный заряд → вещество становится полярным, растворимым в воде → выводится через жидкие среды организма (цитоплазма → внеклеточное пространство → кровь → выведение).
    • Не всегда работа P450 благоприятна: система может превращать безвредное вещество в канцероген (пример: диоксины — гербициды типа «агент оранж», превращаются P450 в канцерогенные формы; полициклические ароматические углеводороды типа бензапирена — прямые канцерогены после активации P450; бета-нафтиламин, используемый для анилиновых красителей, сам по себе не канцероген, но превращается P450 в канцерогенный бета-нафтилгидроксиламин, вызывающий рак мочевого пузыря; нитрозамины — сильнейшие прямые канцерогены, образующиеся из нитратов/нитритов пищи и вступающие в прямое взаимодействие с ДНК).
  • Реакции конъюгации — присоединение к ксенобиотику функциональных групп, повышающих гидрофильность и снижающих токсичность: глюкуронирование (фермент глюкуронилтрансфераза), сульфатирование (сульфотрансфераза), конъюгация с глутатионом (глутатионтрансфераза).

Вопросы

  • Что такое ишемия? → частичное или полное прекращение кровотока в артерии.
  • Что происходит при реперфузии после ишемии и почему это может быть опасно? → образование свободных радикалов — реперфузионное повреждение ткани, несмотря на восстановление кровотока.
  • Что такое ферроптоз? → железозависимая форма гибели клетки (отдельный от апоптоза/некроза механизм).
  • Как связаны пролиферативная активность клетки и её устойчивость к повреждению? → чем выше пролиферативная активность, тем ниже устойчивость к повреждающим факторам, но выше скорость регенерации.
  • Назовите 4 внутриклеточные системы защиты от повреждения → антиоксидантная, буферные системы, шапероны/системы репарации, лизосомальная система.
  • Опишите последовательность образования гипохлорита в фагоците → О₂ → супероксидный анион-радикал (НАДФН-оксидаза) → перекись водорода (супероксиддисмутаза) → гипохлорит (миелопероксидаза + Cl⁻).
  • Какие реакции дают гидроксильный радикал при избытке АФК или недостаточности антиоксидантной защиты? → реакция Фентона и реакция Габера-Вайса (обе с участием ионов Fe²⁺).
  • Назовите 4 стадии перекисного окисления липидов → инициирование, продолжение (пропагация), разветвление, обрыв цепи.
  • Чем обрывается цепная реакция ПОЛ? → взаимодействием радикалов с антиоксидантами (вит. Е, А, С) или друг с другом.
  • Чем отличается обратимое повреждение клетки (альтерация) от необратимого? → при обратимом — умеренные изменения (гидроосмия, лёгкий ацидоз, обратимая деполяризация), клетка восстанавливается после элиминации патогена; при необратимом — резко прогрессирующие изменения, тяжёлый ацидоз, разрушение лизосом и мембран, стадии паранекроз → агония → смерть клетки → элиминация.
  • Что такое эффект Пастера и почему повреждённая клетка его теряет? → в норме кислород тормозит гликолиз; при разобщении дыхательной цепи клетка продолжает поглощать кислород, но энергия рассеивается в виде тепла, а не идёт на синтез АТФ.
  • Какие ферменты активирует избыточный кальций в повреждённой клетке и к чему это ведёт? → фосфолипаза А2, протеазы, Ca-зависимые эндонуклеазы, АТФазы — повреждение мембран, цитоскелета, ДНК, дефицит АТФ.
  • Как работает система цитохрома P450 и почему она не всегда полезна? → внедряет кислород в молекулу ксенобиотика, делает её полярной и водорастворимой для выведения; но иногда превращает безвредное вещество в канцероген (диоксины, бензапирен, нитрозамины).

Резюме

Лекция по патофизиологии (07.09.2026) в двух присоединённых частях. Первая: организационные моменты курса и начало темы — ишемия, реперфузионное повреждение, свободнорадикальное образование при восстановлении кровотока, понятие ферроптоза. Вторая, развёрнутая часть — подробный биохимический разбор повреждения клетки: 4 системы внутриклеточной защиты, детальный каскад образования активных форм кислорода в фагоците (супероксид → перекись → гипохлорит), патологические реакции Фентона и Габера-Вайса с образованием гидроксильного радикала, 4 стадии перекисного окисления липидов мембран и его биологические последствия (повреждение рецепторов, ДНК, дефекты мембраны, разобщение окислительного фосфорилирования). Разобраны стадии обратимого повреждения клетки (альтерация → восстановление) и необратимого (паранекроз → агония → смерть клетки → элиминация), ключевая роль накопления кальция в цитоплазме как порочного круга повреждения. Дополнительно — ксенобиотик-обезвреживающие системы клетки (железосвязывающие белки, цитохром P450, реакции конъюгации) и их двойственная роль (детоксикация vs активация проканцерогенов).