Нарушение в строении и функционировании клеток одна из причин заболеваний организмов сообщение

Обновлено: 02.07.2024

Информацию из данного раздела нельзя использовать для самодиагностики и самолечения. В случае боли или иного обострения заболевания диагностические исследования должен назначать только лечащий врач. Для постановки диагноза и правильного назначения лечения следует обращаться к Вашему лечащему врачу.

Муковисцидоз: причины появления, симптомы, диагностика и способы лечения.

Определение

Муковисцидоз – это мультисистемное, наследственное, опасное для жизни заболевание, характеризующееся поражением экзокринных желез, а также жизненно важных органов и систем: дыхательных путей, желудочно-кишечного тракта, поджелудочной железы, печени, слюнных и потовых желез, репродуктивной системы.

В России частота заболевания составляет 1 на 9000 новорожденных. В прошлом (из-за высокой ранней смертности) муковисцидозом болели в основном дети. Современный уровень диагностики и лечебных мероприятий позволяет значительно продлить жизнь таких больных – до 35-50 лет. В Москве медиана выживаемости достигает 39,5 лет.

Причины появления муковисцидоза

Причиной патологических изменений при муковисцидозе является мутация гена, находящегося в длинном плече 7-й хромосомы и передающегося по аутосомно-рецессивному типу при наследовании двух мутантных генов родителей. Ген назван муковисцидозным трансмембранным регулятором (МВТР). На сегодняшний день выделено более 2000 мутаций этого гена. Он регулирует транспорт электролитов (главным образом хлора) через мембраны эпителиальных клеток, выстилающих выводные протоки экзокринных желез. Мутация приводит к нарушению структуры и функции синтезируемого белка, в результате чего секрет, выделяемый этими железами, становится чрезмерно густым и вязким.

В патогенезе данного генетического заболевания выделяют следующие патологические звенья:

нарушение функции экзокринных желез;
нарушение электролитного обмена;
поражение соединительной ткани, что часто связано с формированием иммунных комплексов к синегнойной палочке.

В современной классификации выделяют:

Классический муковисцидоз:
- с панкреатической недостаточностью (смешанная или легочно-кишечная форма заболевания);
- с ненарушенной функцией поджелудочной железы (преимущественно легочная форма заболевания);
- неуточненный – неопределенный диагноз при положительном неонатальном скрининге на муковисцидоз.
Тяжесть протекания муковисцидоза напрямую зависит от возраста, когда стали проявляться первые симптомы, — чем младше ребенок, тем тяжелее течение заболевания и неблагоприятнее прогноз. У большинства детей отмечаются часто рецидивирующие респираторные инфекции с явлениями бронхита. Достаточно рано появляется кашель с выделением гнойной мокроты, тошнотой, рвотой и нарушением сна. Также может отмечаться свистящее дыхание, одышка, задержка прибавки веса, частый, с примесью жира и зловонным запахом стул.

Симптомы в разные возрастные периоды имеют свои особенности:

Альвеолярный мешок здорового человека (слева) и альвеолярный мешок пациента с муковисцидозом (справа)

Взрослые с поздней манифестацией и атипичной формой заболевания имеют скрытые формы болезни, которые чаще всего случайно проявляются в виде рецидивирующего бронхита, синусита, хронической обструктивной болезни легких, цирроза печени, бесплодия.

Диагностика муковисцидоза

Диагностика муковисцидоза основана на данных лабораторных и инструментальных исследований, клинической картине, физикальном обследовании и тестах функциональной диагностики.

Скрининг новорожденных на муковисцидоз направлен на доклиническое выявление патологии и основан на определении иммунореактивного трипсина в сухом пятне капиллярной крови.

Образец крови берется у доношенного ребенка из пятки на 4-й день жизни через 3 часа после кормления и на 7-й день – у недоношенного.
К специфическим лабораторным критериям муковисцидоза относятся:
- потовый тест — определение электролитов пота (показывает концентрацию ионов натрия и/или хлора);
- исследование назальных потенциалов;
- исследование панкреатической эластазы кала;
Панкреатическая эластаза 1 – показатель экзокринной функции поджелудочной железы.

Генетическое исследование, направленное на поиск частых мутаций в гене CFTR с целью диагностики муковисцидоза – наследственного заболевания, при котором поражаются экзокринные железы организма.

Исследование связано с определением носительства частых мутаций в генах, ответственных за развитие наиболее частых аутосомно-рецессивных заболеваний: муковисцидоза, несиндромальной нейросенсорной тугоухости, фенилкетонурии и спинальной амиотрофии.
- рентгенография ;
- исследование функции внешнего дыхания;
Спирометрия - это неинвазивный метод исследования функции внешнего дыхания, который позволяет оценить состояние легких и бронхов.

Электрокардиография (ЭКГ) - повсеместно распространенный метод изучения работы сердца, в основе которого лежит графическое изображение электрических импульсов сердца.

Исследование, позволяющее оценить функциональные и органические изменения сердца, его сократимость, а также состояние клапанного аппарата.

Исследование, позволяющее получить данные о состоянии органов грудной клетки и средостения.

Исследование, позволяющее выявлять различные патологии ЛОР-органов.

Исследование, позволяющее получить данные о состоянии органов брюшной полости (печень, желчный пузырь, селезенка, почки, поджелудочная железа), сосуды брюшной полости и абдоминальные лимфатические узлы).

Сканирование внутренних органов брюшной полости для оценки его функционального состояния и наличия патологии.

К каким врачам обращаться

Если у ребенка наблюдаются какие-то из перечисленных симптомов, следует безотлагательно сообщить об этом врачу-педиатру . При подозрении на муковисцидоз участковый педиатр дает направление в Российский или региональный центр по борьбе с муковисцидозом. Лечение муковисцидоза представляет собой трудную задачу, которая требует консультаций пульмонолога , гастроэнтеролога и других специалистов.

Лечение муковисцидоза

Терапия муковисцидоза носит комплексный характер и направлена на разжижение и удаление вязкой мокроты из бронхов, борьбу с инфекционными заболеваниями легких, замещение недостающих ферментов поджелудочной железы, коррекцию поливитаминной недостаточности, разжижение желчи.

Важное место в терапии бронхо-легочной формы муковисцидоза занимает кинезотерапия (специальный комплекс упражнений и дыхательной гимнастики, направленных на удаление мокроты). Занятия должны быть ежедневными и пожизненными. Необходимо обеспечить физическое развитие ребенка согласно возрастным нормам, максимально высокое качество жизни пациента, профилактику осложнений.

В зависимости от тяжести состояния лечение может проводиться в специализированном отделении больницы, в дневных стационарах или на дому. Такое лечение включает:
- проведение активной муколитической терапии;
- назначение бронхолитической терапии (ингаляционных бронходилататоров, в некоторых случаях кортикостероидов);
- антибактериальную терапию, включая ингаляционную;
- противогрибковую терапию (по показаниям);
- лечение гепатотропными препаратами;
- высококалорийную диету (иногда требуется дополнительное энтеральное зондовое питание).
- лапаротомия с резекцией части кишки (в период новорожденности при мекониальном илеусе);
- полипэктомия (при полипозе носа);
- постановка порт-системы (венозного катетера, имплантируемого под кожу) — при длительных курсах внутривенной антибактериальной терапии;
- спленэктомия, шунтирующие и склерозирующие манипуляции (при портальной гипертензии);
- плеврэктомия, плевродез (при повторных пневмотораксах).
При тяжелом течении заболевания необходимо пребывание пациента в условиях стационара с длительной кислородотерапией и практически постоянный прием антибактериальных препаратов.

При соблюдении этих условий терминальная фаза болезни может продолжаться несколько лет. В этой фазе больные планируются на пересадку легких.

Очень важную роль в лечении детей с муковисцидозом играют родители. На их плечи ложится большая ответственность по уходу за больным ребенком, поскольку терапия этого заболевания пожизненная и требует скрупулезного выполнения всех рекомендаций врача. Только родители, постоянно находясь с ребенком, могут оценить изменение в состоянии малыша и вовремя обратиться за медицинской помощью.

Основной причиной осложнений и летальности являются патологии дыхательных путей. К неблагоприятным и тяжелым последствиям муковисцидоза относятся:
- абсцессы;
- ателектазы;
- пневмоторакс, пиопневмоторакс;
- гипоксемия;
- гиперкапния;
- легочное сердце;
- желудочное и легочное кровотечение;
- отечный синдром;
- сахарный диабет;
- печеночная энцефалопатия;
- амилоидоз почек;
- острая и хроническая почечная недостаточность;
- фиброз печени, гепатоцеллюлярная недостаточность, желчнокаменная болезнь;
- неукротимая рвота;
- диарея, приводящая к обезвоживанию и выраженным электролитным нарушениям и др.
Рецидивирующие респираторные заболевания в виде бронхитов, бронхиолитов, пневмонии приводят к еще большему увеличению вязкости мокроты, обструкции дыхательных путей, инфекциям и частым воспалениям.

Повышенная вязкость секрета желез внешней секреции опасна хроническим воспалительным процессом в легких, экзокринной недостаточностью поджелудочной железы, гепатобилиарной патологией и аномально высоким содержанием электролитов в поте.

Вязкий кишечный секрет может привести к мекониальной непроходимости у новорожденных (мекониальному илеусу) и иногда к синдрому мекониевой пробки. У детей старшего возраста и взрослых также могут быть симптомы хронического запора и непроходимости кишечника.

Другие проблемы со стороны желудочно-кишечного тракта включают инвагинацию кишечника, странгуляционную кишечную непроходимость, ректальный пролапс, периаппендикулярный абсцесс, панкреатит, повышенный риск развития рака гепатобилиарного и желудочно-кишечного трактов (включая рак поджелудочной железы), гастроэзофагеальный рефлюкс, эзофагит, болезнь Крона и целиакию.

Бесплодие наблюдается у 98% мужчин из-за недоразвития семявыносящих протоков или других форм обструктивной азооспермии. У женщин фертильность несколько снижается из-за вязкого цервикального секрета, хотя многие женщины вынашивают беременность полностью. Исходы беременности для матери и новорожденного связаны со здоровьем матери.

Другие осложнения включают остеопению/остеопороз, депрессию и беспокойство, хроническую боль, обструктивное апное во сне, почечные камни, диализозависимую хроническую почечную недостаточность, железодефицитную анемию и эпизодические артралгии/артриты.

Течение заболевания во многом определяется степенью поражения легких. Ухудшение неизбежно, что приводит к истощению и, в конечном итоге, к смерти, как правило, из-за сочетания дыхательной недостаточности и легочного сердца. Прогрессирование легочной и сердечной недостаточности является наиболее частой причиной смерти пациентов (95%). Среди других причин выделяют осложнения при трансплантации органов (12%), заболевания печени и печеночную недостаточность (2,3%), травмы (2,1%), суицид (0,8%), другие (1,3%).

Профилактика муковисцидоза

Если в семье есть случаи муковисцидоза, то при планировании беременности обязательно следует обратиться к медицинскому генетику. В настоящее время стала возможной дородовая диагностика муковисцидоза у плода. Именно поэтому при возникновении каждой новой беременности необходимо сразу же (не позднее 8 недели беременности) обратиться в центр дородовой диагностики.

В конце ХХ века начали создаваться Российские и региональные центры по борьбе с муковисцидозом. Основу терапевтической помощи больным составляет грамотно подобранная пожизненная лекарственная терапия, регулярные профилактические осмотры и стационарное лечение в период обострений.

ВАЖНО!

Информацию из данного раздела нельзя использовать для самодиагностики и самолечения. В случае боли или иного обострения заболевания диагностические исследования должен назначать только лечащий врач. Для постановки диагноза и правильного назначения лечения следует обращаться к Вашему лечащему врачу.
- Для учеников 1-11 классов и дошкольников
- Бесплатные сертификаты учителям и участникам
Описание презентации по отдельным слайдам:

Нарушения строения и функций клеток- основа заболеваний

Любая болезнь представляет собой результат нарушений обмена веществ. В основе нарушений обмена веществ лежит повреждение или нарушение работы тех или иных клеток в той или иной ткани, органе

Растяжение голеностопного сустава

Инфекционные болезни могут быть вызваны бактериями, вирусами, микроскопическими грибами, простейшими

Онкологические заболевания начинается чаще всего с ошибок в делении, в результате которых образуются клетки, способные бесконтрольно делиться Метастазы - раковые клетки попадают в кровеносные сосуды и разносятся по организму

Заболевание эндокринной системы -сахарный диабет, поджелудочная железа перестает вырабатывать гормон инсулин

Генетические нарушения в клетке. Известно более 4 тыс. болезней человека, вызываемых генетическими отклонениями

Если причины болезней человека кроются в нарушении деятельности отдельных клеток, то и лечить надо не последствия этих процессов, а сами клетки
- подготовка к ЕГЭ/ОГЭ и ВПР
- по всем предметам 1-11 классов
Курс повышения квалификации

Дистанционное обучение как современный формат преподавания

Курс повышения квалификации

Инструменты онлайн-обучения на примере программ Zoom, Skype, Microsoft Teams, Bandicam
- Курс добавлен 31.01.2022
- Сейчас обучается 24 человека из 17 регионов
Курс повышения квалификации

Педагогическая деятельность в контексте профессионального стандарта педагога и ФГОС
- ЗП до 91 000 руб.
- Гибкий график
- Удаленная работа
Дистанционные курсы для педагогов

Свидетельство и скидка на обучение каждому участнику

Найдите материал к любому уроку, указав свой предмет (категорию), класс, учебник и тему:

5 605 616 материалов в базе

Самые массовые международные дистанционные

Школьные Инфоконкурсы 2022

Свидетельство и скидка на обучение каждому участнику

Другие материалы

Вам будут интересны эти курсы:

Оставьте свой комментарий
- 28.10.2019 3009
- PPTX 1.5 мбайт
- 276 скачиваний
- Рейтинг: 5 из 5
- Оцените материал:
Настоящий материал опубликован пользователем Абзалова Венера Ахмазетдиновна. Инфоурок является информационным посредником и предоставляет пользователям возможность размещать на сайте методические материалы. Всю ответственность за опубликованные материалы, содержащиеся в них сведения, а также за соблюдение авторских прав несут пользователи, загрузившие материал на сайт

Если Вы считаете, что материал нарушает авторские права либо по каким-то другим причинам должен быть удален с сайта, Вы можете оставить жалобу на материал.

Автор материала

40%
- Подготовка к ЕГЭ/ОГЭ и ВПР
- Для учеников 1-11 классов
Московский институт профессиональной
переподготовки и повышения
квалификации педагогов

Дистанционные курсы
для педагогов

663 курса от 690 рублей

Выбрать курс со скидкой

Выдаём документы
установленного образца!

Учителя о ЕГЭ: секреты успешной подготовки

Время чтения: 11 минут

Школы граничащих с Украиной районов Крыма досрочно уйдут на каникулы

Время чтения: 0 минут

Онлайн-тренинг: нейрогимнастика для успешной учёбы и комфортной жизни

Время чтения: 2 минуты

В Россию приехали 10 тысяч детей из Луганской и Донецкой Народных республик

Время чтения: 2 минуты

Минпросвещения России подготовит учителей для обучения детей из Донбасса

Время чтения: 1 минута

В приграничных пунктах Брянской области на день приостановили занятия в школах

Время чтения: 0 минут

Курские власти перевели на дистант школьников в районах на границе с Украиной

Время чтения: 1 минута

Подарочные сертификаты

Ответственность за разрешение любых спорных моментов, касающихся самих материалов и их содержания, берут на себя пользователи, разместившие материал на сайте. Однако администрация сайта готова оказать всяческую поддержку в решении любых вопросов, связанных с работой и содержанием сайта. Если Вы заметили, что на данном сайте незаконно используются материалы, сообщите об этом администрации сайта через форму обратной связи.

Все материалы, размещенные на сайте, созданы авторами сайта либо размещены пользователями сайта и представлены на сайте исключительно для ознакомления. Авторские права на материалы принадлежат их законным авторам. Частичное или полное копирование материалов сайта без письменного разрешения администрации сайта запрещено! Мнение администрации может не совпадать с точкой зрения авторов.

В настоящей статье подробно изложена суть процесса повреждения клетки. Описаны два возможных варианта рассмотрения данного процесса: в качестве причины и следствия развития патологического процесса. Представлены основные классификации повреждений: по степени нарушения внутриклеточного гомеостаза, по происхождению и другие. Разобраны возможные причины клеточных повреждений. Также сделан акцент на возможности рассмотрения повреждения с точки зрения вреда и пользы для организма.

2. Патологическая анатомия: учебник / А.И. Струков, В.В. Серов. – 5-е изд., стер. – М.: Литтера, 2010. – 880 с.: ил.

3. Патофизиология: учебник : в 2 т. / под ред. В.В. Новицкого, Е.Д. Гольдберга, О.И. Уразовой. - 4-е изд., перераб. и доп. - ГЭОТАР-Медиа, 2017 - Т. 1 - 848 с.: ил.

Введение.

Повреждение клетки - изменения структуры, метаболизма, свойств и функций, которые ведут к нарушению жизнедеятельности [1]. Повреждения можно рассмотреть с двух сторон: как причину и следствие развития патологического процесса в организме. К примеру, если наблюдаются повреждения гепатоцитов печени, то возможно развитие патологических процессов в органе с последующим нарушением его нормальных функций. При возникновении инфаркта миокарда будет нарушаться нормальная деятельность клеток с их последующей гибелью в результате возникновения гипоксии сердечной мышцы; будут происходить нарушения со стороны кровоснабжения организма, что станет причиной нарушения функционирования других клеток и возникновения осложнений на системы органов. В любом случае, задача организма состоит в ликвидации клеточного повреждения. Достигнуть этого можно путём включения всевозможных защитных, компенсаторных клеточных механизмов, которые будут стараться уменьшить неблагоприятное действие повреждающего фактора (по возможности остановить его действие) и устранить все последствия его воздействия на клетку. Однако для того, чтобы ликвидировать повреждение, необходимо разобраться какие виды повреждений бывают, какие факторы их вызывают, в какой форме они проявляются и какое воздействие оказывают на состояние организма в целом.

Результаты.

Классификация клеточных повреждений.

По степени нарушения внутриклеточного гомеостаза выделяют [2]:
1. Обратимое повреждение. Оно возможно, когда различные защитные механизмы способны устранить последствия повреждения. К примеру, у эритроцитов при кратковременном изменении осмотического давления крови.
2. Необратимое повреждение. Повреждение будет необратимым, если привлечения всевозможных защитных и компенсаторных механизмов клетки недостаточно для ликвидации последствий повреждения. Это происходит, когда повреждающий стимул оказывает влияние на клетки слишком долго и/или слишком интенсивно. Это наблюдается при длительной ишемии сердечной мышцы, в процессе которой происходит повреждение кардиомиоцитов необратимого характера. В целом можно сказать, что обратимые повреждения будут нарушать гомеостаз организма, ухудшать его общее состояние и нормальное функционирование, а необратимые - приводить к гибели клеток и сильно снижать продолжительность их жизни.
Патогенетические виды повреждений [3]:

1.Повреждение насильственного характера — наблюдается в случае, когда клетка абсолютно здорова, ее защитно-компенсаторные механизмы находятся в норме, однако сила и интенсивность повреждающего агента настолько велика, что он, воздействуя на клетку, приводит к её повреждению. Наиболее чувствительны к этому повреждению функционально малоактивные клетки, которые обладают небольшой силой собственных механизмов для поддержания гомеостаза.

2.Повреждение цитопатического характера — наблюдается в случае, когда клетка слабая и её механизмы защитно-компенсаторного характера нарушены. В такой ситуации даже воздействие повреждающего фактора обычной силы приведёт к повреждению клетки. К цитопатическому характеру нарушения будут относится те виды повреждений, которые возникают из-за отсутствия недостающих и нужных клетке компонентов. (Например, гипоксическое повреждение - при недостатке кислорода). Клетки, чья реактивность и функциональная активность высокая в обычных для них ситуациях (например, нейроны) будут в большей степени чувствительны к этому виду повреждения.

Причины клеточных повреждений по происхождению [4]:

Внешние(экзогенные) стимулы воздействуют извне. Выделают следующие виды агентов экзогенного происхождения:

1)Агенты физического характера: колебания температур, действие электрического тока, механические повреждения, ультрафиолет, электромагнитные явления.

2)Агенты химического характера: кислоты/щелочи, соли тяжелых металлов, низкомолекулярные неорганические вещества (альдегиды, фенолы), высокомолекулярные вещества (иммуноглобулины).

3) Агенты биологического характера: вирусы, бактерии.

Внутренние(эндогенные) стимулы находятся в клетке. Выделают следующие агенты эндогенного происхождения:

1) Агенты физического характера: свободные радикалы, смена осмотического давления

2) Агенты химического характера: ионы, кислород, метаболиты, физиологически активные вещества (гормоны)

3) Агенты биологического характера: продукты жизнедеятельности других поврежденных и погибших клеток

Клеточное повреждение под действием одного повреждающего агента, может быть связано с увеличением или уменьшением его количества в клетке. К примеру, рассмотрим избыток и недостаток кислорода в тканях: при его избытке активируется процесс свободнорадикального перекисного окисления липидов (СПОЛ), в результате которого повреждаются ферменты и клеточные мембраны; недостаток кислорода, наоборот, нарушает нормальное течение окислительных процессов, снижает образование АТФ и, в целом, наблюдается нарушение со стороны функций клеток.

Выводы.

В заключение хотелось бы отметить, что повреждение клеток вне зависимости от вида, всегда будет иметь как отрицательные проявления, так и положительные. Если вспомнить суть первичного и вторичного повреждения клетки, то нельзя однозначно сказать, хорошо это или плохо, так как для разных ситуаций повреждение клетки будет по-разному сказываться на общее состояние организма. К примеру, после первичного повреждения клетки, организм не смог своевременно его ликвидировать, и оно перешло во вторичное повреждение, распространившись на соседние клетки [5]. С одной стороны, это плохо, так как на заживление вторичного повреждения организму придется затратить больше сил, энергии, времени и включить все свои дополнительные защитные и компенсаторные резервы. Но, с другой стороны, если соседние клетки оказываются опухолевыми, то в результате перехода первичного повреждения во вторичное, эти клетки будут также повреждаться и удаляться, соответственно, это будет положительным эффектом.

Список сокращений.

(ATP) АТФ- аденозинтрифрсфат

(mtDNA) мтДНК- митохондриальная ДНК

(ox-phos) ОФ- окислительное фосфорилирование

(NADH) НАД-Н- восстановленный никотинамидадениндинуклеотид

(FADH) ФАД-Н- востановленный флавинадениндинуклеотид

(TCA) ТКК- трикарбоновые кислоты

(ЕТС) ЦПЭ- цепь передачи электронов

(PDH) ПДГ- пируватдегидрогеназа

(CoA) КоА- коэнзим А

(ТРР) ТПФ- тиаминпирофосфат

(ADP) АДФ- аденозиндифосфат

(ROS) РФК- реактивные формы кислорода

(MnSOD) Mn-СОД- Mn- супероксиддисмутаза

(ZnSOD) Zn-СОД- Zn-супероксиддисмутаза

(GPX) ГП- глутатионпероксидаза

(PRX) ПР- пероксидредоксин

(mtNOS) мтСОА- митохондриальная синтаза оксида азота

(TNF α) ФНОα- фактор некроза опухолей α

(NF-kappa β) ЯФ-каппа β- ядерный фактор- каппа β

(ppm) чнм- частей на миллион

(SDH) СДГ- сукцинатдегидрогеназа

(COX) ЦОК- цитохром-с-оксидаза

(IU) МЕ- международная единица (мера вещества)

Митохондрии выполняют роль электростанций в наших клетках. Они отвечают за создание энергии в форме аденозинтрифосфата (АТФ) и участвуют в путях передачи сигналов апоптоза. Имеющаяся в настоящее время теория гласит, что митохондрии являются потомками аэробных бактерий, которые колинизировали древних прокариот около 1-3 миллионов лет назад [1. Это способствовало эволюции первых эукариотических клеток, способных к аэробному дыханию, что являлось необходимой предпосылкой для эволюции многоклеточных организмов . В поддержку этой теории выступает наблюдение, что митохондрии- единственные субклеточные структуры, помимо ядра, содержащие ДНК. Однако, в отличие от ядерной ДНК, митохондриальная ДНК (мтДНК) не защищена гистонами . Ядерная ДНК накручивается на гистоны, которые физически защищают ДНК от повреждения свободными радикалами , а также необходимы для репарации двунитевых разрывов ДНК . Поскольку мтДНК не имеет структурной поддержки со стороны гистонов, она весьма восприимчива к повреждению.

Впервые митохондриальные болезни были описаны Люфтом (Luft) и сотр. в 1962 году, когда обследовали 35-летнюю женщину с эутиреоидным состоянием, миопатией, чрезмерным потоотделением, нетолерантностью к высокой температуре, полидипсией с полиурией и базовой скоростью метаболизма 180% от нормы. Пациентка страдала от разобщения процессов окислительного фосфорилирования (ОФ). ОФ является основным путем получения энергии в клетке. Энергия в форме АТФ образуется в митохондриях в процессе реакций, в которых электроны, высвобождающиеся из восстановленных субстратов никотинамидадениндинуклеотида (НАД-Н) и флавинадениндинуклеотида (ФАД-Н), поставляются на кислород по цепи респираторной протоновой(Н + ) помпы . Разобщение процессов ОФ приводит к образованию тепла без соответствующего образования АТФ, что влечет за собой дисфункцию общего состояния пациентки. В целях компенсации ее митохондрии увеличились в размере и умножились, что отчетливо наблюдалось при анализе гистологической мышечной биопсии.

С момента этого впервые задокументированного случая было отмечено, что митохондриальная дисфункция была свойственна почти всем патологических и токсикологическим состояниям . (Это отражено в таблицах 1-3). К таким состояниям относится саркопения неалкогольный стеатогепатит; приобретенные болезни, такие как диабет и атеросклероз; нейродегенеративные заболевания, такие как болезнь Паркинсона и болезнь Альцгеймера, и наследственные состояния, совместно именуемые митохондриальными цитопатиями.

Но поскольку симптомы варьируются от случая к случаю, в зависимости от возраста начала заболевания, от скорости прогрессирования, митохондральные дисфункции могут оказаться сложными для диагностирования при своем первом появлении. Согласно Кохену (BH Cohen), автору статьи от июля 2001 г в Cleveland Clinic Journal of Medicine, ранняя фаза может оказаться неострой и может не походить на известные митохондриальные заболевания. Кроме того, симптомы, такие как утомляемость, мышечные боли, затрудненное дыхание и боли в брюшной полости, могут быть ошибочно отнесены к коллагеновым сосудистым заболеваниям, синдрому хронической усталости, фибромиалгии или психосоматическим заболеваниям .

В настоящей статье исследуются структура и функции митохондрий, детали механизмов, посредством которых приобретенная митохондриальная дисфункция может повлечь широкий диапазон симптомов, а также предлагается целесообразный подход к лечению. Я думаю, что, поскольку клиницисты становятся более квалифицированными в вопросах важности роли митохондрий для состояния здоровья и болезни, мы сможем как можно раньше начать улучшать состояние пациентов.

Структура и функции митохондрий

Энергетическая потребность клетки контролируется числом митохондрий в каждой клетке. Одна соматическая клетка может содержать от 200 до 2000 митохондрий , в то время как зародышевые клетки человека, такие как сперматозоиды, содержат постоянное число в 16 митохондрий, а ооциты содержат их до 100 000 . Самое большое число митохондрий обнаружено в большинстве метаболически активных клеток, таких как клетки скелетной и сердечной мускулатуры, клетки печени и мозга. Митохондрии были найдены в каждой клетке человека, за исключением зрелых эритроцитов .

Митохондрии производят более чем 90% энергии клетки путем окислительного фосфорилирования . Образование энергии является результатом двух тесно скоординированных метаболических процессов- цикл трикарбоновых кислот (ТКК), известный также как цикл Кребса или цикл лимонной кислоты, и цепь передачи электронов (ЦПЭ). Цикл ТКК преобразует углеводы и жиры в АТФ, но основная его задача состоит в продуцировании коэнзимов НАД-Н и ФАД-Н, так что они тоже поступают в ЦПЭ.

Полный цикл ТКК представляется следующим образом: в результате катаболизма глюкозы в цитозоле получается 2 молекулы пирувата, которые проходят через двойную мембрану митохондрий и включаются в цикл ТКК. Поскольку молекулы пирувата проходят через мембраны, они встречают на своем пути два фермента- пируваткарбоксилазу и пируватдегидрогеназу (ПДГ). Хотя ПДГ упоминается как одиночный фермент, но фактически он представляет собой комплекс из трех отдельных ферментов- пируватдегидрогеназы, дигидролипоилтрансацетилазы и дигидролипоилдегидрогеназы. ПДГ- комплекс требует многообразия коферментов и субстратов для выполнения своей функции- коэнзим А (КоА), производного пантотеновой кислоты (витамин В5); НАД + , который содержит никотиновую кислоту (витамин В3); ФАД + , который содержащий рибофлавин (витамин В2); липоевую кислоту и тиаминпирофосфат (ТПФ), который, как видно из названия, содержит тиамин (витамин В1).

При избытке энергии (относительно высокой концентрации АТФ), активируется пируваткарбоксилаза и переносит молекулы пирувата в направлении гликонеогенеза. Когда потребность в энергии высока (при относительно низкой концентрации АТФ), две молекулы пирувата проходят через ПДГ- комплекс, и образуется две молекулы ацетилкоэнзима А (ацетил коА), поступающих в цикл ТКК. Существует 9 промежуточных продуктов в цикле ТКК. Чтобы пройти через этот цикл полностью, ферменты, катализирующие биотрансформацию промежуточных продуктов, требуют следующих кофакторов: цистеин, железо, никотиновая кислота, магний, марганец, тиамин, рибофлавин, пантотеновая кислота и липоидная кислота . Когда образуется 2 молекулы ацетил КоА, каждая молекула ацетил КоА образует 3 молекулы НАД-Н и 2 молекулы ФАД-Н, в общей сложности 6 НАД-Н и 4 ФАД-Н на одну молекулу пирувата. Кроме того, ацетил КоА может образовываться при окислении жирных кислот, которые затем требуют питательного вещества L- карнитина для переноса ацетил-КоА в митохондрии для включения его в цикл ТКК.

НАД-Н и ФАД-Н несут электроны в ЦПЭ, которая встроена во внутреннюю митохондриальную мембрану и состоит из серии пяти ферментативных комплексов, обозначаемых I-VI. Донорные электроны от НАД-Н и ФАД-Н проходят через комплекс ЦПЭ, передаваясь по электрохимическому градиенту и доставляясь на двухатомный кислород (О ₂ ) по цепи респираторных протоновых (Н + ) помп.

Комплексы I-IV вовлекают убихинон (коэнзим Q10, сокращенно CoQ10). Комплекс I представляет собой НАД-Н- дегидрогеназу, или НАД-Н: убихиноноксидоредуктзу; комплекс II представлен сукцинатдегидрогеназой (СДГ), или сукцинат: убихиноноксидоредуктазой; компрлекс III является dc1- комплексом, или убихинон: цитохром-С- оксидоредуктазой; комплекс IV- это цитохром-С- оксидаза, или восстановленная цитохром С: кислород- оксидоредуктаза; и комплекс V представляет собой АТФ- синтазу или протонтранслоцирующую АТФ- синтазу . Комплексы I-V содержат флавины, в состав которых входит рибофлавин, железо-серосодержащие кластеры , медьсодержащие кластеры или железосодердащие части гема.

Убихинон переносит электроны от комплексов I и II на комплекс III. Цитохром С, железосодержащий гемопротеин с биядерным медьсодержащим центром , переносит электроны от комплекса III на комплекс IV. В ходе этого процесса протоны идут через помпу на внутреннюю митохондриальную мембрану в интермембранное пространство и создают движущую силу, которую использует комплекс V для фосфорилирования аденозиндифосфата (АДФ) АТФ- синтазой, образуя таким образом АТФ. Для нормального функционирования цикла ТКК и ЦПЭ требуются все питательные вещества, участвующие в образовании ферментов и всех кофакторов, необходимых для активации этих ферментов.

Механизмы возникновения повреждений митохондриальных повреждений

Повреждение митохондрий в основном возникает из-за воздействия реактивных форм кислорода (РФК) . В настоящее время считают, что большинство РФК образуется комплексами I и III, вероятно, вследствие высвобождения электронов под воздействием НАД-Н и ФАД-Н в ЦПЭ. Митохондрии используют приблизительно 85% кислорода, потребляемого клеткой, в процессе образования АТФ . В ходе нормального процесса ОФ от 0.4% до 4.0% всего употребляемого кислорода преобразуется в митохондриях в супероксидные радикалы (О ₂ - ) . Супероксид трансформируется до пероксида водорода (Н ₂ О ₂ ) с помощью ферментов детоксикации- марганцевой супероксиддисмутазы (Mn-СОД) или цинк/медь- супероксиддисмутазы (Cu/Zn СОД) ,- а затем до воды с помощью глутатионпероксидазы (ГП) или пероксидредоксина III (ПР III) . Однако, если эти ферменты не способны достаточно быстро конвертировать РФК, такие как супероксид-радикал, до воды, происходит оксидативное повреждение и аккумулируется в митохондриях . Глутатион в ПР является одним из основных антиоксидантов в организме. Глутатион представляет собой трипептид, содержащий глутамин, глицин и цистеин. ГП требует селен в качестве кофактора.

Показано, сто супероксид in vitro повреждает железо-серный кластер, находящийся в в активном центре аконитазы, фертента цикла ТКК . Из-за этого железо вступает в реакцию с Н ₂ О ₂ с образованием гидроксильных радикалов через реакцию Фентона (Fenton) . Кроме того, оксид азота (NO) образуется в митохондриях с помощью митохондриальной синтазы оксида азота (МтСОА) , а также свободно диффундирует в митохондрии из цитозоля. NO реагирует с O ₂ с образованием другого радикала- пероксинитрита (ONOO - ) . Вместе эти два радикала и другие радикалы могут нанести существенное повреждение митохондриям и другим компонентам клетки.

В митохондриях элементами, которые особенно подвержены воздействию свободных радикалов, являются липиды, белки, окислительно-восстановительные ферменты и мтДНК . Прямое повреждение митохондриальных белков снижает их аффинность к субстратам или коферментам и таким образом нарушают их функцию. Проблема осложняется тем, что если повреждение митохондрии произошло, то функция митохондрии может быть скомпрометирована увеличением потребностей клетки для процессов репарации энергии. Митохондриальная дисфункция может привести к цепному процессу, при котором митохондриальное повреждение влечет за собой дополнительное повреждение.

Комплекс I особенно чувствителен к воздействию оксида азота (NO). У животных, которым вводили природные и синтетические антагонисты комплекса I, как правило, наблюдается гибель нейронов . Нарушение функции комплекса I было ассоциировано с наследственной оптической нейропатией Лебера, болезнью Паркинсона и другими нейродегенеративными состояниями.

Гипергликемия индуцирует образование супероксида в митохондриях эндотелиальными клетками, который является важным медиатором диабетических осложнений, таких как сердечно- сосудистые заболевания . Образование супероксида в эндотелии также способствует развитию атеросклероза, гипертензии, сердечной недостаточности, старения, сепсиса, ишемически- реперфузионных повреждений и гиперхолестеринемии .

Медиаторы воспаления, такие как фактор некроза опухолей α (ФНОα) in vitro были связаны с митохондриальной дисфункцией и повышали образование ФРК . В модели застойной сердечной недостаточности добавление ФНОα к культуре кардиомиоцитов повышало образование РФК и гипертрофию миоцитов . ФНОα вызывает митохондриальную дисфункцию путем восстановления активности комплекса III в ЦПЭ, увеличивая образование РФК и повреждение мтДНК .

Дефицит питательных веществ или их избыток также может привести к митохондриальной дисфункции. Витамины, минералы и другие метаболиты работают как необходимые кофакторы для синтеза и функционирования митохондриальных ферментов и других составляющих, которые поддерживают функцию митохондрий (см. табл. 4), и диета с недостатком микрокомпонентов может ускорять старение митохондрий и способствовать нейродегенерации . Например, ферменты участвующие в цепи синтеза гемма, требуют достаточных количеств пиридоксина, железа, меди, цинка и рибофлавина . Недостаток питательных веществ, необходимых для каких- либо компонентов цикла ТКК или ЦПЭ, может привести к увеличению образования свободных радикалов и повреждению мтДНК.

Хорошо известно, что недостаток питательных веществ является широко распространенной причиной патогенеза многих заболеваний и является главным предметом спора в здравоохранении. Недостаток железа главным посредником в развитии общего груза заболеваний, затрагивающих приблизительно 2 миллиарда людей, преимущественно женщин и детей . Это наиболее распространенный тип дефицита питательных веществ. Низкий статус содержания железа снижает активность митохондрий путем выключения комплекса IV и увеличения оксидативного стресса . Механизмы, лежащие в основе процесса влияния дефицита питательных веществ (и в некоторых случаях избыток, как при перегрузке железом) на возникновение, развитие и прогрессирование заболеваний, возникающих вследствие нарушения митохондриальных функций, к настоящему времени уже изучены.

Тестирование и варианты лечения.

Читайте также: