Патологическое внутриклеточное накопление веществ
В некоторых ситуациях в клетке может накапливаться избыточное количество различных веществ, как безвредных, так и вызывающих ее повреждения разной степени выраженности. Вещества могут накапливаться в цитоплазме, в органеллах (как правило, в лизосомах) или в ядре; они могут синтезироваться самими клетками или без их участия. Существует четыре основных пути для патологического внутриклеточного накопления веществ.
Основные механизмы аномального внутриклеточного накопления включают неадекватную элиминацию и разрушение эндогенного вещества, усиленный синтез, а также отложение экзогенного материала (рис. 2.24). Некоторые примеры каждого из перечисленных механизмов представлены ниже.
Рис. 2.24. Механизм внутриклеточного накопления:
- нарушение обмена веществ, например, при жировой дистрофии печени;
- мутации, вызвавшие мисфолдинг белков и нарушения транспорта, что привело к внутриклеточному накоплению поврежденных молекул;
- отсутствие ферментов, ответственных за разрушение определенных соединений, вызывает накопление веществ в лизосомах, например, при болезнях накопления;
- неспособность разрушить фагоцитированные частицы неорганической природы (неперевариваемые частицы), например при накоплении угольного пигмента.
Жировая дистрофия, или стеатоза, проявляется избыточным накоплением триглицеридов в паренхиматозных клетках. Этот процесс чаще всего встречается в печени, так как данный орган вовлечен в жировой обмен, но также может возникать в сердце, скелетной мускулатуре, почках и других органах. Причиной стеатоза бывают токсины, белковая недостаточность, сахарный диабет, ожирение и гипоксия. Потребление алкоголя и сахарный диабет в сочетании с ожирением являются самыми частыми причинами жировой дистрофии печени (жировой гепатоз) в высокоразвитых странах. Этот процесс более подробно обсуждается в главе 16.
Холестерин и его эфиры. Обмен холестерина в клетке находится под строгим контролем и используется в норме для образования клеточных мембран (для которых холестерин — основной компонент), при этом внутриклеточные запасы холестерина отсутствуют. Тем не менее, при различных патологических состояниях происходит избыточное накопление липидов (триглицеридов, холестерина и его эфиров) в фагоцитах за счет увеличенного захвата или нарушенного катаболизма. И здесь самым важным заболеванием является атеросклероз, при котором происходит избыточное накопление липидов и нарушение их утилизации. Роль липидов и отложения холестерина в патогенезе атеросклероза обсуждается в главе 10.
Белки. Морфологически видимые скопления белка в цитоплазме клеток встречаются гораздо реже по сравнению с липидами. Скопления белка возникают при усиленном поступлении белка в клетку (инфильтрация) или избыточном синтезе. Например, в почках альбумин в минимальных количествах фильтруется через гломерулярный фильтр клубочка и обычно реабсорбируется путем пиноцитоза в проксимальных извитых канальцах. Однако при тяжелых повреждениях гломерулярного фильтра (при нефротическом синдроме) наблюдается усиленная реабсорбция белка.
И вакуоли, и гранулярные включения, содержащие белок, выявляются на гистологических препаратах в виде вакуолярных структур и розовых гиалиновых капель в цитоплазме (гиалино-капельная и гидропическая дистрофия эпителия проксимальных извитых канальцев). Данный процесс (на ранних стадиях) обратим при стихании протеинурии — капельки белка перерабатываются и исчезают.
Другой пример: избыточное накопление вновь синтезированных иммуноглобулинов, которые могут появляться в шероховатом ЭР в некоторых плазматических клетках и формировать округлые эозинофильные тельца Русселя. Примеры накопления белков обсуждаются в других главах учебника («алкогольный гиалин» печени — в главе 16, нейрофибриллярные бляшки нейронов — в главе 23).
Гликоген. Избыточное накопление гликогена внутри клетки связано с нарушением обмена глюкозы или гликогена. При неконтролируемом сахарном диабете гликоген накапливается в эпителии почечных канальцев, кардиомиоцитах и β-клетках островков Лангерганса. Гликоген также накапливается в клетках при генетических заболеваниях накопления гликогена или гликогенозах (см. главу 7).
Пигменты — это окрашенные вещества, которые могут быть:
- экзогенными, то есть поступающими из окружающей среды (угольный пигмент);
- эндогенными, то есть синтезируемыми непосредственно в организме (хромопротеиды — липофусцин, меланин и некоторые производные гемоглобина).
Из экзогенных пигментов чаще всего встречается угольный пигмент, который является компонентом загрязняющих атмосферный воздух выбросов. Угольный пигмент при вдыхании загрязненного воздуха поглощается альвеолярными макрофагами и транспортируется по лимфатическим путям к регионарным трахеобронхиальным лимфатическим узлам. Скопления пигмента придают черную окраску дренирующим лимфатическим узлам и ткани легкого (антракоз) (см. главу 13).
Липофусцин, или «пигмент старения», — это нерастворимый коричневато-желтый мелкозернистый внутриклеточный пигмент, который накапливается в различных тканях (особенно в сердце, печени и головном мозге), и рассматривается в качестве маркера старения или атрофии. Липофусцин представляет собой комплекс липидов и белков, который формируется при перекисном окислении полиненасыщенных жирных кислот внутриклеточных мембран свободными радикалами. Накопление липофусцина не вызывает гибели клетки, но является признаком имевших ранее повреждений свободными радикалами. Накопления коричневого пигмента липофусцина (рис. 2.25) (в сочетании с атрофией органов) придают органам характерный вид, получивший название бурой атрофии.
Рис. 2.25. Нежные гранулы липофусцина расположены в кардиомиоцитах (стрелки указывают на отложения липофусцина)
Меланин — эндогенный коричнево-черный пигмент, синтезируется меланоцитами, расположенными в эпидермисе, и осуществляет защиту от ультрафиолетового облучения. Хотя меланоциты служат единственным источником меланина, соседние базальные кератиноциты кожи могут накапливать пигмент (например, в веснушках), а также его накапливают макрофаги дермы (называются меланофагами).
Гемосидерин — железосодержащий пигмент, который является производным гемоглобина, имеет золотисто-желтый или коричневый цвет и накапливается в тканях при местном или системном избыточном распаде гемоглобина и синтезе железа. Обычно железо сохраняется в клетках и во внеклеточном матриксе в связанном состоянии с белком апоферритином, образуя мицеллы ферритина. Гемосидерин имеет вид крупных скоплений мицелл ферритина и легко обнаруживается при световой и электронной микроскопии; железо выявляется при гистохимической реакции с образованием берлинской лазури (рис. 2.26).
Рис. 2.26. Гемосидерин в виде гранул откладывается в клетках печени:
- А — при окраске гематоксилином и эозином выявляется золотисто-коричневый пигмент в виде многочисленных зерен;
- Б — отложение железосодержащего пигмента подтверждается окраской на гемосидерин при образовании берлинской лазури
Хотя гемосидерин накапливается при патологических процессах, в небольших количествах пигмент может присутствовать в норме: в мононуклеарных фагоцитах костного мозга, селезенке и печени (в местах разрушения старых эритроцитов). Избыточное отложение гемосидерина называется «гемосидероз», наиболее выраженное накопление железа встречается при наследственных гемохроматозах, представленных в главе 16.
Гемосидерин, образующийся при распаде эритроцитов — гемолизе, малотоксичен и может вызывать склероз в тканях. Гемосидерин, образующийся в результате повышенного захвата железа организмом при гемохроматозе, является токсичным и вызывает повреждение тканей.
Подписывайтесь, друзья, на наш телеграм-канал и группу ВК