Электрический пробой мембран – как универсальный механизм нарушения барьерной функции мембран в патологии

Ранее уже говорилось (см. лекцию 5), что существует всего четыре основных процесса, которые непосредственно обусловливают нарушение целостного липидного бислоя в патологии: (1) перекисное окисление липидов; (2) действие мембранных фосфолипаз; (3) механическое (осмотическое) растяжение мембраны и (4) адсорбция на бислое полиэлектролитов, включая некоторые белки и пептиды. Конечно, нас всегда волновал вопрос, почему такие разные по своей природе воздействия приводят к одному и тому же результату. Изучение влияния всех перечисленных факторов на потенциал пробоя мембран позволило пролить некоторый свет на эту проблему. Оказалось, что все они снижают потенциал пробоя, т.е. уменьшают электрическую прочность мембран. Это особенно четко было показано на простейшем объекте – БЛМ (см. рис. 14). Отдельные опыты были поставлены и на других объектах. Так, например, на рис. 17 можно видеть, что потенциал пробоя эритроцитов снижается при помещении клеток в гипотоническую среду, где их мембраны испытывают растяжение, вызванное осмотическим давлением изнутри. Полученные данные позволяют предположить, что в живых клетках пробой мембран собственным мембранным потенциалом – одна из основных причин нарушения барьерной функции мембран в патологии. В самом деле, как видно из таблицы 2, потенциал пробоя митохондрий (200 мВ) всего на 25 мВ превышает ту разность потенциалов, которая в норме существует на внутренней мембране энергизованных митохондрий (175 мВ). Потенциал пробоя клеточной мембраны эритроцита всего на 20 – 30 мВ выше потенциала покоя в возбудимых клетках. Достаточно даже небольшого снижения электрической прочности (потенциала пробоя) мембраны под действием любого из четырех повреждающих факторов, чтобы потенциал пробоя сравнялся с существующим на мембране потенциалом, и тогда мембрана будет пробиваться разностью потенциалов, которую сама и создает.

 

Рис.17. Снижение потенциала пробоя мембран эритроцитов при их осмотическом растяжении

Объем клетки (V) изменялся в результате варьирования осмотического давления окружающей среды и оценивался по гематокриту. V0 – объем клеток в изотонической среде. Потенциал пробоя j*(Н+) был рассчитан по скачку pH среды при помещении туда эритроцитов.

 

 

Таблица 2. Электрические потенциалы (мВ) на мембранах клеток и потенциалы пробоя модельных и биологических мембран (А.В. Путвинский, Т.В. Пучкова, О.М. Парнев, Ю.А. Владимиров)

Объект Разность потенциалов на мембране в клетках Потенциал пробоя
Липидный бислой – 130 – 170 (БЛМ)
Клеточная мембрана 70 (нервные и мышечные клетки) 90 – 100 (эритроциты)
Внутренняя мембрана митохондрий 175 (митохондрии печени в присутствии субстратов и кислорода)

 

Вопросы для самоконтроля и зачета

  1. Что такое электрический пробой мембраны?
  2. Расскажите о приготовлении БЛМ и о том, как была продемонстрирована возможность самопробоя мембраны ионным диффузионным потенциалом
  3. Как изучается пробой в липосомах?
  4. Как можно изучить явление электрического пробоя в эритроцитах?
  5. Изучение электрического пробоя в митохондриях
  6. Влияние перекисного окисления липидов и других повреждающих факторов на потенциал пробоя БЛМ.