Последовательность событий при тканевой гипоксии

Рис.7. Изменение количества Ca2+ в митохондриях срезов печени (кривая) и кальций- аккумулирующая способность изолированных митохондрий (столбики), полученных из органа, инкубированного в условиях аноксии

1 – 4 – стадии процесса повреждения митохондрий в клетках.

 

Опыты с изолированными митохондриями всем хороши, кроме того, что нет никакой уверенности в том, что мы создаем для них точно такие же условия, как в целой ткани. Поэтому представляют интерес эксперименты, в которых за накоплением кальция митохондриями следили по флуоресценции срезов печени, пропитанных раствором, содержащим хлортетрациклин. Пользуясь флуоресцентным микроскопом, можно увидеть, что в такой ткани ярко флуоресцируют митохондрии на практически черном фоне. Как видно на рис. 7, флуоресценция ткани изменяется в ходе анаэробной инкубации печени, из которой эти кусочки затем готовятся. В свежевыделенной печени флуоресценция относительно слабая (первая точка на кривой), притом, что митохондрии обладают хорошей способностью аккумулировать кальций (первый столбик). Это понятно: в неповрежденных клетках печени концентрация кальция мала, и митохондриям нечего накапливать. Заметим, что в момент измерения флуоресценции (т.е. в кювете флуориметра) кусочки печени всегда оказываются уже в аэрируемых условиях. Через 10–15 мин анаэробной инкубации печени количество кальция в митохондриях резко возрастает; вероятно, это говорит о том, что кальций вошел в клетки, а митохондрии пока еще способны его аккумулировать. Через 30 мин кальций-аккумулирующая способность митохондрий падает (см. второй столбик) и количество кальция в митохондриях внутри ткани снижается (кривая). К 60-й минуте происходит временное восстановление способности митохондрий аккумулировать кальций (третий столбик) и количество кальция в митохондриях срезов печени увеличивается. Это временное восстановление функций митохондрий (причина которого пока неясна) сменяется окончательным повреждением органелл на 90-120 мин аноксии (столбцы) и соответствующим падением флуоресценции митохондрий в ткани (кривая). С учетом всех данных (см. предыдущую лекцию, рис. 2, а также рис. 1 и рис. 7 в этой лекции), можно представить себе последовательность событий в клетке после прекращения доступа кислорода следующим образом:

0-5 мин аноксии: снижение уровня АТФ в клетке в 2-4 раза, несмотря на активацию гликолиза;

5-15 мин: появление Ca2+ в цитоплазме клетки. Активация гидролитических ферментов, в том числе фермента фосфолипазы A2 митохондрий. При реоксигенации содержание Ca2+ в митохондриях повышается, т. к. они еще не повреждены (стадия 1 на рис. 7).

15-30 мин: гидролиз митохондриальных фосфолипидов фосфолипазой A2 и нарушение барьерных свойств митохондриальной мембраны. Реоксигенация ткани на этой стадии приводит к активному набуханию митохондрий. Дыхательный контроль в митохондриях нарушен, окислительное фосфорилирование разобщено, способность митохондрий накапливать ионы кальция снижена (стадия 2 на рис. 7).

30-60 мин: частичное восстановление функций митохондрий, временное повышение дыхательного контроля, способности накапливать кальций (стадия 3 на рис. 7). Механизм компенсаторных процессов, приводящих к временному улучшению функций митохондрий, неизвестен, но связан с функцией клетки в целом, так как при анаэробной инкубации изолированных митохондрий это явление не наблюдается;

90-120 мин: необратимое повреждение митохондрий и полная гибель клеток (стадия 4 на рис. 7).

При температуре тела человека все эти процессы протекают в 2 – 3 раза быстрее; кроме того, в разных тканях они протекают с разной скоростью: быстрее всего в мозге, медленнее – в печени, еще медленнее – в мышцах.