Медицинское значение нарушения внутриклеточных этапов потока энергии

Все три внутриклеточных этапа превращения глюкозы (гликолиз, протекающий с образованием ПВК, цикл Кребса и окислительное фосфорилирование) являются аэробными процессами. Это означает, что для нормального их функционирования требуется кислород. Но бывают ситуации, при которых в клетках и тканях возникает дефицит кислорода. Причин этому много. Одна из них - закупорка сосудов тромбом, когда эритроциты не доносят кислород к перекрытому участку ткани. Другая - сдавливание тканей при обвалах, когда человек находится под обломками рухнувших сооружений и т.д. В любом случае недостаточное поступление кислорода к клеткам сразу же отрицательно сказывается на интенсивности расщепления глюкозы на всех внутриклеточных этапах. Особенно это касается второго (цикл Кребса) и третьего этапа (окислительного фосфорилирования). Эти этапы особо чувствительны к недостатку кислорода и в условиях его дефицита существенно снижают интенсивность расщепления. В нормальных условиях биохимические реакции цикла Кребса в состоянии полностью переработать всю ПВК, которая поступает в митохондрии после гликолиза. При дефиците кислорода не вся ПВК может быть усвоена митохондриями. Часть её остаётся не расщеплённой и накапливается в цитоплазме. Это является сигналом к её расщеплению по бескислородному пути до молочной кислоты, которая также накапливается в цитоплазме. Если недостаток кислорода длителен, то концентрация ПВК и молочной кислоты достигает таких величин, при которых происходит изменение кислотно-щелочного равновесия (рН) цитоплазмы клетки в кислую сторону. А так как оптимум действия большинства ферментов цитоплазмы находится в зоне нейтральных или слабощелочных рН, то активность значительной части ферментов в кислой среде будет существенно снижена. Мало того белки цитоплазмы (ферменты, белки органоидов, рецепторы и т.д.) в условиях кислой среды могут изменить свою конфигурацию (т.е. будут денатурироваться), что отрицательно повлияет на нормальное течение всех метаболических процессов в клетке. Следовательно при недостатке кислорода (ишемия, инсульт) всегда неотвратимо наступает подкисление внутриклеточной среду и нарушение работы ферментов. Это очень опасно.

С другой стороны возникающий в организме (или локально) дефицит кислорода приводит к уменьшению синтеза АТФ и последующему нарушению деятельности энергозависимых внутриклеточных процессов 77777777777777777777

Рис. 18. Внутриклеточный поток энергии в норме и при недостатке кислорода.

Так например, сердечная недостаточность, возникающая в результате различных повреждений в структуре и функции сердца (мышце, проводимости нервных импульсов, пороков развития и т.д.) приводит к нарушению кровоснабжения органов и тканей. Это снижает снабжение клеток всего организма кислородом, что приводит к снижению интенсивности двух этапов расщепления глюкозы в митохондриях, накоплению ПВК, образованию молочной кислоты и развитию ацидоза.

Другой пример - недостаточность внешнего дыхания при тяжёлых формах пневмонии (инфекционном заболевании лёгких) ограничивает поступлению кислорода в кровь чрез ткань лёгких. Эритроциты крови не полностью насыщаются в лёгких кислородом. В этих условиях снабжение кислорода клеток организма снижается и как следствие - развивается ацидоз. Последний может значительно осложнить и без того тяжёлое течение пневмонии.

Изложенный выше механизм развития ацидоза возникает и при опухолевых заболеваниях человека. Для злокачественных новообразований характерно быстрое деление опухолевых клеток. Это требует доставки к ним через снабжающие сосуды большого количеств питательных веществ и кислорода. Но так как стенки

сосудов состоят из нормальных клеток и рост сосудов обусловлен нормальным их делением, то скорость роста опухоли и скорость роста сосудов не совпадают. Сосуду растут медленнее опухолевой ткани. Поэтому в опухолевых клетках всегда наблюдается дефицит кислорода. А это, как мы писали выше, приводит к сдвигу рН в кислую сторону. И действительно, рН многих опухолей имеет кислые значения рН. Это создаёт в организме своеобразную ситуацию – в опухолевой ткани рН кислая, а в других тканях близка к нейтральной. Такой парадокс послужил основанием для разработки новых онкологических лекарственных препаратов. Эти препараты проявляют свою активность только при кислых значениях рН. Поэтому они эффективно действуют на клетки опухоли (убивают клетки, или тормозят их деление) где кислые значения рН и совершенно не повреждают нормальные клетки, находящихся в нейтральной или слабощелочной среде. У таких препаратов токсичность (действие на нормальные клетки) будет низкой.

И, наконец, исследователи обнаружили любопытный факт - число генетических заболеваний, связанных с повреждением генов контролирующих ферменты окислительного фосфорилирования, не много. Скорее всего, это связано с тем, что любые повреждения таких генов сразу же приводит к серьёзному дефициту в синтезе АТФ и нарушению всех энергозависимых процессов. Такие нарушения, как правило, становятся несовместимы с жизнью и особь умирает, унося с собой генетический дефект. Потомству он не передаётся.

Дата добавления: 2014-01-20