Дополнительно к АФК и Са

Ген bcl-2 кодирует белок, присутствующий в местах основной продукции активных радикалов кислорода и понижающий их выработку. Этот ген, защищает клетку от гибели (протонкоген): его белок удерживает Са внутри ЭПР и перинуклеарного пространства и блокирует повышение цитоплазматической концентрации Са до проапоптотических величин.

Зайчик А.Ш., Чурилов Л.П. т.1, с.183.

Избыток ионизированного внутриклеточного кальция играет ключевую роль в механизмах гипоксического некробиоза, особенно на его глубоких стадиях. Кальций в данном случае выступает не просто как электролит, а как мощный модулятор клеточных функций, избыток которого токсичен для клетки.

Внутриклеточная концентрация кальция поддерживается на уровне 10^{-7 М, что в 10 000 раз меньше, чем в межклеточной жидкости. В здоровых клетках внешние химические или электрические сигналы кратковременно повышают внутриклеточную концентрацию Са, что необходимо для ответа на стимул. Кальций проникает внутрь через потенциал-зависимые входные кальциевые каналы. Кроме того, раздражение кальциймобилизующих рецепторов ведет к активации фосфолипазы С и продукции липидных внутриклеточных посредников – диацилглицерина и инозитолтрифосфата (ИТФ).}

ИТФ взаимодействует с мембранами кальцисом и вызывает выход депонированного там кальция в цитоплазму. Эти явления описываются как функция рецепторзависимых кальциевых каналов.

Цитоплазматический Са переходит в активную форму путем взаимодействия со своим внутриклеточным рецептором – кальмодулином. Комплекс Са-кальмодулин активирует кальмодулинзависимые протеинкиназы, которые, вместе с протеинкиназой С, активируемой диацилглицерином, осуществляет включение тех или иных клеточных ферментов. Характерно, что сами Са-зависимые посредники (кальмодулин и др.) усиливают при накоплении внутриклеточного Са работу уравновешивающих механизмов.

Мощные механизмы активации цитоплазматического кальция (АТФ-зависимый кальциевый насос, натрий-кальциевый обменный механизм) быстро стабилизируют при ответе на внешние раздражения его уровень, выбрасывая этот катион из клетки, связывая и секвестируя его в кальцисомах и митохондриях.

Согласно современным патохимическим данным, важное отличие между ответом клетки на раздражение и собственно повреждением заключено в том, что при реактивном раздражении стабилизация уровня кальция возможна, а при повреждении емкость стабилизирующих механизмов недостаточна, и концентрация внутриклеточного кальция продолжает расти, и сохраняется повышенной долго.

Увеличение внутриклеточной концентрации кальция вначале обусловлено нехваткой энергии для работы кальций-магниевого насоса. Затем, при углублении гипоксии, кальций попадает в клетку не только через входные кальциевые каналы наружной мембраны, но и – особенно массивным потоком – из его внутриклеточных резервуаров (митохондрий и цистерн гладкого ЭПР), а также через поврежденные клеточные мембраны. Это приводит к критическому нарастанию его концентрации.

Показательно,что яд тапсигарджин, высвобождающий Са из ЭПР в цитоплазму, индуцирует гибель клеток путем апоптоза, а протонкоген bcl-2, защищающий клетку от гибели, кодирует онкобелок, присущий цитозольной стороне мембраны ЭПР, комплексу ядерных пор и митохондриям, который удерживает Са внутри ЭПР и перинуклеарного пространства. Блокаторы входных Са-каналов, а также перфторуглеродные эмульсии тормозят накопление Са в цитоплазме поврежденных клеток и таким способом продлевают выживание клеток при гипоксии.

Избыток кальция активирует ядерные эндонуклеазы, фрагментирующие ДНК в межнуклеосомных участках. Это является важным элементом апоптоза, придающим процессу запрогаммированной гибели клетки необратимость. Ионы цинка служат антагонистом кальция и блокируют этот фермент, оказывая цитопротекторный эффект.

При избытке кальция нарушается синтез АТФ и усиливается продукция активных кислородных радикалов в митохондриях. При высоком уровне кальция в клетке активируются нейтральные протеазы – кальпаины. Активность кальпаинов, до известной степени, может сдерживаться их блокаторами кальпстатинами, запас которых небезграничен. Длительный избыток кальция в цитоплазме ведет к прогрессирующему цитоплазматическому протеолизу. Кальпаины способны разрушать цитоскелет, в частности, его белки фодрин и β-актин, что ведет к формированию поверхностных выступов («blebs») на мембране гибнущей клетки. Кальпаины нарушают передачу информации в клетке, лизируя рецепторы и протеинкиназу С.

Участие кальция в активации внеклеточного каскадного протеолиза хорошо известно и убедительно показано на примере сторожевой полисистемы плазмы крови. Вокруг гибнущих клеток при гипоксическом некробиозепроисходит кальцийзависимая активация системы фибрина, комплемента, фибринолиза и кининов. Не исключено, что и внутриклеточные каскадные протеолитические системы, такие как система ICE и гранзим В, известные своим участием в механизмах апоптозаи некроза, могут активироваться избытком кальция.

Са-зависимый фермент трансглутаминаза может при избытке Са сшивать белки цитозоля, что способствует формированию апоптотических телец и механизмам коагуляционного некроза, а также, вероятно, формированию внутриклеточного гиалина.

Активация кальцием мембранных фосфолипаз способствует дезинтеграции клеточных мембран и выработке липидных медиаторов воспаления – производных арахидоновой кислоты. Этот механизм вносит вклад в развитие перифокального воспаления в очаге некробиоза.

При необратимом повреждении клетки митохондрии захватывают значительные количества кальция. Это приводит к инактивации их ферментов, денатурации белков, стойкой утрате способности к продукции АТФ даже при восстановлении притока кислорода, образованию в этих органиодах аморфных электронноплотных хлопьев. Наряду с набуханием митохондрий, обусловленным проникновением в них калия, фосфата и воды, эти процессы делают гипоксию тканевой. Такая стадия некробиоза уже не может быть обращена путем простого восстановления притока кислорода или реперфузии.

Глубоко поврежденные митохондрии перестают быть акцепторами кислорода и субстратов. Из-за неспособности митохондрий окислять жирные кислоты их ацилы остаются в цитоплазме, где и формируют эндогенные мыла с натрием и Са. Омыление приводит к возрастанию детергентной активности цитозоля, который в буквальном смысле, растворяет липидные мембраны. Эндогенный детергентный эффект замыкает цепь фатальных событий, ведущих к «точке необратимости» некробиоза. Мыла разрушают мембраны органоидов и на клетку обрушивается удар гидролаз, активных радикалов, других метаболитов, изолированных до этого момента в различных отсеках клетки.

С этого момента можно считать клетку мертвой, а процесс некротического аутолиза начатым. Таким образом, длительное повышение цитоплазматической концентрации активного кальция – это центральное звено клеточной гибели. Из-за этого нарушения запускаются несколько перечисленных выше патогенных механизмов, актуальных для гипоксического и свободнорадикального некробиоза, а также апоптоза.

Митохондрии погибших клеток продолжают быть кальциевыми ловушками и нередко становятся первичными центрами формирующегося кальциноза. Дистрофическая кальцификация происходит на месте некроза при нормальном уровне кальция.