УСПЕХИ ФИЗИОЛОГИЧЕСКИХ НАУК, 2004, том 35, № 1, с. 53-65
УДК 616.155.1
ТИПОВЫЕ НАРУШЕНИЯ МОЛЕКУЛЯРНОЙ ОРГАНИЗАЦИИ МЕМБРАНЫ ЭРИТРОЦИТА ПРИ СОМАТИЧЕСКОЙ И ПСИХИЧЕСКОЙ ПАТОЛОГИИ
© 2004 г. Н. В. Рязанцева, В. В. Новицкий
Сибирский государственный медицинский университет Минздрава России, Томск
В статье рассматриваются общие закономерности и особенности изменений структуры и функции мембраны эритроцитов при соматической и психической патологии. На основании данных литературы и собственных исследований делаются заключения о существовании типовых молекулярных нарушений эритроцитарной мембраны при патологических процессах разного генеза. Предполагается, что универсальность реагирования циркулирующего эритроцитарного пула на разнообразные патологические воздействия является эволюционно закрепленной реакцией.
Ключевые слова: мембрана эритроцита, психические расстройства, соматические заболевания, типовые нарушения.
Развитие болезни всегда сопряжено с нарушением функции тех или иных клеток организма. На сегодняшний день достаточно подробно можно описать то, что происходит при "поломе" в клетке, но далеко не всегда способны ответить на вопрос по какой причине произошел этот "полом". Вместе с тем очевидно, что любая клеточная система, хотя и функционирует по собственным законам, при патологии может выходить из-под контроля регулирующих систем организма и усугублять общую картину "полома", формируя таким образом "порочный круг": повреждение клетки - нарушение регуляторных процессов на уровне организма как целого - повреждение клетки (в случае, если повреждающие силы выражены в большей степени, чем включающиеся параллельно с повреждением клеток противоположно им направленные приспособительные реакции). При этом нарушение функций одних клеток может быть первопричиной развития болезни, тогда как состояние других клеток становится нарушенным вследствие развития основного патологического процесса.
При болезни клетка, в частности ее плазматическая мембрана, реагирует молекулярными изменениями, носящими как патологический, так и адаптивный характер. В настоящее время можно с убедительностью говорить о том, что произошло гигантское накопление фактических материалов о структурных изменениях клетки при патологии. При этом в науке прослеживается традиционное желание ученых выявить специфические изменения плазматических мембран разных клеточных структур при том или ином патологическом процессе: современные исследователи в меньшей
степени отдают должное поиску универсальных неспецифических изменений клетки.
В полной мере подобная ситуация сложилась и в области изучения патологии эритроцита. Повышенный интерес исследователей к эритроциту при болезнях разного генеза обусловлен его участием в процессах, связанных с поддержанием го-меостаза на уровне целого организма. Красные кровяные клетки помимо присущей им специфической газотраспортирующей функции наделены способностью принимать участие в регуляции кислотно-основного состояния, водно-электролитного баланса, микрореологического статуса крови, в иммунных реакциях, связывании и переносе аминокислот, липидов, вирусов, а также лекарственных веществ.
Сегодня можно с убедительностью говорить о том, что эритроциты вовлекаются в патологический процесс не только при гематологических заболеваниях, но и претерпевают серьезные изменения структуры и функции при болезнях разного генеза. Этот постулат, в частности, основан на результатах многолетних исследований, проводимых в нашей лаборатории, выявивших дестабилизацию молекулярной организации липидного бис-лоя, нарушение белок-липидных взаимодействий, модификацию цитоскелета эритроцита, изменение функционирования ионтранспортирующих мембранных систем при злокачественных новообразованиях, воспалении, нарушениях обмена веществ, заболеваниях сердечно-сосудистой системы, психических расстройствах, инфекционной патологии и пр. [29-45, 48-59]. Выбор мембраны эритроцитов в качестве объекта исследования был продиктован тем, что ей присущи общие
принципы молекулярной организации плазматических мембран [67]. Поэтому выявленные закономерности нарушений структуры и функции мембраны эритроцитов с определенной долей коррекции, обусловленной прежде всего видовой специфичностью клеток, могут быть экстраполированы на иные мембранные системы.
Обобщению и анализу полученных результатов, позволивших говорить о существовании типовых неспецифических нарушений молекулярной организации мембраны эритроцитов при патологических процессах разного генеза, посвящена предлагаемая статья.
СОВРЕМЕННЫЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ О СТРУКТУРНОЙ ОРГАНИЗАЦИИ И ФУНКЦИОНИРОВАНИИ МЕМБРАНЫ ЭРИТРОЦИТА
Мембрана эритроцита играет ключевую роль в детерминации гомеостаза и функциональной способности клетки. От физико-химического состояния эритроцитарной мембраны зависят процесс активного транспорта ионов, особенности функционирования мембранассоциированных ферментов, характер взаимодействия клетки со средой. Поддержание оптимальной формы эритроцита в виде двояковогнутого диска, обеспечивающей адекватное участие клетки в газообмене, также достигается сбалансированностью молекулярной организации мембраны эритроцита, стабильностью работы катионтранспортирующих систем и сохранением ионного гомеостаза [67, 90].
Известно, что эритроцитарная мембрана представляет собой композитную структуру, основу которой составляет липидный бислой с асимметрично встроенными белками. Специфическая укладка полипептидных цепей всех интегральных и некоторых периферических белков определяется и стабилизируется окружающими липидными молекулами. И наоборот, мембранные белки могут влиять на липиды, изменяя молекулярную упорядоченность и ограничивая подвижность ануляр-ных липидов, вызывая изменение низкочастотных колебаний всей липидной фазы, стимулируя разделение фаз и способствуя асимметричному распределению липидов [3, 80, 94].
Липидные молекулы, являясь важными структурными и функциональными компонентами мембраны эритроцита, регулируют подвижность и активность внутримембранных белков, тем самым обеспечивая в клетке селективную проницаемость и нормальное функционирование мембранассоциированных ферментов, а также рецептор-ного аппарата [11].
Одним из необходимых условий для обеспечения физиологического статуса биологических мембран является стабильность липидного бис-
лоя. В мембране эритроцита фосфолипиды распределены неравномерно [23, 99]: фосфатидилхо-лин и сфингомиелин являются основными компонентами внешней поверхности мембраны, а фосфатидилэтаноламин и фосфатидилсерин локализуются преимущественно на ее внутренней стороне. Переход молекул фосфолипидов с одной стороны мембраны на другую, избирательный гидролиз фосфолипидов в определенных областях мембраны или образование небислойных липид-ных фаз играют важную роль в процессах образования везикул, трансформации и разрушения эритроцитов [85, 94].
Являясь необходимым структурным компонентом эритроцитарной мембраны, фосфолипиды регулируют активный и пассивный трансмембранный транспорт веществ, определяют чувствительность клеток к действию лигандов, детерминируют активность мембраносвязанных ферментных систем [6, 95]. Показана иммуннос-тимулирующая активность некоторых мембранных фосфолипидов, в частности, появление фос-фатидилсерина в наружном монослое мембраны является триггером для макрофагального удаления эритроцитов из кровотока [81]. Среди мембранных фосфолипидов весьма важную роль играют фосфоинозитолы, специфическая функция которых сводится к генерации вторичных мессен-джеров межклеточного и внутриклеточного взаимодействий - диацилглицерола, активирующего Са2+-фосфолипидзависимую протеинкиназу С и регулирующего работу Са2+-АТФазы и Са2+-ка-налов инозитол-1,4,5-трифосфата [3, 72]. В связи с этим поддержание соотношения между фракциями фосфолипидов мембраны на физиологическом уровне служит непременным условием нормального функционирования эритроцита.
Дезорганизация липидов, являющихся субстратом как перекисного окисления липидов, так и ферментативного гидролиза, закономерно приводит к утрате способности клеток регулировать ионный и антиоксидантный гомеостаз, нарушению работы мембрансвязанных энзимов, что, в конечном итоге, способствует изменению метаболизма в клетке, а также приводит к необратимым нарушениям ее структурно-функционального статуса [4, 17, 76, 87]. В частности, несмотря на то что лизофосфолипиды являются обязательными компонентами мембранных образований и определяют динамические свойства мембраны, ее проницаемость, явления секреции, экзоцитоза участвуют в регуляции большинства связанных с мембранами ферментов, чрезмерное накопление этого фосфолипида делает возможным переход липидного бислоя в монослой с нарушением проницаемости для ионов Ка+ и К+, образованием гидрофильных каналов и изменением активности мембраносвязанных ферментов [12].
Нормальное функционирование эритроцитар-ной мембраны зависит от ее микровязкостных свойств, определяемых, главным образом, состоянием липидной фазы [11]. Поддержание текучести на оптимальном уровне необходимо для осуществления латеральной диффузии белковых и липидных молекул, трансмембранного флип-флоп-переноса липидов [23, 77]. Среди факторов, определяющих текучесть мембраны, наиболее важны подвижность углеродных атомов в углеводородной цепи, длина углеводородных цепей фо-сфолипидов, степень ненасыщенности жирных кислот [4, 9, 92]. Увеличение микровязкости мембраны, наблюдаемое в условиях интенсификации липопероксидации, может быть связано с переходом окисленных цепей ненасыщенных жирных кислот в поверхностные слои, тогда как концентрация насыщенных углеводородных цепей в глубоких слоях мембран приводит к снижению их текучести [9]. Накопление молекул холестерола в мембране также приводит к ограничению подвижности углеводородных цепей фосфолипидов и увеличению вязкости липидного бислоя [92]. Другой причиной повышения упорядоченности липидных молекул и снижения текучести мембраны эритроцита может быть возрастание в среде уровня двухвалентных катионов (Са2+ и М§2+), чреватое уменьшением электростатического отталки
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.