Митохондрии

Митохондрии являются наиболее лабильными внутриклеточными структу­рами. Они первыми подвергаются изменениям при гиперфункции клетки и раз­личных ее повреждениях. Изменения митохондрий, возникающие при многих патологических процессах и болезнях, достаточно стереотипны, хотя ряд пато­логических состояний и болезней имеет специфические признаки повреждения митохондрий.

Изменения структуры, размеров, формы и числа митохондрий

Среди изменений структуры митохондрий наибольшее значе­ние придается их конденсации и набуханию, а также появлению митохондриаль-ных включений. Конденсация и набухание митохондрий (см. рис. 10) могут отражать функциональное напряжение клетки, но чаще нарастающее кисло­родное голодание. Эти изменения нередко обратимы, однако, прогрессируя, ведут к тяжелой деструкции митохондрий и гибели клетки. Тогда к набуханию митохондрий присоединяются уплотнение их внутреннего пространства, дефор­мация крист и потеря митохондриальных гранул, гомогенизация матрикса и появление в нем хлопьевидного материала, очагов обызвествления; в финале возникают разрывы наружной мембраны митохондрий.

32

Рис. 16. Включения солей кальция в матриксе митохондрий мышечного волокна при ишемии. X 18 500.

Митохондриальные включения представлены хлопьевидным электронно-плотным материалом (липидные вещества), очагами обызвествления (гидро-оксиапатитоподобные кристаллы — рис. 16), миелиновыми фигурами, фила-ментоподобными и пластинчатыми структурами, белковыми кристаллами. Вклю­чения в митохондрии, как правило, встречаются при патологических состояниях, отражая неспецифическую реакцию митохондрий на повреждение клетки.

Размеры митохондрий колеблются в широких пределах — от ги­гантских до резко редуцированных форм. Гигантские митохондрии, которые образуются за счет гипертрофии или слияния митохондрий, встречаются только в патологических условиях (рис. 17). Такие митохондрии, нередко с кристал­лическими включениями, как правило, обнаруживают, например, в гепатоцитах при алкоголизме. Митохондрии, в том числе и гигантские, могут быть различной формы: сигарообразные, каплеобразные, извитые и т. д.

Число митохондрий крайне вариабельно. Увеличение числа мито­хондрий (т. е. гиперплазия), отражающее усиление протекающего в них окисли­тельного фосфорилирования, характерно для клеток с активацией специали­зированной функции, что имеет место при гипертрофии, пролиферации и транс­формации клеток, особенно после повреждения ткани. Большое число мито­хондрий крайне характерно для онкоцитов, в том числе и онкоцитарных опухолей. Уменьшение числа митохондрий типично для так называемых регрес­сивных процессов — старения клеток, их атрофии.

Изменения крист митохондрий

Изменения крист митохондрий, как и самих митохондрий, могут касаться также их структуры, размеров, формы и числа.

Структурные изменения разнообразны: пластинчатые кристы появляются при усилении активности митохондрий. Деформация и агрегация крист встре-

2 Струков А. И., Серов В. В.

33

Рис. 17. Гигантские митохондрии кардиомиоцитов. Миокард собаки при синдроме дли­тельного раздавливания. X 16 000.

чаются при понижении этой активности. Форма крист также отражает повышен­ную или пониженную активность митохондрий. Размеры крист, как правило, соответствуют размерам митохондрий: гигантские кристы в гигантских мито­хондриях, редукция крист при редукции митохондрий. В такой же мере и число крист отражает активность митохондрий: увеличение числа крист митохонд­рий — свидетельство возрастающих функциональных потребностей клетки; уменьшение числа крист (редукция) митохондрий — свидетельство снижения этих потребностей.

Митохондриальный транспорт кальция и повреждение клетки

Одной из важных функций митохондрий является транспорт кальция. Кальций может накапливаться митохондриями в весьма значительных коли­чествах, особенно параллельно с неорганическим фосфатом. Высвобождение кальция из митохондрий происходит двумя путями. Один из путей накопления кальция (митохондрии клеток сердца, мозга, скелетных мышц, экзокринных и эндокринных желез) стимулируется натрием и, видимо, представляет собой обмен Са²+ на Na+; другой путь (митохондрии клеток почек, печени, легких) нечувствителен к натрию, механизм его неясен.

Морфологическим подтверждением транспорта кальция митохондриями является обнаружение в митохондриальном матриксе электронно-плотных гра­нул диаметром 20—50 нм, которые, возможно, служат местом аккумуляции двухвалентных ионов. Увеличение размера, плотности и числа этих гранул обнаружено не только при обработке тканей высокими концентрациями Са²+, но и в интактных клетках тех тканей, которые вовлечены в активный транспорт кальция — остеокластах, остеобластах и др. Та же ситуация обнаружена и при гормонально-обусловленных гиперкальциемиях — кальцинозах. При некоторых болезнях (коронарная болезнь сердца), синдромах (хроническая почечная

34

недостаточность) и патологических состояниях (отравления тиоацетатамидом, папаином, йодоформом и т. д.) клетки отвечают на повреждение появлением в митохондриальном матриксе многочисленных крупных плотных гранул каль­ция (см. рис. 16). При этом кальцификация митохондрий предшествует некрозу клетки и часто бывает обратимой.

Внутримитохондриальная кальцификация может быть связана как с избы­точным притоком кальция в клетку вследствие первичного повреждения плазма­тической мембраны, так и с первичными нарушениями транспорта кальция митохондриями. При первичном повреждении плазматической мембраны избы­точный приток кальция в клетку приводит к накоплению его в митохондриях, что «отнимает» энергию АТФ и повреждает саму систему генерации энергии — митохондрии. Первичные нарушения митохондриального транспорта кальция встречаются при заболеваниях скелетных мышц — миопатиях (болезнь Люфта, синдром Кернса—Сайра). При этих болезнях митохондрии, несмотря на высо­кий уровень эндогенного кальция, могут дополнительно накапливать значи­тельные его количества. В таких случаях можно говорить о «болезнях» нарушен­ного митохондриального транспорта.