Понятие о мембранотоксинах и болезнях мембран

Интенсивное изучение функции клеточных и внутриклеточных мембран позволило выделить специальную группу веществ, характеризующихся специфическим мембранотоксическим действием, — так называемые мембранотоксины. К их числу относят экзогенные и эндогенные вещества, обладающие фосфолипазной активностью, в связи с которой происходят дезорганизация и разрушение основной жидкокристаллической структуры мембран с последующей гибелью клеток.

Доказано, что как избыток, так и недостаток витаминов D и Е повышают проницаемость лизосомных мембран. В этом отношении многие жирорастворимые витамины можно рассматривать как поставляемые с пищей экзогенные регуляторы или своеобразные “настройщики” свойств биологических мембран. Кроме того, обнаружены некоторые соединения, способствующие стабилизации мембран. К ним относятся холестерин, кортизон и ряд синтетических аналогов глюкокортикоидных гормонов, хлорохин, хлорпромазин (аминазин), салицилаты. Эти препараты, естественно, используются в качестве лекарственных средств при отравлениях многими мембранотоксинами.

Повреждение мембранных структур клеток является одной из основных причин нарушения их жизнедеятельности при самых разнообразных болезнях. Многие токсичные вещества, ультрафиолетовое облучение и радиация, гипер- и гипоксия, гормональные нарушения и стрессы, авитаминозы и другие расстройства обмена, действие высоких и низких температур, иммунологические конфликты и прочие патогенные факторы действуют в первую очередь на мембранные структуры клеток.

Существует несколько основных механизмов повреждения мембран: 1) разрушение собственной фосфолипазой, активируемой ионами Са²⁺; 2) перекисное окисление, активируемое ионами Fe²⁺, ультрафиолетовым облучением и кислородом; 3) механическое повреждение, проявляющееся, например, при изменении осмотического давления в клетке, и 4) разрушающее действие антител.

Три первые болезни мембран: “кальциевая”, “перекисная” и “осмотическая” относятся как к клеточным (цитоплазматическим), так и ко внутриклеточным мембранам (митохондрии, эндоплазматический ретикулум, ядерная мембрана и т.д.). Четвертая “болезнь” — иммунологическая — относится преимущественно к клеточной мембране.

При острых отравлениях наиболее распространенной причиной повреждения является перекисное окисление липидов в мембранах митохондрий, липосом и т.д., в результате чего происходит увеличение проницаемости мембран для ионов Н⁺ (или ОН^-), К⁺, Na⁺, Ca²⁺. Следствием этого могут быть осмотические эффекты и разрывы мембран с выходом ферментов, в частности цитохрома С. Дальнейшее окисление липидов ведет к полному разрушению мембран и гибели клеток.

Повреждение мембран при гипоксии, сопровождающей многие заболевания химической этиологии, происходит вследствие недостатка энергии, выделяющейся при метаболизме АТФ. Механизм повреждения, вероятно, таков: гипоксия ® деэнергизация и падение мембранного потенциала митохондрий® выход Са^2+® активирование фосфолипазы ® гидролиз фосфолипидов ® увеличение ионной проницаемости ® разобщение окислительного фосфорилирования.

Таким образом, повреждение мембранных структур приводит к изменению их проницаемости для ионов, что в свою очередь обусловлено изменениями поверхностного заряда на мембране и степени гидрофобности липидной фазы мембран. Причем оба этих фактора действуют одновременно, хотя их относительный вклад в итоговое изменение проницаемости мембран в разных случаях различен. Эти же факторы определяют в конечном счете неспецифическое действие на проницаемость мембран различных соединений, например стероидов, белков и многих других.