Государственное

3.7. Роль ионов кальция в механизмах повреждения клетки 
В клетках организма кальций регулирует проницаемость ЦПМ и яв-
ляется внутриклеточным вторичным мессенджером: как положительно за-
ряженный ион деполяризует мембрану и как химический агент влияет на 
работу ионных каналов, ферментов, рецепторов. В процессе эволюции 
сформирована сложная система белков, которая через взаимодействие с 
ионами Са
2+
управляет передачей и приемом внутриклеточных сообще-
ний. Внеклеточный уровень Са
2+
приблизительно равен 1,3 ммоль/л, внут-
риклеточный уровень Са
2+
составляет от 0,1 до 0,01 мкмоль/л. Низкий 
уровень цитоплазматического Са
2+
в покое поддерживается механизмами 
активного выведения его из цитоплазмы во внутриклеточные депо (Са
2+
-
АТФазы) или во внеклеточную жидкость (Са
2+
-АТФазы, Са
2+
/3Na+-
анти-
портеры). Активный транспорт использует энергию гидролиза АТФ. Дви-
жущей силой переноса ионов Ca
2+
против его концентрационного гради-
ента является градиент ионов Na
+ 
и трансмембранный потенциал 
(Са
2+
/3Na
+
-обменный механизм имеет электрогенную природу). Однако 
при повышенном уровне внутриклеточного Na
+
внутриклеточные ионы 
Na
+
будут обмениваться на внеклеточные ионы Ca
2+
. Это может привести 
к резкому повышению уровня цитоплазматического Ca
2+
. Главными внут-
риклеточными депо кальция, регулирующими его концентрацию в цито-
плазме,
являются гладкий ЭР и МХ. В саркоплазматическом ретикулуме 
мышечных клеток высокую концентрацию ионов кальция контролируют 
Са
2+
-связывающий белок кальсеквестрин и Са
2+
-АТФазы. В гладком ЭР 
эту функцию выполняют Са
2+
-связывающие белки, управляемые Са
2+
-
каналы и энергозависимые Са
2+
-насосы. Ионы Са
2+
поступают в МХ через 
Са
2+
-унипортер, а выходят в цитоплазму в обмен на Н
+
или Na
+
в зависи-
мости от трансмембранного потенциала внутренней мембраны МХ и про-
тонного градиента. Ионы Ca
2+
регулируют активность многих ферментов, 
в том числе ферментов дыхательной цепи МХ и ферментов, участвующих 
в синтезе липидов в ЭР.
Ионы кальция могут поступать в цитоплазму из внеклеточной жид-
кости и внутриклеточных депо различными способами: по градиенту кон-
центрации с помощью белков-переносчиков; через потенциал-зависимые 

---

33
Са
2+
-каналы при деполяризации мембраны; через рецептор-зависимые ка-
налы, активирующимися биологически активными веществами (например, 
катехоламинами, глутаматом), внутриклеточными мессенджерами (ИФ
3
и 
цАМФ). При высокой концентрации в цитоплазме ионы Са
2+
оказывают на 
клетку цитотоксическое действие, поэтому в нормальной клетке уровень 
Ca
2+
увеличивается кратковременно в 5-10 раз, а стимуляция клетки уве-
личивает лишь частоту этих флуктуаций. Частоту открывания Са
2+
-
каналов ЭР контролирует увеличение уровня ионов Са
2+
в цитоплазме при 
открывании Са
2+
-каналов ЦПМ и при действии ИФ
3
. В этом случае кон-
центрация Са
2+
в цитоплазме может повыситься до 500-1000 нМ. В цито-
плазме ионы Са
2+ 
связываются с белками (кальмодулином, тропонином и 
др.). При связывании четырех ионов Са
2+
кальмодулин изменяет свою 
пространственную конфигурацию, активируется и фосфорилирует белки 
(протеинкиназы, ферменты, ионные насосы и компоненты цитоскелета). 
Через систему Са
2+
-кальмодулин реализуются внутриклеточные эффекты 
цАМФ, который, в свою очередь, усиливает кальциевый сигнал. Са
2+
регу-
лирует активность некоторых аденилатциклаз. При повышении внутри-
клеточного уровня цАМФ и активности протеинкиназы A происходит 
фосфорилирование Са
2+
- каналов, повышается концентрация Са
2+
в клетке, 
активируется Са
2+
-зависимая фосфодиэстераза, катализирующая превра-
щение цАМФ в АМФ.
Нарушение барьерной функции клеточных мембран и повышение их 
пассивной проницаемости для ионов Na
+
, К
+
и Са
2+ 
сопровождается резким 
увеличением содержания Са
2+
в цитоплазме и в матриксе МХ, что являет-
ся важнейшим фактором повреждения клетки. При дефиците энергии ак-
тивируется ПОЛ и катехоламинергическая система, ингибируются Са
2+
-
АТФазы, Na
+
/K
+
-АТФазы, повышается внутриклеточный уровень Na
+
, что 
обусловливает повышение концентрации Ca
2+
в цитоплазме, развитие 
мышечной контрактуры и дальнейшее снижение запасов АТФ в клетке. 
Активируются Ca
2+
-зависимые протеазы и фосфолипазы мембран МХ, по-
вышается их проницаемость для Ca
2+
. Снижение трансмембранного по-
тенциала внутренней мембраны МХ нарушает обмен Са
2+
матрикса МХ на 
Н
+
. При перенасыщении митохондрий Ca
2+
образуются фосфорные соли 
кальция, выпадающие в осадок, что необратимо нарушает функцию МХ. 
Увеличение осмотического давления в матриксе МХ сопровождается по-
ступлением в них воды и набуханием органелл, разобщением процессов 
дыхания и фосфорилирования, дальнейшим снижением синтеза АТФ.

---

34
Повышение концентрации Ca
2+
в цитоплазме активирует фосфори-
лазу гликолиза, что усиливает внутриклеточный ацидоз. В определенных 
концентрациях Ca
2+
стимулирует ПОЛ. Активируя фосфолипазы в очаге 
повреждения, Ca
2+
повышает содержание полиненасыщенных жирных ки-
слот, являющихся субстратом ПОЛ, а также снижает активность антиок-
сидантной системы. Повышение осмотического давления в клетке при из-
быточной кальциевой нагрузке может привести к осмотической гибели 
клетки. Са
2+
-зависимая активация эндонуклеаз повреждает ядерный хро-
матин. 
Для предупреждения повреждения клеток в результате избыточной 
внутриклеточной концентрации Са
2+
и коррекции нарушений обмена Са
2+
в клетках в настоящее время нашли широкое применение кальциевые ан-
тагонисты: верапамил, метоксиверапамил (Д-600), нифедипин, дилтиазем 
и др. Механизм действия этих препаратов связан с вытеснением Са
2+
с по-
верхности клеток и блокадой медленных кальциевых каналов.