PATOLOGIA

znaczy

słowo o chorobie

Od autorów

W Polsce, podobnie jak w całej Europie Centralnej, tradycyjnie dzieli się patologię na anatomię patologiczną (patomorfologia) i patofizjologię. Patomorfologia rozpa

ruje choroby zwracając uwagę na towarzyszące im zmiany morfologiczne komórek, narządów i tkanek. Patofizjologia natomiast rozpatruje przede wszystkim zmiany czynnościowe w chorobie. W krajach anglosaskich dzieli się patologię na anatomię patologiczną (pathology) i patologię kliniczną (clinical pathology). W tym ujęciu patologia obejmuje też chemię kliniczną (laboratory medicine), mikrobiologię, immunopatologię, hematopatologię i krwiodawstwo.

Patomorfolog bada wycinki pobrane za życia (także materiał z punkcji cienkoigłowych i cytologii złuszczeniowej) i przeprowadza sekcję zwłok po śmierci pacjenta. W obu wypadkach na podstawie zmian morfologicznych stawiane jest rozpoznanie histologiczne (cytologiczne). W niektórych chorobach zmiany morfologiczne są niewystarczające do postawienia konkretnego rozpoznania. W znacznej jednak liczbie chorób zmiany morfologiczne są tak charakterystyczne, że pozwalają na jednoznaczne rozpoznanie choroby, stopnia uszkodzenia narządu i określenie wskaźników ważnych rokowniczo. Np. mimo znacznego postępu diagnostyki klinicznej i testów laboratoryjnych nadal nie ma możliwości dokładniejszego rozpoznania typu nowotworu bez badania histologicznego. W niektórych przypadkach, np. w ocenie biopsji nerki ważne jest nie tylko - czy też nie tyle - samo rozpoznanie, co opis zmian histologicznych, immunohistochemicznych i ultrastrukturalnych, bo pozwala to nefrologowi wybrać optymalne leczenie i określić rokowanie. Do właściwego rozpoznania potrzebne są jednak dokładne dane o chorym. “Nie ma patologii bez kliniki”. Dane o chorym decydują o znacznym zawężeniu spektrum jednostek chorobowych rozpatrywanych w diagnostyce różnicowej. Mięsak kości rozwijający się w centrum kości (najczęściej w części przynasadowej kości długich) jest jednym z bardzo złośliwych nowotworów wieku dziecięcego. Podobnie wyglądający nowotwór u dorosłych, rozwijający się od okostnej jest natomiast guzem dającym wyłącznie zmiany miejscowe, dobrze rokującym. Brak danych o chorym i brak znajomości obrazu radiologicznego może więc prowadzić do błędnych wniosków, błędnego rozpoznania i w konsekwencji do błędnego leczenia. Postęp diagnostyki morfologicznej sprawił, że obecnie w rozpoznaniu bierze się pod uwagę liczne drobne niuanse zmian morfologicznych, możliwych do właściwego zinterpretowania tylko w oparciu o pełne dane o chorym.

Liczba sekcji zwłok w ostatnich latach maleje. Związane to jest z rozwiązaniami prawnymi i z przekonaniem, że diagnostyka zażyciowa jest obecnie wystarczająco dokładna. Nie jest to uzasadnione. Badania przeprowadzone w najlepszych ośrodkach klinicznych na świecie doprowadziły do wniosku, że wydolność diagnostyczna końca XX wieku jest wydolnością rzędu 85%. Pozostaje więc 15% nierozpoznanych zmian. Sekcja zwłok ma na celu wykrycie wszelkich zmian morfologicznych związanych z chorobą pacjenta. Stanowi to kontrolę postawionego klinicznie rozpoznania i przeprowadzonego leczenia. Jest to więc istotny element kontroli jakości pracy służby zdrowia. Sekcja zwłok zgłasza również zagrożenia ekologiczne. To sekcje zwłok ujawniły, że pracownikom narażonym na chlorek winylu grozi specjalny typ nowotworu wątroby. To badania tkanki tłuszczowej niemowląt ujawniły znaczne skażenie naszego środowiska bardzo toksycznymi dioksynami, itp. To badania sekcyjne ujawniły jaskrawe niedoszacowanie umieralności z powodu raka płuc. Wykonywanie sekcji zwłok pozostanie istotnym elementem kontroli jakości diagnostyki i leczenia tym bardziej, że na całym świecie istnieje tendencja do zbliżenia medycyny do pacjenta (society oriented, population based medical care). Ma to uzasadnienie merytoryczne, organizacyjne i ekonomiczne. Temu m. in. służy rozwijana i w naszym kraju instytucja lekarzy rodzinnych. Pobyt chorego w szpitalu ulega i będzie ulegał znacznemu skróceniu. W tych warunkach istnieje jednak możliwość przeoczenia ważnych zaburzeń i zmian, jeśli nie wprowadzi się systemowej kontroli jakości pracy diagnostycznej i leczniczej, m. in. poprzez egzekwowanie sekcji osób zmarłych.

Patomorfologia w Polsce rozwija się podobnie jak w innych krajach europejskich. Najstarszym uniwersyteckim zakładem patomorfologii w Polsce jest Katedra Anatomii Patologicznej Uniwersytetu Jagiellońskiego założona w 1851r. Jej pierwszym kierownikiem został Józef Dietl, profesor chorób wewnętrznych i późniejszy prezydent miasta Krakowa. Pierwszy polski podręcznik anatomii patologicznej został napisany przez Nikodema Bętkowskiego w roku. 1852. Z plejady znakomitych polskich profesorów anatomii patologicznej chcielibyśmy wymienić tylko naszych nauczycieli, a to profesor dr Janinę Kowalczykową (autorkę jednego z najlepszych podręczników patomorfologii, kierującą krakowskim Zakładem Anatomii Patologicznej nieoficjalnie od 1939r. - z przerwą na pobyt w obozie w Oświęcimiu i lata nazistowskiej okupacji - i oficjalnie od 1945r. do śmierci w 1970r.) i profesora dr Stanisława Woyke - twórcę nowoczesnej cytodiagnostyki i szczecińskiej szkoły patomorfologów. To oni nauczyli nas zawodu. Ich są osiągnięcia, nasze własne są błędy.

Staraliśmy się dostarczyć nowoczesny obraz patologii, w nawiązaniu do osiągnięć dziedzin pokrewnych, bez nadmiernego rozszerzania objętości. Mamy nieskromną nadzieję, że książka będzie służyć nie tylko studentom medycyny, ale będzie też pomocna lekarzom. Rola patologii nie zmienia się. Jest ona łącznikiem między naukami teoretycznymi, a praktyką kliniczną. Czytelnicy zauważą, że lawinowy rozwój immunologii, genetyki czy biologii molekularnej zmienia narzędzia, którymi posługuje się patolog, dzięki czemu coraz precyzyjniejsza diagnostyka daje podstawy do coraz bardziej skutecznego leczenia. Dumni z osiągnięć, nie możemy jednak nie zdawać sobie sprawy z naszej subiektywności i niedoskonałości. Przeszczepiane są narządy, już ponad połowa nowotworów jest wyleczalna, prowadzi się terapię genową, a chory nadal może umrzeć z powodu pospolitego zapalenia wyrostka robaczkowego. Sen o sięgnięciu do gwiazd jest więc stale przed nami. W tym marzeniu niezmienne pozostaje nasze przekonanie, że: salus aegroti suprema lex est (dobro chorego jest najwyższym prawem).

Wstęp

Patologia jest nauką o chorobach. Termin patologia pochodzi od greckich słów patos - choroba i logos - słowo, nauka. Chorobą nazywamy zespół zaburzeń czynności organizmu spowodowanych czynnikami chorobotwórczymi. Zmianom czynnościowym towarzyszą zazwyczaj zmiany strukturalne komórek, narządów i tkanek. Nie każda zmiana organizmu jest chorobą. Np. człowiek z amputowaną kończyną jest kaleką, ale nie jest chory. Był on chory bezpośrednio po amputacji w związku z urazem wywołanym amputacją i gojeniem się rany. Człowiek z rozszczepem wargi (tzw. warga zajęcza) ma wadę rozwojową, ale nie jest chory. Człowiek z zapaleniem płuc jest natomiast człowiekiem chorym. Skutkiem działania drobnoustrojów chorobotwórczych doszło u niego do procesu zapalnego płuc związanego z próbą eliminacji czynnika chorobotwórczego i naprawienia szkód wywołanych przez ten czynnik. Wymaga to mobilizacji całego układu obronnego organizmu i związane jest z szeregiem zaburzeń czynnościowych. Zaburzenia te prowadzą do powszechnie znanych objawów chorobowych (dreszcze, gorączka, brak apetytu, senność, często duszność), ale też do niewidocznych zaburzeń, np. zwiększenia liczby krwinek białych we krwi, przyspieszonej sedymentacji krwinek czerwonych (OB) skutkiem zmiany proporcji albumin i globulin we krwi, itp. Chorują więc nie same płuca. Chory jest cały organizm.

Tradycyjnie w patologii wyróżnia się cztery działy:

1). Etiologia. Jest to nauka o przyczynach chorób. Wiemy np., że grypa jest spowodowana przez wirus grypy, a błonica (dyfteryt) przez odpowiednią bakterię (Corynebacterium diphtheriae). W części chorób czynnik etiologiczny pozostaje nieznany. Takie choroby nazywano pierwotnymi lub idiopatycznymi. Mówimy np. o pierwotnej przewlekłej niedoczynności kory nadnerczy. Nazwa pozostała, chociaż obecnie wiemy, iż większość przypadków tej choroby wynika z autoimmunizacyjnego zniszczenia kory nadnerczy. Obecnie wiemy także, że dawne przypuszczenie, iż każda choroba ma swój jeden czynnik etiologiczny, nie jest prawdziwe. Wiemy, że wiele chorób jest wieloczynnikowych, spowodowanych przez więcej niż jeden czynnik sprawczy. Mogą to być czynniki zewnętrzne (np. środowiskowe) i wewnętrzne (genetyczne i epigenetyczne).

2). Patogeneza. Jest to nauka o rozwoju i przebiegu choroby. Wiemy np., że po zakażeniu krętkiem bladym kiła (przymiot, syfilis, lues) nie rozwija się od razu. Jest ok. 3-tygodniowy okres utajenia, potem rozwija się zmiana pierwotna (kiła I-rzędowa), po kolejnym okresie utajenia rozwija się kiła II-rzędowa (uogólniona), a wreszcie po latach rozwija się kiła III-rzędowa (narządowa). W każdym z tych okresów występują różne zmiany i różne objawy, zmienia się liczba krętków bladych, zmienia się stan układu odpornościowego, itp. Obraz kiły zmieniał się też w Europie w ciągu wieków. W wieku XVI była to ostra choroba zakaźna prowadząca do szybkiego zgonu. Taka powolna zmiana obrazu chorobowego nazywa się patomorfozą.

3). Zmiany morfologiczne towarzyszące chorobie. Jest to główny przedmiot zainteresowania anatomii patologicznej i temu punktowi poświęcimy najwięcej uwagi w obecnym podręczniku. Ojcem patomorfologii w obecnym zrozumieniu tego słowa jest Virchow (1821-1902), wybitny uczony niemiecki, który sformułował podstawy nowoczesnej patologii komórkowej. Jego grób znajduje się niedaleko od Szczecina. Oczywiście jego odkrycia nie byłyby możliwe bez dawniejszych osiągnięć, takich jak wynalazek mikroskopu (Loewenhook) czy badania Morganiego. Patologia, tak jak i inne nauki medyczne, stale się rozwija i korzysta z kolejno udoskonalanych technik badawczych (wywodzące się z patologii mikrobiologia i immunologia czy takie techniki jak histochemia, immunohistochemia, mikroskopia elektronowa, autoradiografia, hybrydyzacja in situ, reakcja łańcuchowa polimerazy, cała patologia molekularna, itd.).

4). Zmiany czynnościowe w chorobie. Zmiany czynnościowe będą również omawiane w obecnym podręczniku. Zmiany czynnościowe i anatomiczne (strukturalne) są bowiem nierozdzielne. Np. zamiana jednego aminokwasu w cząsteczce hemoglobiny może prowadzić do zmian struktury cząsteczki hemoglobiny i zmian strukturalnych i czynnościowych krwinek czerwonych, co prowadzi do tzw. niedokrwistości sierpowatokrwinkowej. Chorzy z niedokrwistością sierpowatokrwinkową okazali się z kolei oporni na malarię, co doprowadziło do upowszechnienia chorych z tym typem niedokrwistości na malarycznych obszarach Afryki. Łączne omawianie zmian czynnościowych i morfologicznych jest niezbędne dla zrozumienia poszczególnych chorób. Zmiany te będziemy omawiali w aspekcie zrozumienia istoty choroby, znaczenia klinicznego i elementów ważnych dla określenia rokowania. Temu też celowi służyć będzie wprowadzenie elementów patologii molekularnej. Tak np. typ mutacji genetycznych w neuroblastoma w decydującej mierze wpływa na rokowanie. Obecnie w pełnej ocenie choroby coraz większą rolę odgrywają testy immunologiczne, genetyczne i molekularne, choć oczywiście klasyczna patologia pozostaje głównym rdzeniem i teoretycznych i klinicznych, i bezpośrednio służącej klinice.

sercem tej specjalności lekarskiej stojącej na pograniczu medycznych nauk

2. USZKODZENIE I ŚMIERĆ KOMÓRKI

HOMEOSTAZA I JEJ UTRATA

Integracja czynności komórek prawidłowych

Typy reakcji komórek na czynniki uszkadzające

CZYNNIKI USZKADZAJĄCE KOMÓRKI

USZKODZENIE I ŚMIERĆ KOMÓRKI

Ogólne mechanizmy biochemiczne uszkodzenia komórek

Uszkodzenie komórek w niedokrwieniu i niedotlenieniu

Uszkodzenie komórek w niedokrwieniu i reperfuzji

Rola wolnych rodników w uszkodzeniu komórek

Cechy morfologiczne uszkodzenia odwracalnego i śmierci komórek

APOPTOZA

Mechanizmy apoptozy

Niektóre przykłady apoptozy

ZMIANY SUBKOMÓRKOWE

Siateczka śródplazmatyczna

Lizosomy

Mitochondria

Cytoszkielet

HOMEOSTAZA I JEJ UTRATA

Integracja czynności komórek prawidłowych

Komórki ciała ludzkiego tworzą tkanki, a te tworzą narządy. Narządy są częścią układów narządów, które współpracują dla zaspokojenia życiowych potrzeb organizmu i umożliwiają przebieg bardzo wielu niezwykle złożonych czynności.

Najprostsza forma integracji występuje na poziomie pojedynczych komórek. Np. limfocyty T wydzielają interleukinę 2 (IL-2), cytokinę, która służy limfocytom i niektórym innym komórkom jako czynnik wzrostu. Ta autostymulacja nazywana jest stymulacją autokrynną. Jest to możliwe, gdyż limfocyty T mają na swej powierzchni receptory reagujące na swój własny produkt wydzielniczy. IL-2 wydzielona z komórki łączy się z powierzchnią tej samej komórki i stymuluje jej receptor do przekazania sygnału dla wzrostu komórki.

Bardziej złożona integracja komórek wymaga przenoszenia sygnałów hormonalnych z jednej komórki bezpośrednio do drugiej (stymulacja transkrynna). Dokonuje się to też poprzez uwalnianie mediatorów z jednej komórki do przestrzeni pozakomórkowej i wychwycenie ich przez sąsiednie komórki w procesie stymulacji parakrynnej. Stymulacja parakrynna to np. stymulacja hormonami peptydowymi układu pokarmowego, np. hamowanie wydzielania kwasu solnego z komórek okładzinowych żołądka pod wpływem somatostatyny. Wypustki komórek somatostatynowych sąsiadują z komórkami okładzinowymi w trzonie żołądka.

Stymulacja endokrynna ma miejsce, gdy hormon uwalniany jest do krwi (układ dokrewny) i działa na receptory odległych komórek docelowych. Tak np. insulina produkowana w komórkach β trzustki działa na komórki tkanki łącznej i mięśniowe umożliwiając im wykorzystanie glukozy. Podobnie wysoki stopień integracji czynności organizmu uzyskuje się przez stymulację nerwową. Wyznaczenie ścisłej granicy między stymulacją dokrewną a nerwową jest zresztą trudne, tym bardziej, że w stymulacji nerwowej używane są neurotransmitery, z których część działa również jako hormony. Centralny i autonomiczny układ nerwowy zapewniają ostateczną kontrolę i integrację czynności organizmu.

Z punktu widzenia patologii komórkowej każda komórka może być uważana za odrębną jednostkę czynnościową o określonym środowisku wewnętrznym różnym od środowiska zewnętrznego. Komórka dla utrzymania życia musi zachować stałość środowiska wewnętrznego (homeostasis). Jest to zachowanie równowagi między siłami działającymi wewnątrz komórki i w przestrzeni pozakomórkowej. Ze środowiska komórka pobiera pożywienie, wodę, tlen i sole mineralne. Komórka uzyskuje energię ze spalenia części pożywienia. Energia ta zostaje zużyta na utrzymanie integralności jądra komórkowego, cytoplazmy, organelli cytoplazmatycznych i błony komórkowej oraz na pokrycie potrzeb energetycznych specyficznej czynności danej komórki. Komórki mają więc w organizmie pewną niezależność. Utrzymanie homeostazy komórek i prawidłowa koordynacja ich czynności warunkuje homeostazę całego organizmu.

Typy reakcji komórek na czynniki uszkadzające

Normalnie zachowana jest równowaga między komórkami i otoczeniem, jest to istotna część homeostazy. Bodźce zewnętrzne mogą zaburzyć ten stan równowagi. Przy zwiększeniu zapotrzebowania komórki muszą zwiększyć swój metabolizm do osiągnięcia nowego stanu równowagi. Podobnie przy zmniejszeniu zapotrzebowania zmniejsza się nasilenie procesów metabolicznych. W obu przypadkach adaptacja jest tymczasowa i komórki mogą powrócić do poprzedniego stanu równowagi po ustaniu działania bodźców stymulujących. Jeśli jednak potrzeby przekroczą możliwości adaptacyjne komórki dochodzi do trwałego zaburzenia stanu równowagi. Nadmiernie rozciągnięty mięsień ulegnie rozerwaniu i nie może się więcej kurczyć. Komórki, które przekroczyły “punkt bez powrotu” zostały nieodwracalnie uszkodzone i nie mogą powrócić do pierwotnego stanu równowagi. Takie komórki nie mogą utrzymać stanu homeostazy i obumierają.

Są dwa rodzaje śmierci komórki: martwica (necrosis) i apoptoza (apoptosis).

Necrosis, martwica to najczęstsza postać śmierci komórki pod wpływem szkodliwych czynników zewnętrznych. Oparzenie, zapalenie uszkadzające, niedotlenienie, czynniki chemiczne prowadzą poprzez obrzmienie komórek do martwicy denaturacyjnej (najczęściej) białek, rozpadu organelli, a z czasem do całkowitej dezintegracji komórki czy tkanki. Sama martwica stymuluje rozwój reakcji zapalnej.

Apoptosis, cicha, programowana śmierć komórek, nie wywołująca reakcji zapalnej jest właściwie uruchomieniem samobójczych mechanizmów komórkowych prowadzących do samodestrukcji. Proces ten istotny w eliminacji niepotrzebnych komórek, np. w toku embriogenezy jest jednak ważny także w wielu procesach patologicznych, od chorób o podłożu immunologicznym po nowotwory.

Do niedawna całkowicie przeciwstawiano sobie martwicę i apoptozę. Tymczasem okazuje się, że oba procesy mogą współistnieć. W pierwszych godzinach zawału serca np. przeważa apoptoza, a po ok. 6-8 godzinach dominuje już typowa martwica kardiomiocytów. Oba procesy zostaną dokładniej omówione poniżej.

W ostatnich latach upowszechnia się też termin oncosis oznaczający przedmartwicze zmiany komórek, głównie obrzmienie (w przeciwieństwie do obkurczania się komórek apoptotycznych).

W sumie można powiedzieć, że:

Ostre uszkodzenie komórek prowadzi do:

♦uszkodzenia odwracalnego albo

♦uszkodzenia nieodwracalnego i

martwicy lub apoptozy

Uszkodzenia przewlekłe (lub subletalne) mogą prowadzić do zmian: ♦submikroskopowych,

♦adaptacyjnych (zanik, rozrost, przerost, metaplazja),

♦akumulacji wewnątrzkomórkowych (spichrzania),

♦patologicznego wapnienia,

♦starzenia się komórek.

CZYNNIKI USZKADZAJĄCE KOMÓRKĘ

Lista czynników uszkadzających jest bardzo długa i niezwykle zróżnicowana. Mogą to być najprostsze czynniki mechaniczne np. w wypadku komunikacyjnym czy przy oparzeniu. Mogą to być jednak także reakcje immunologiczne czy defekty genetyczne. Częstsze czynniki uszkadzające zestawione są w tab. 1-1. Na pierwszym miejscu postawiono niedotlenienie jako czynnik najczęstszy i prowadzący do dramatycznych zmian. Mówimy tu zarówno o niedotlenieniu (hypoxia), jak i niedokrwieniu (ischaemia). Przy niedotlenieniu może zachodzić nadal proces glikolizy beztlenowej. Natomiast przy niedokrwieniu (niedostatecznym dostarczaniu krwi) mamy niedobór nie tylko tlenu, ale i substancji odżywczych m.in. glukozy. Efekty szkodliwe niedokrwienia występują więc szybciej niż w przypadku samego niedotlenienia.

Tab. 1-1. CZYNNIKI USZKADZAJĄCE KOMÓRKĘ

Czynniki Przykłady

Niedobór tlenu Niewielki, przewlekły niedobór, np. zmienione

miażdżycowo naczynia wieńcowe prowadzą do

przewlekłej choroby niedokrwiennej serca. Zwężona

tętnica udowa może np. w chorobie Buergera

prowadzić do zmian zanikowych kończyny dolnej.

Znaczny, ostry niedobór prowadzi do martwicy

skrzepowej, np. zawał serca, zawał mózgu etc.

Czynniki fizyczne Oparzenia, odmrożenia, działanie prądu o wysokim

napięciu, napromienianie, nagłe zmiany ciśnienia.

Czynniki chemiczne Wszyscy wiemy o żrącym działaniu silnych kwasów i

zasad, o tak silnych truciznach jak cyjanek potasu, czy

też jakie szkody może przynieść dożylne podanie

roztworu hipertonicznego soli. Lista szkodliwych

chemikaliów rośnie. Musimy jednak żyć z nimi na

co dzień (patrz rozdział o patologii środowiskowej).

Czynniki zakaźne Jest to znów bardzo duża i heterogenna grupa (od

wirusów po pasożyty - omówiona dokładniej w

rozdziale o chorobach zakaźnych). Przykładów jest

mnóstwo od wirusowych zapaleń wątroby, poprzez

zwykłego czyraka aż do zmian w mózgu w toku

trychinozy.

Czynniki immunologiczne Znowu jest to grupa czynników omówionych dokładniej

w odpowiednim rozdziale. Reakcja anafilaktyczna na

leki czy też utrata tolerancji w chorobach

autoagresyjnych to najprostsze przykłady.

Czynniki genetyczne Duża grupa czynników mieszcząca zarówno bloki

metaboliczne, anemie jak i duże zmiany chromosomalne,

np. trisomie.

Zaburzenia odżywiania Znane są szkodliwe skutki niedoborów białka czy

Witamin, ale i nadmiaru pożywienia. Znaczna część

ludności świata głoduje. Paradoksalnie, reszta cierpi z

obżarstwa i otyłości, nadmiaru tłuszczu i miażdżycy.

USZKODZENIE I ŚMIERĆ KOMÓRKI

Tak jak istnieje mnogość czynników uszkadzających komórki, tak też wiele dróg

prowadzi do uszkodzenia czy, w ostateczności, śmierci komórki.

♦Odpowiedź komórki na czynniki uszkadzające zależy od typu uszkodzenia, długości jego trwania i ciężkości. Drobne oparzenie palca przy prasowaniu koszuli nie pociąga za sobą tragicznych następstw. Dłuższe przyłożenie gorącego żelazka do skóry wywoła miejscowo martwicę skóry. Rozległe ciężkie oparzenie dużej powierzchni skóry jest już groźne dla życia chorego.

♦Konsekwencje uszkodzenia komórki zależą od typu komórki, jej stanu i zdolności adaptacyjnych. Inna jest wrażliwość na niedokrwienie komórki nerwowej niż mięśnia szkieletowego. Inna jest wrażliwość mięśnia szkieletowego na niedokrwienie niż rytmicznie pracującego mięśnia sercowego. Stan czynnościowy i oporność na uszkodzenie komórek zmienia się. Najlepiej pokazuje to tzw. zjawisko cytoprotekcji. Andre Robert zauważył, że jeśli na powierzchnię błony śluzowej żołądka nalać stężonego alkoholu (wrzątku, silnego kwasu) to wywoła się martwicę błony śluzowej. Martwicy tej można zapobiec, jeśli przed stężonym alkoholem nalać na powierzchnię błony śluzowej 20% alkohol stymulujący uwolnienie prostaglandyn lub nalać samej prostaglandyny. Potem okazało się, że taka ochrona nie zabezpiecza nabłonka powierzchni żołądka, ale reszta błony śluzowej nie ulega martwicy. Dodanie prostaglandyn w nanogramowych ilościach spowalnia też proces naturalnej dezintegracji komórek w zawiesinie w probówce. Eksponowanie osobnika na truciznę, np. na czterochlorek węgla może w tych samych warunkach wywołać całkiem inne nasilenie zmian u dwóch różnych ludzi.

♦Najistotniejsze w uszkodzeniu komórek dla ich przeżycia jest:

▫ zachowanie integralności błon komórkowych,

▫ utrzymanie oddychania tkankowego (produkcja ATP),

▫ utrzymanie syntezy białek,

▫ zachowanie integralności aparatu genetycznego komórki.

♦Niezależnie od pierwotnego punktu działania czynnika uszkadzającego prowadzi to do licznych i wzajemnie od siebie zależnych efektów wtórnych. W niedokrwieniu bardzo szybko spada produkcja ATP. Jest ono potrzebne zarówno do zachowania integralności błon komórkowych (pompa sodowa), jak i do energozależnej produkcji białek, itd.

♦Morfologiczne zmiany w odwracalnym uszkodzeniu komórek występują stosunkowo szybko, natomiast w uszkodzeniu nieodwracalnym wymagają więcej czasu na pełne ujawnienie się. W zawale mięśnia sercowego utrata kurczliwości niedokrwionego odcinka występuje po 1-2 min. Obrzmienie komórek widoczne jest po kilku minutach. Uszkodzenie nieodwracalne następuje po 20-40 min. Natomiast gołym okiem widoczny zawał serca widoczny jest dopiero po 10-12 godz., a pełny, klasyczny obraz rozwija się w 12-24 godziny. Najwcześniej oczywiście widoczne są zmiany ultrastrukturalne, najpóźniej makroskopowe.

Ogólne mechanizmy biochemiczne uszkodzenia komórek

Niektóre z czynników uszkadzających mają bardzo ściśle określony punkt działania. Np. Clostridium perfringens, bakteria beztlenowa, produkuje fosfolipazy atakujące fosfolipidy błon komórkowych. W licznych innych przypadkach dokładny początek działania uszkadzającego pozostaje nieznany. Istnieją jednak ogólne mechanizmy istotne niezależnie od typu czynnika uszkadzającego.

♦Błony komórkowe. Uszkodzenie błon komórkowych i utrata ich selektywnej pracy jest wczesnym i stałym, i chyba najważniejszym elementem uszkodzenia komórki. Niektóre bakterie i toksyny wprost uszkadzają zewnętrzne błony zewnętrzne komórek. Do uszkodzenia błony komórkowej prowadzi też aktywność cytotoksyczna limfocytów (perforyny).

♦ Nieodwracalne uszkodzenie mitochondriów. Sprawne mitochondria są konieczne dla przeżycia komórek ssaków. Tymczasem niemal wszystkie czynniki uszkadzają mitochondria. Uszkodzenie mitochondriów i zwiększenie przepuszczalności wewnętrznej błony mitochondrialnej ujawnia się jako tzw. nadprzewodzący kanał lub mitochondrial permeability transition w wewnętrznej błonie mitochondrialnej. Uniemożliwia to utrzymanie potencjału błonowego dla efektywnego procesu fosforylacji oksydatywnej i syntezy ATP. Zmiana początkowo jest odwracalna, potem jednak utrwala się i jest prawdziwym powiewem śmierci dla komórki. Ponadto zwiększenie przepuszczalności zewnętrznej błony mitochondrialnej i ucieczka cytochromu c z mitochondrium do cytosolu jest sygnałem dla rozpoczęcia apoptozy komórki.

♦Niedobór ATP. Niemal wszystkie czynności komórek wymagają nakładu energii. ATP produkowane jest w mitochondriach na drodze fosforylacji oksydacyjnej. Drugim sposobem mniej efektywnym zachodzącym w warunkach beztlenowych jest glikoliza beztlenowa. Glukoza pochodzi z płynu tkankowego lub z glikogenu. Tkanki bogate w glikogen (wątroba) mają więc większe szanse przeżycia w razie uszkodzenia. Niedobór ATP jest bardzo pospolity w uszkodzeniu niedokrwiennym i uszkodzeniu toksycznym.

♦Reaktywne formy tlenu. W czasie spalania (utleniania tkankowego) tworzy się niewielka ilość wolnych rodników tlenowych i innych reaktywnych form tlenu. Jest to mała ilość, nieporównywalna np. z liczbą wolnych rodników powstających w toku napromieniania promieniami jonizującymi, a na dodatek kontrolowana poprzez układ wymiataczy wolnych rodników. Zaburzenia równowagi w tym zakresie (choroba popromienna, zapalenia, szkoda tlenowa, metabolity chemikaliów, niedokrwienie i reperfuzja) mogą prowadzić do uszkodzenia komórek, np. poprzez uszkodzenie przez reaktywne formy tlenu (tworzenie w miejscu wiązań podwójnych kwasów tłuszczowych cyklicznych, nietrwałych nadtlenków). Przykłady takich uszkodzeń przez wolne rodniki będziemy przytaczać w tym i w dalszych rozdziałach podręcznika.

♦Wapń naszym ostatecznym zabójcą? Wapń jest nam konieczny do życia. Większość jednak zjonizowanego wapnia znajduje się w płynie pozakomórkowym (10^-3 M, a niewiele w cytosolu (10^-7 M). I tak, większość wapnia wewnątrzkomórkowego jest sekwestrowana w mitochondriach i siateczce śródplazmatycznej. Utrzymywanie tej różnicy stężeń to zadanie dla ATPazy zależnej od wapnia i magnezu. Uszkodzenie błon komórkowych i szereg toksyn powodują zarówno wyrzut wapnia z wewnątrzkomórkowych magazynów (mitochondria, siateczka), jak i zwiększenie napływu wapnia z przestrzeni pozakomórkowej. Początkowo dobrze funkcjonujące błony powodują sekwestrację nadmiaru wapnia. Równocześnie jednak nadmiar wapnia w cytosolu aktywuje szereg enzymów. Najgroźniejsza jest aktywacja fosfolipaz (dalsze uszkodzenie błon), proteaz (destrukcja cytoszkieletu), ATPazy (zmniejszenie puli ATP) i endonukleaz (fragmentacja chromatyny). W uszkodzeniu nieodwracalnym to właśnie zwiększenie poziomu wapnia w cytosolu i niemożność jego sekwestracji doprowadza do uaktywnienia enzymów i destrukcji komórki.

Ryc. 1-1.”Mitochondrial permeability transition”. Uszkodzenie pracy mitochondriów. Uszkodzenie wewnętrznej błony mitochondrialnej z tworzeniem dużych porów uniemożliwia skuteczne utrzymanie potencjału błonowego, fosforylację oksydatywną i tworzenie ATP. Dodatkowo, uszkodzenie zewnętrznej błony mitochondrialnej i ucieczka cytochromu c do cytosolu jest sygnałem proapoptotycznym poprzez aktywowanie kaspazy 3.

Uszkodzenie komórek w niedokrwieniu i niedotlenieniu

W praktyce klinicznej jest to najczęstszy typ uszkodzenia komórek i tkanek. Jak wspomniano powyżej, hipoksja polega na niedoborze tlenu, natomiast nadal dostarczane są z krwią czynniki odżywcze i możliwa jest przez pewien czas glikoliza beztlenowa, a kwas mlekowy odprowadzany jest z krwią. W przeciwieństwie do tego niedokrwienie (ischaemia) prowadzi nie tylko do niedoboru tlenu, ale też substancji odżywczych, zgromadzony w procesie glikolizy beztlenowej kwas mlekowy szybko zakwasza środowisko. Zmiany w niedokrwieniu występują więc szybciej niż w samym niedotlenieniu.

Uszkodzenie początkowo jest odwracalne, potem jednak staje się nieodwracalne. Jeśli przywrócony jest dopływ krwi, to paradoksalnie, w pierwszym etapie reperfuzji, narasta uszkodzenie i liczba komórek uszkodzonych nieodwracalnie, a dopiero potem polepsza się stan tkanki. Kolejno omówimy mechanizmy uszkodzenia komórki.

1. Uszkodzenie odwracalne

Zasadniczym i pierwszym punktem w mechanizmie uszkodzenia komórki w toku niedotlenienia jest zahamowanie produkcji ATP w procesie fosforylacji oksydacyjnej w mitochondriach. Niedobór ATP wywołuje szereg dalszych zmian:

♦Pompa sodowa. Niedobór ATP prowadzi do utraty sprawności aktywnego transportu i akumulacji sodu wraz z wodą w komórce, a ucieczki potasu do przestrzeni pozakomórkowej. Dodatkowo na gromadzenie się wody wpływa wzrost ciśnienia osmotycznego w komórce w związku ze zwiększeniem katabolizmu, nasilonego w celu dostarczenia intedrmediatów do produkcji ATP. Komórka jest obrzmiała, obrzmiałe są mitochondria, poszerzone kanały siateczki śródplazmatycznej.

♦Metabolizm energetyczny. Zahamowanie fosforylacji oksydatywnej zmusza komórkę do podjęcia glikolizy beztlenowej i produkowania ATP tą mniej efektywną drogą. Narasta ona tym bardziej, że wzrasta glikogenoliza. Ubywa szybko glikogenu, a gromadzący się kwas mlekowy doprowadza do zakwaszenia.

♦Obniżenie syntezy białek. Synteza białek ulega zahamowaniu nie tylko z powodu samego niedoboru energii, ale też dochodzi do oddzielania rybosomów od szorstkiej siateczki śródplazmatycznej i do dysocjacji polisomów do monosomów.

♦Zmiany czynnościowe. Opisany niedobór ATP i zmiany wtórne prowadzą do zaburzeń czynnościowych. Jak już wspomniano, po zatkaniu naczynia wieńcowego w ciągu 1-2 minut dochodzi do utraty kurczliwości niedotlenionego mięśnia. Nie jest to jednak równoznaczne ze śmiercią kardiomiocytów (o czym poniżej).

♦Dalsze zmiany. Utrzymywanie się niedotlenienia prowadzi do dalszych zmian, np. dezorganizacji cytoszkieletu (utrata mikrokosmków, powstawanie uwypukleń błony komórkowej porównywalne do pęcherzy odleżynowych, degradacja fosfolipidów błon komórkowych z tworzeniem widocznych ultrastrukturalnie tzw. figur mielinowych. Postępuje uszkodzenie komórki i coraz bardziej widoczne są zmiany, ale zmiany te są nadal odwracalne i mogą się cofnąć wraz z ponowieniem podaży tlenu.

Ryc. 1-2. Schemat uszkodzenia odwracalnego i nieodwracalnego.

B. Uszkodzenie nieodwracalne

Komórki narażone na znaczne i przedłużające się niedotlenienie lub zupełny brak tlenu nie mogą powrócić do stanu pierwotnego i obumierają. Stąd termin uszkodzenie nieodwracalne. Morfologicznie uszkodzenie nieodwracalne może być rozpoznane po typowych zmianach w jądrze komórkowym, utracie integralności komórki i poprzerywaniu błony komórkowej. Testy czynnościowe wykazują, że czynność jądra komórkowego została przerwana, produkcja energii w mitochondriach spadła poniżej minimum niezbędnego do życia i nie może powrócić do normalnego poziomu, a czynność błony komórkowej została bezpowrotnie utracona. Nieodwracalne uszkodzenie komórek może być rozpoznane przez charakterystyczne zmiany ultrastrukturalne, a część zmian widoczna jest też w mikroskopie świetlnym. Najbardziej charakterystyczne są zmiany w jądrze komórkowym. Bez sprawnie funkcjonującego jądra komórkowego komórka nie może przeżyć.

Uszkodzenie jądra może mieć trzy formy morfologiczne:

1. Pyknosis, jest to znaczne zagęszczenie chromatyny jądrowej (pyknos - po grecku gęsty)

2. Karyorrhexis, jest to fragmentacja jądra komórkowego na małe zagęszczone fragmenty (karyon - jądro i rrhexis - pęknięcie)

3. Karyolysis, jest to rozpuszczenie struktury jądra i chromatyny przez enzymy takie jak DNAaza i RNAaza.

W mitochondriach ultrastrukturalnie widoczne są duże zagęszczenia macierzy. Cytoplazma ulega fragmentacji. Zawartość obumarłych komórek dostaje się do płynu pozakomórkowego i jest wypłukiwana przez krążenie. Enzymy cytoplazmatyczne, takie jak aminotransferaza asparaginianowa, dehydrogenaza mleczanowa, kinaza kreatynowa czy troponiny (z mięśnia sercowego), dostając się do krążenia, mogą być mierzone we krwi jako wskaźnik uszkodzenia komórek. Poziom tych enzymów i białek we krwi jest podniesiony w zawale serca.

Obrzmiałe są lizosomy i poszerzone kanały siateczki śródplazmatycznej. Z uszkodzonych lizosomów wydostają się hydrolazy, które ulegają aktywacji. Po pierwotnym zakwaszeniu cytoplazmy dochodzi do neutralizacji, a nawet jej alkalizacji. W warunkach doświadczalnych kwasica w pewnej mierze nawet chroni przed śmiertelnym uszkodzeniem komórek (wpływ na aktywność fosfolipazy i wystąpienie zwiększonej przepuszczalności mitochondriów). Szerokie spektrum enzymów lizosomalnych może doprowadzić do destrukcji wszystkie składniki komórki.

Komórka wreszcie ulega całkowitej degradacji, zamienia się w homogenną masę, która może też zwapnieć (wapnienie dystroficzne).

Mówiliśmy wiele o sekwencji zdarzeń w uszkodzeniu odwracalnym, a potem nieodwracalnym. Ale, w którym momencie właściwie komórka umiera? Trzeba szczerze powiedzieć, że tego nie wiemy, a w dodatku mityczny punkt bez powrotu, po minięciu którego komórka umiera, wydaje się być zmienny zarówno w czasie jak przestrzeni. Generalnie musimy się zgodzić, że najistotniejsze dla nieodwracalności uszkodzenia komórki jest trwałe uszkodzenie błon komórkowych, co związane jest z dysfunkcją mitochondriów, spadkiem poziomu ATP, influksem wapnia, itd. Ogólnie, zdrowa komórka wykazuje w pewnej mierze samodzielność funkcji niezależnie od środowiska. Komórka nieodwracalnie uszkodzona utraciła tą ograniczoną suwerenność i przestała o nią walczyć.

Podsumujmy, co przyczynia się do tego mającego węzłowe znaczenie nieodwracalnego uszkodzenia błon komórkowych:

♦Dysfunkcja mitochondriów. Wzrost poziomu wapnia w cytosolu przy spadku poziomu ATP powoduje większą sekwestrację wapnia w mitochondriach, co aktywuje fosfolipazy i przyczynia się przez to do akumulacji wolnych kwasów tłuszczowych. Wszystko to powoduje zwiększenie przepuszczalności wewnętrznej błony mitochondrialnej i niemożność utrzymania potencjału (a więc niemożność produkcji ATP - mitochondrial permeability transition). Przepuszczalność zewnętrznej błony mitochondrialnej również wzrasta.

♦Utrata fosfolipidów błon. Dzieje się tak za przyczyną aktywacji fosfolipaz, aktywowanych chociażby zwiększonym poziomem wapnia w cytosolu. Zmniejszona jest zarówno produkcja, jak i reutylizacja fosfolipidów.

♦Destrukcja cytoszkieletu. Zaktywowane proteazy mogą nadtrawiać nie tylko sam cytoszkielet, ale i jego zamocowanie do błon komórkowych. Czyni to komórkę podatną na odkształcenia, ale także zwiększa podatność na uszkodzenia, tym bardziej, że komórka jest obrzmiała.

♦Reaktywne formy tlenu. Wolne rodniki i inne reaktywne formy tlenu reagują (szczególnie w miejscu wiązań podwójnych) z fosfolipidami błon tworząc nietrwałe cykliczne nadtlenki. Znaczenie tego typu uszkodzenia jest jeszcze większe w okresie reperfuzji (patrz niżej).

♦Produkty rozpadu fosfolipidów. Niezestryfikowane wolne kwasy tłuszczowe i inne produkty rozpadu fosfolipidów działają na błony jak detergenty. Ponadto mogą one wbudowywać się do błon, potencjalnie zwiększając ich przepuszczalność.

♦Utrata aminokwasów. Doświadczalnie stwierdzono, że glicyna chroni komórki przed nieodwracalnym uszkodzeniem błon i zapobiega wapnio-zależnej śmierci komórek przy braku ATP.

Stale więc wracamy do jednego ciągu zdarzeń. W niedotlenieniu mamy do czynienia z zahamowaniem fosforylacji oksydacyjnej, brakiem ATP i uszkodzeniem (zwiększeniem przepuszczalności) błon komórkowych. Przez uszkodzone błony napływa wapń z płynu pozakomórkowego. Ten wapń (napływający jeszcze bardziej przy reperfuzji) śmiertelnie uszkadza mitochondria i aktywuje szereg enzymów dokańczających dzieła martwicy skrzepowej.

Uszkodzenie komórek w niedokrwieniu i reperfuzji

Przywrócenie przepływu krwi (reperfuzja) w niedokrwionej tkance nie przywróci życia komórkom z uszkodzeniem nieodwracalnym, natomiast winno przywrócić normalny stan komórkom z uszkodzeniem odwracalnym. Jednakże, zwłaszcza po dłuższym okresie niedokrwienia, znaczna część komórek uszkodzonych umiera już po przywróceniu przepływu krwi (zarówno na drodze martwicy jak i apoptozy). Często widoczny jest w tkance naciek z granulocytów obojętnochłonnych. Proces kontynuacji obumierania komórek w okresie reperfuzji jest bardzo ważny klinicznie. Zrozumienie go pozwoli zabezpieczyć chorego przed powiększaniem się obszaru zawału mózgu czy serca, (które jest typowe dla pierwszych 24 godzin zawałów). Część komórek być może umiera, ponieważ uległa w okresie niedokrwienia uszkodzeniu nieodwracalnemu, a tylko w okresie reperfuzji zmiany nieodwracalne ujawniają się (wymaga to czasu). Z drugiej jednak strony, w reperfuzji, zwłaszcza w początkowym okresie, dochodzi do nowego uszkadzania komórek. Jak się to dzieje?

♦ Reoksygenacja, a zwłaszcza nadmiar tlenu niesie ze sobą pewne dodatkowe ryzyko dla komórek z uszkodzeniem odwracalnym, doprowadzając do ich dodatkowego uszkodzenia. “Szkoda tlenowa” jest w tych przypadkach spowodowana reaktywnymi formami tlenu, szczególnie wolnymi rodnikami tlenowymi. Te związki toksyczne powstają w tkankach z tlenu aktywowanego zjonizowanym żelazem albo w reakcjach chemicznych, w których, poza nadtlenkiem wodoru, powstaje rodnik ponadtlenkowy (O²·¯). W normalnych warunkach wolne rodniki tlenowe powstają w niedużych ilościach i są inaktywowane przez enzymatyczne mechanizmy neutralizujące i wymiatacze wolnych rodników. W niedotlenieniu system enzymatycznego usuwania wolnych rodników (katalaza, dysmutaza ponadtlenkowa) jest upośledzony, a liczba prekursorów wolnych rodników znacznie wzrasta. Przy ponownym znacznym dopływie tlenu dochodzi więc do masowego “wysiania” wolnych rodników mogących w trakcie reperfuzji (w jej początkowym okresie; węzłowym enzymem jest tu oksydaza ksantynowa) nasilić uszkodzenie komórek.

♦Wspomniane powyżej wolne rodniki zwiększają przepuszczalność błon mitochondriów (mitochondrial permeability transition) pogłębiając niemożność produkcji ATP.

♦W niedokrwieniu wzrasta produkcja cytokin i ekspresja molekuł adhezyjnych

(w komórkach miąższowych, śródbłonkach i „zapraszanych”, napływających leukocytach). To „pocałunek” leukocyta z komórką śródbłonkową uwalnia „miazmaty wschodu” (mediatory zapalenia; patrz rozdział o zapaleniach). Wymiatacze wolnych rodników, przeciwciała przeciw cytokinom czy przeciw molekułom adhezyjnym zmniejszają lub zapobiegają uszkodzeniu reperfuzyjnemu.

Rola wolnych rodników w uszkodzeniu komórek

Już kilkakrotnie wspominaliśmy o roli reaktywnych form tlenu w uszkodzeniu komórek, zwłaszcza w niedokrwieniu i reperfuzji. Znaczenie wolnych rodników jest znacznie szersze. Odgrywają one istotną rolę w bardzo różnorodnych procesach (szkoda popromienna, szkoda tlenowa, starzenie się komórek i tkanek, zapalenia, zabijanie bakterii przez granulocyty, niszczenie komórek nowotworowych przez makrofagi, itd.). Wolne rodniki mają krótki okres trwania, ale bardzo silnie reagują z sąsiednimi cząsteczkami. Szczególnie niebezpieczne jest reagowanie z lipidami - nienasyconymi kwasami tłuszczowymi błon komórkowych (patrz wyżej), kwasami nukleinowymi, możliwość wywołania łańcucha reakcji (np. toksycznych nadtlenków dalej silnie reagujących). Do znanych z biochemii i fizjologii dróg powstawania wolnych rodników (np. w toku radiolizy wody) nie chcemy wracać, chcemy tylko przypomnieć, że także tak modny obecnie tlenek azotu (NO˙) nie tylko działa relaksacyjne na mięśnie gładkie tętniczek, ale może być, zwłaszcza w makrofagach, przerobiony na szkodliwy wolny rodnik (ONOOˉ­, NO2˙, NO3ˉ). Najistotniejszym działaniem wolnych rodników, z punktu widzenia uszkodzenia komórek, jest:

♦Utlenianie lipidów błon komórkowych. Reakcja następuje w miejscach wiązań podwójnych kwasów tłuszczowych. Tworzą się niestabilne cykliczne nadtlenki zdolne do dalszego reagowania i nasilania (propagacja) uszkodzenia. Witamina E (wymiatacz) zawarta w błonach komórkowych zmniejsza uszkodzenie.

♦ Utlenianie białek. Reagowanie (utlenianie) z resztami aminokwasowymi łańcuchów bocznych białek sprzyja agregacji białek i dalszej ich degradacji w katabolicznym systemie proteasomów.

♦Uszkodzenie DNA. Reagowanie z DNA, szczególnie z tyminą i guaniną prowadzi do jednołańcuchowych przerw w DNA. Ma to znaczenie w starzeniu się komórek i karcinogenezie.

Na szczęście komórki i tkanki dysponują również systemem obrony przed wolnymi rodnikami. Zaliczamy tu:

ð Antyoksydanty (wymiatacze wolnych rodników - wit. A, C i E, glutation),

ð Wiązanie żelaza i miedzi (katalizujących tworzenie wolnych rodników) z białkami transportowymi (transferyna, ferrytyna, laktoferyna, ceruloplazmina),

ð Enzymy: katalaza, dysmutaza ponadtlenkowa, peroksydaza glutationowa.

Cechy morfologiczne uszkodzenia odwracalnego i martwicy komórek

Główne morfologiczne cechy odwracalnego uszkodzenia komórek widoczne w mikroskopie świetlnym to obrzmienie miąższowe i stłuszczenie.

Ryc. 1-3. Obrzmienie miąższowe. W bioptacie nerki komórki kanalików nerkowych powiększone, „wpuklają się” do światła kanalika, a ich cytoplazna jest ziarnista (od powiększonych mitochondriów). Nr 113 buraki 0019.

Obrzmienie miąższowe (degeneratio parenchymatosa, offuscatio parenchymatosa) i zwyrodnienie wodniczkowe (degeneratio hydropica) spowodowane jest zwiększonym napływem wody do cytoplazmy. Woda gromadzi się nie tylko w hyaloplaźmie, ale też w mitochondriach a następnie w siateczce śródplazmatycznej. Wakuolizacja cytoplazmy jest najlepiej widoczna w obrazach mikroskopu elektronowego. Po ustaniu działania czynników uszkadzających zwyrodnienie miąższowe i wodniczkowe ustępują, a nadmiar wody wypompowywany jest z komórki. Błona komórkowa jest błoną selektywnie przepuszczalną utrzymującą gradient stężenia soli mineralnych, zwłaszcza sodu, potasu i chlorków, wewnątrz komórek i w płynie pozakomórkowym. Jest to wynikiem działania pompy sodowej, zużywającej ATP, a wypompowującej stale sód poza komórki. Sód w komórce zastępowany jest potasem. Mamy więc stan, w którym sód (i chlorki) znajdują się głównie w płynie pozakomórkowym, podczas gdy w komórkach głównym kationem jest potas. Działanie pompy sodowej wymaga nakładu energii z ATP. Niedotlenienie uszkadza generowanie związków wysokoenergetycznych, zwłaszcza ATP. Obniżenie ATP-azowej czynności pompy sodowej obniża sprawność tej pompy, przez co gradient stężenia sodu maleje. Sód i chlorki gromadzą się w większej ilości w cytoplazmie wiążąc w niej wodę. Taki jest mechanizm obrzmienia cytoplazmy czy mitochondriów. Wraz z powrotem aktywności ATP-azy sód (i woda) są wypompowywane z komórki i obrzmienie znika.

Ultrastrukturalnie widoczne jest poszerzenie kanałów siateczki śródplazmatycznej i

powiększenie mitochondriów z grzebieniami zanikającymi (rozciągnięte w powiększonej organelli). W mitochondriach widoczne są drobne zagęszczenia macierzy. Zaczynają się pojawiać figury mielinowe. Widoczne jest także zmniejszenie lub utrata mikrokosmków i odkształcenia błony komórkowej. Dochodzi do oddzielania rybosomów od szorstkiej siateczki śródplazmatycznej, a polisomy dysocjują do monosomów. W jądrze komórkowym widoczne są zmiany w agregacji ziaren chromatynowych, czasem poszerzenie otoczki okołojądrowej.

Histologicznie widoczne jest powiększenie i ewentualnie zaokrąglanie powiększonych komórek, utrata mikrokosmków, przejaśnienie lub ziarnisty obraz cytoplazmy, nieregularności w rozmieszczeniu chromatyny jądrowej. Obszary większej akumulacji wody widoczne są w zwyrodnieniu wodniczkowym jako wodniczki w cytoplazmie. Takie zwyrodnienie wodniczkowe naskórka i nabłonka wielowarstwowego płaskiego błon śluzowych stosunkowo często występuje w zakażeniach wirusowych.

Makroskopowo obrzmiały narząd jest większy, cięższy i bledszy. Powiększona nerka „nie mieści się” w torebce i, charakterystycznie, brzegi „wywijają się” po nacięciu. Powierzchnia przekroju nie błyszczy jak normalnie, ale jest nieco przyćmiona (przyćmienie miąższowe - powiększone mitochondria w obrzmiałej komórce rozpraszają światło).

Stłuszczenie (steatosis) to gromadzenie kropli tłuszczów prostych w cytoplaźmie. Już poprzednio wspominano o rozpadzie tłuszczów i zwiększeniu poziomu wolnych kwasów tłuszczowych w uszkodzonej komórce. Stłuszczenie jest pospolite zwłaszcza w komórkach o bogatym metabolizmie tłuszczowym (wątroba, mięśnie, w tym mięsień sercowy). Stłuszczenie należy odróżnić od otłuszczenia (lipomatosis), które polega na wrastaniu tkanki tłuszczowej między komórki miąższowe danego narządu (np. serce, trzustka). W sercu ma to znaczenie szczególnie w komorze prawej i przegrodzie, gdzie duża ilość tkanki tłuszczowej w krańcowych przypadkach może być odpowiedzialna za wystąpienie zaburzeń rytmu i tzw. kardiomiopatię arytmogenną.

Ryc. 1-4. Stłuszczenie wątroby alkoholika. Widoczne duże „puste” miejsca po wypłukanym tłuszczu (tkanka przeprowadzona przez rozpuszczalniki tłuszczowe: alkohol i ksylen). Jest to tzw. stłuszczenie grubokropelkowe. nr179 P19-0003

Ryc. 1-5. Wątroba w zespole Reya (uszkodzenie wątroby i mózgu u dzieci z infekcją wirusową, prawdopodobnie mające związek z leczeniem aspiryną). W przeciwieństwie do ryciny 1-4. hepatocyty mają cytoplazmę obfitującą w liczne, drobne kropelki tłuszczu - stłuszczenie drobnokropelkowe. nr 178 P19-0001

Ryc. 1-6. Otłuszczenie serca. Pomiędzy włókna mięśnia sercowego wnika typowa tkanka tłuszczowa. W krańcowych przypadkach, zwłaszcza przy zajęciu przegrody międzykomorowej, może wystąpić tzw. kardiomiopatia arytmogenna.

nr 125 buraki 0037

Martwica (necrosis) obejmuje ciąg zmian morfologicznych zachodzących po śmierci komórki w żywym organizmie. Po śmierci całego organizmu tkanki ulegają autolizie.

Martwica polega na postępującej destrukcji, głównie enzymatycznej i denaturacji białek komórek nieodwracalnie uszkodzonych. Najczęściej występuje martwica skrzepowa (necrosis coagulativa) polegająca na denaturacji białek w obrzmiałej obumarłej komórce, w której dochodzi do stopniowego rozpadu jądra i organelli cytoplazmatycznych głównie w wyniku katabolizmu enzymatycznego. Na wytworzenie pełni zmian morfologicznych martwicy trzeba czasu. Wracając do przykładu zawału mięśnia sercowego utrata kurczliwości ogniska zawału występuje w ciągu 1-2 minut, nieodwracalne uszkodzenie kardiomiocytów zachodzi w 20-40 minut, wypłukane enzymy z ogniska zawału możemy efektywnie badać we krwi chorego już po 2 godzinach, natomiast w pełni widoczny makroskopowo zawał stwierdza się po około 12 godzinach. Jeśli więc w wyniku zawału dojdzie do nagłego zgonu na ulicy, to na sekcji nie widzimy zawału. Możemy zobaczyć zakrzep w naczyniu wieńcowym, miażdżycę naczyń wieńcowych, zastój krwi czy obrzęk płuc, ale nie sam zawał. W dodatku nie mamy pewności czy nagły zgon zaszedł wskutek zawału czy też zaburzeń rytmu serca (migotania komór) z innych przyczyn. Wrócimy do tego (i tzw. pojęcia śmierci wieńcowej) przy omawianiu chorób serca.

Maskroskopowo martwa tkanka jest żółtawa i szaro-żółtawa, jest homogenna, matowa. Barwa może się zmieniać, jeśli dojdą procesy gnicia. Histologicznie martwa tkanka jest homogenna, eozynochłonna, z niewidocznymi komórkami. Zmiany te oczywiście narastają powoli w ciągu 1-2 dni, podczas których obraz komórek ulega postępującej degradacji. Ultrastrukturalnie zmiany widoczne są wcześniej.

Morfologicznie prócz martwicy skrzepowej (np. zawał), wyróżniamy martwicę rozpływną (necrosis colliquativa), w której przeważa enzymatyczna destrukcja (liza) komórki nad denaturacją białek. Wyróżniamy także martwicę serowatą (caseificatio), martwicę enzymatyczną tkanki tłuszczowej czy zgorzel (gangraena).

Ryc. 1-7 a, b, c, d. Przykłady martwicy. We wszystkich widoczne jest zatarcie normalnego obrazu histologicznego, z zatarciem granic między komórkami, z zatarciem obrazu jąder komórkowych i całych komórek i tkanki. Zamiast tego martwa tkanka jest mniej lub bardziej homogenną bezpostaciową masą. a). Zawał serca - martwica skrzepowa. Widoczne są tylko bezpostaciowe, eozynochłonne zarysy obumarłych włókien mięśniowych. nr 126 buraki 0038. b). Martwica rozpływna mózgu. Widoczne zapadnięte ognisko martwicy przy braku normalnej struktury mózgu. Nr 114 buraki 0020. c). Serowacenie. Gruźlica serowata płuc. Widoczne blado kwasochłonne, bezpostaciowe ognisko mas serowatych w płucu, otoczone pasmem ziarniny gruźliczej. Płuco w sąsiedztwie zmiany z cechami niedodmy. Nr 119 buraki 0029.d). Martwica enzymatyczna tkanki tłuszczowej okołotrzustkowej (tzw. martwica Balsera, cytosteatonecrosis). Martwa tkanka ma całkowicie zatarty rysunek komórek. Szarawe masy to mydła wapniowe (mydła sodowe i potasowe już zostały wypłukane). Nr 129 buraki 0041.

Martwica skrzepowa (necrosis coagulativa) w swej najczęstszej postaci, jaką jest zawał, charakteryzuje się tym, że długo widoczne są kształty czy, lepiej powiedzieć, cienie obumarłych komórek w postaci kwasochłonnych kul czy (w mięśniu sercowym) pasm. Prawdopodobnie koagulacja białek zachodzi tu w silnie zakwaszonej tkance, co hamuje aktywność lityczną enzymów. Obraz taki może utrzymywać się przez szereg dni, po czym ta pierwotnie sucha martwa tkanka chłonie więcej wody, ulega fragmentacji i uprzątnięciu przez leukocyty i makrofagi. Nie zapominajmy, że martwa tkanka wywołuje reakcję zapalną. Martwica skrzepowa jest najczęściej skutkiem niedokrwienia tkanek (z wyjątkiem mózgu).

Martwica rozpływna jest typowa dla mózgu. Poza mózgiem niektóre bakterie i grzyby powodują martwicę rozpływną, a w wirusowym zapaleniu wątroby martwica skrzepowa hepatocytów, rozpływna i apoptoza (ciałka Councilmana) sąsiadują ze sobą. W martwicy rozpływnej dochodzi do całkowitego rozpłynięcia się martwej tkanki w gęstą kleistą masę skutkiem enzymatycznego strawienia komórek i tkanki. W niektórych zapaleniach do takiej martwicy prowadzą napływające masowo granulocyty kwasochłonne. Martwa rozpuszczona tkanka wymieszana z milionami granulocytów obojętnochłonnych to ropa (pus).

Martwica serowata (caseificatio), inaczej serowacenie to charakterystyczny typ martwicy skrzepowej w gruźlicy (spotykany także w kile czy w ziarnicy złośliwej i niektórych nowotworach). Są to białe, kruche masy podobne do sera. Histologicznie martwa tkanka jest całkowicie amorficzna, homogenna, kwasochłonna. W gruźlicy martwicy tej towarzyszy specjalna ziarnina. W kile (w kilaku) masy martwicze nie są takie kruche, a są „gumiaste”, ponieważ w kilaku (gumma) nie do końca strawione są włókna elastyczne naczyń.

Martwica enzymatyczna tkanki tłuszczowej (cytosteatonecrosis) najczęściej występuje w tkance tłuszczowej okołotrzustkowej. W ostrym zapaleniu trzustki (pancreatitis acuta) uczynniane są w trzustce enzymy trzustkowe, które trawią trzustkę oraz otaczającą tkankę tłuszczową (są tam bowiem i proteazy, i lipazy, i nukleazy, etc). Martwa tkanka jest kredowo biała (na miejscu pozostają mydła wapniowe, mydła sodowe i potasowe są wypłukiwane). Towarzyszą temu wylewy krwawe i nacieki zapalne. Jest to istotny wskaźnik tego, że zmiany zaszły za życia. Czasem na sekcji stwierdzamy podobne zmiany, jednak bez zażyciowego odczynu zapalnego czy wylewów, jako zmiany agonalne lub pośmiertne. Ostre zapalenie trzustki („choroba ucztujących”) jest groźna dla życia, chociaż teraz lepiej potrafimy zapobiec szerzeniu się zmian martwiczych i większość przypadków leczy się bez chirurgicznego otwarcia brzucha, co dawniej było konieczne. Czasami martwica tkanki tłuszczowej występuje odlegle od trzustki, np. w tkance tłuszczowej podskórnej (enzymy trzustkowe mogą krążyć we krwi i wywoływać zmiany z dala od trzustki).

Zgorzel (gangraena) jest typem martwicy tkanki, w której zachodzi gnicie. Jest to efekt zakażenia bakteriami beztlenowymi z rodzaju Clostridium. W zgorzeli suchej (gangraena sicca) mamy właściwie mumifikację martwej tkanki początkowo bladej, potem czerniejącej (powstają siarczki żelaza w gniciu). Do wystąpienia mumifikacji konieczne jest wysychanie tkanki. Zgorzelinowy palec może sam odpaść skutkiem tzw. samoamputacji. Dzieje się tak, gdyż na granicy tkanki martwej i żywej gromadzą się leukocyty trawiące tkankę (martwica stymuluje reakcję zapalną). Klasycznym przykładem zgorzeli suchej jest tzw. stopa cukrzycowa. Miażdżyca tętnic i mikroangiopatia małych naczyń u cukrzyków sprzyja martwicy z niedokrwienia, do której szybko dołączają się bakterie gnilne. Zgorzel wilgotna (gangraena humida) powstaje w tkankach bez możliwości wysychania. Klasyczne przykłady to zgorzel miazgi zębowej, czy też zgorzel jelita (uwięzła przepuklina, wgłobienie, skręt jelit). W skręcie jelit dochodzi do zablokowania odpływu krwi (zaciskane są cieńsze naczynia żylne), podczas gdy nadal tłoczona jest do pewnego momentu krew tętnicza. Dochodzi do martwicy krwotocznej, a zawarte w jelicie bakterie beztlenowe rozpoczynają proces gnicia. Jest to więc zgorzel wilgotna. Po otwarciu jamy brzusznej chirurg widzi czarne zgorzelinowe pętle jelita (znów siarczki żelaza), które usuwa. W przeciwnym razie doszłoby do rozlanego zapalenia otrzewnej. Zgorzel gazowa wywołana jest przez bakterie (Clostridium oedematis maligni) mogące produkować gaz szerzący się w tkance w postaci pęcherzyków. Przyspiesza to rozprzestrzenianie się zgorzeli gazowej.

APOPTOZA (apoptosis)

Ryc. 1-8. Apoptoza - obraz ultrastrukturalny rozpadającego się hepatocyta z tworzeniem ciałka apoptorycznego (gwiazdka) i widocznym zastojem żółci tworzącej dziwaczne figury geometryczne. ME

Jest to odmienny od martwicy typ śmierci komórki, chociaż oba procesy nieraz na siebie zachodzą i mają część cech wspólnych. Nazwa pochodzi od greckich słów określających spadanie liści z drzewa, co ma odzwierciedlać fakt, iż apoptoza jest „cichą” śmiercią komórek nie wywołującą reakcji zapalnej. Apoptoza polega na uruchomieniu maszynerii komórkowej prowadzącej do samodestrukcji. Apoptoza występuje w bardzo różnych procesach fizjologicznych i patologicznych:

• programowana śmierć komórek w embriogenezie;

• hormono-zależna inwolucja tkanek (zanik prostaty po kastracji, inwolucja gruczołu

mlecznego sutka po ustaniu karmienia, cykl miesiączkowy) ;

• apoptoza komórek proliferujących (np. w krypcie jelita);

• apoptoza komórek nowotworowych;

• apoptoza „zużytych” neutrofilów w zapaleniu ostrym;

•ubytek komórek immunologicznych (np. przy braku cytokin);

• apoptoza wywołana przez limfocyty cytotoksyczne (np. w reakcji odrzucenia

przeszczepu);

• atrofia narządu po zatkaniu dróg wyprowadzających (ślinianki, nerki, trzustka, etc);

• apoptoza komórek w chorobach wirusowych;

• śmierć komórek pod wpływem czynników uszkadzających, jednak zbyt słabych do wywołania martwicy.

Morfologicznie najbardziej widoczne jest obkurczanie się komórek apoptotycznych, kondensacja chromatyny jądrowej, rozpad jądra i cytoplazmy z tworzeniem ciałek apoptotycznych i fagocytoza ciałek apoptotycznych przez makrofagi i komórki otoczenia bez wywoływania reakcji zapalnej. Najlepiej ciałka apoptotyczne sfagocytowane przez makrofagi może zobaczyć w preparacie histologicznym normalnego węzła chłonnego w centrach odczynowych (tzw. tingible bodies). Całe pola apoptotycznych limfocytów widać w rzadkiej chorobie węzłów chłonnych - chorobie Rosai-Dorfmana. Doskonale komórki apoptotyczne widać w ciałkach Hassala w grasicy. We fluorescencji bezpośredniej mającej na celu wykazanie złogów immunoglobulin w skórze nieraz widzimy, w toczniu i innych chorobach skóry, liczne apoptotyczne komórki nabłonka chłonące znaczne ilości IgM. W apoptozie błony komórkowe pozostają stosunkowo długo zachowane, aż do fragmentacji komórek na ciałka apoptotyczne.

Biochemicznie u podstaw tworzenia ciałek apoptotycznych leżą dwa procesy. Pierwszy to rozkład białek przez proteazy cysteinowe „tnące” białka przy resztach kwasu asparaginowego (kaspazy). Hydrolizują one białka macierzy jądra komórkowego i cytoszkieletu. Wtórnie aktywuje to endonukleazy. Drugi mechanizm to tworzenie wiązań między białkami przez transglutaminazy. Prowadzi to do tworzenia całych kompleksów białkowych wypełniających wraz z pofragmentowanym jądrem ciałka apoptotyczne. Dla apoptozy charakterystyczny jest międzynukleosomalny rozkład DNA. Okazuje się jednak, że ten typ rozkładu DNA może zdarzyć się i w martwicy.

Mechanizmy apoptozy

Istnieje wiele dróg prowadzących do apoptozy. W badaniach nad apoptozą spostrzeżono u Caenorhabditis elegans (Nematodes) istnienie genu apoptozy, którego, być może, odpowiednikiem u ssaków jest gen Bcl-2. Apoptoza jest procesem energo-zależnym jawiącym się jako kaskada zdarzeń molekularnych. Wyróżnia się fazę sygnałów wstępnych, fazę koordynacji sygnałów i ostatecznego podjęcia decyzji, fazę wykonawczą i fazę fagocytozy komórek apoptotycznych (ciałek apoptotycznych).

Faza sygnałów wstępnych. Wstępnym sygnałem może być (a) brak hormonu, lub czynników wzrostu czyli brak stymulacji koniecznej do przeżycia. Innym sygnałem wstępnym może być (b) uszkodzenie komórek (wolne rodniki, napromienianie, toksyny). Uszkodzenie może być wynikiem działania (c) cytotoksycznych limfocytów T. Wreszcie może to być stymulacja poprzez (d) przyłączenie TNF-α (tumor necrosis factor-α) do odpowiedniego receptora. Poza tymi najczęstszymi sygnałami wstępnymi, do apoptozy może doprowadzić przyłączenie glukokortykoidu do receptora jądrowego, infekcja wirusowa, itp.

Ryc. 1-9. Schemat mechanizmów apoptozy.

Ryc. 1-10. Histologicznie apoptoza widoczna jest na rycinie jako drobne ziarenka ciałek apoptotycznych, rozsianych pomiędzy limfocytami węzła chłonnego. Nr102a buraki 0003.

W fazie kontrolno-decyzyjnej następuje (dzięki odpowiednim białkom) ostateczna decyzja o podjęciu lub odłożeniu decyzji samounicestwiającej komórkę. Jedna możliwość to transmisja sygnału apoptotycznego przez odpowiednie białko przełącznikowe (adapter protein with death domains) uczynniające kaspazy wykonawcze. Druga możliwość istnieje dzięki białkom z rodziny Bcl-2, wpływających na apoptozę głównie poprzez regulację czynności mitochondriów. Proapoptotyczne czynniki mogą zahamować produkcję ATP poprzez zredukowanie potencjału błonowego wewnętrznej błony mitochondrialnej (mitochondrial permeability transition). Drugi sposób to zwiększenie przepuszczalności zewnętrznej błony mitochondrialnej z ucieczką cytochromu c do cytosolu, co poprzedza apoptozę. Bcl-2 hamuje uwalnianie cytochromu c do cytosolu. Z rodziny białek Bcl-2 proapoptotycznie działają m.in. Bax i Bad, a antyapoptotycznie Bcl-2, Bcl-XL. Stosunek czynników pro- i anty- decyduje o ostatecznym efekcie. Aby sytuacja była bardziej złożona, w niektórych komórkach Bcl-2 może wiązać białka (Apaf-1) i kaspazy inicjujące (kaspaza 8 i 9). Być może cytochrom c uwolniony z mitochondriów aktywuje kaspazy inicjujące rozpoczynając fazę wykonawczą apoptozy, a Bcl-2 zapobiega również temu. Rola białka p53 będzie omówiona później.

Faza wykonawcza zachodzi głównie dzięki pracy kaspaz wykonawczych. Kaspazy istnieją normalnie w formie zymogenu i wymagają uczynnienia. Potem, po uczynnieniu, kaskadowo rozkładają cytoszkielet komórki i macierz jądra komórkowego. Wśród innych efektów uczynniają także (kaspaza 3) DNAzę cytoplazmatyczną odpowiedzialną za międzynukleosomalny rozkład DNA.

Faza uprzątania to po prostu fagocytowanie komórek apoptotycznych i pofragmentowanych ciałek apoptotycznych. Komórki apoptotyczne rozpoznawane są przez makrofagi, gdyż wykazują obecność fosfatydyloseryny w zewnętrznej powierzchni błon komórkowych. Dzieje się tak (normalnie fosfatydyloseryna jest tylko w wenętrznej powierzchni błony) wskutek narastającego bałaganu w komórce ulegającej apoptozie. Część ciałek apoptotycznych wykazuje na powierzchni obecność glikoproteiny adhezyjnej trombospondyny. To też jest sygnał rozpoznawczy dla makrofagów. Dzięki temu makrofagi i inne komórki o zdolności żernej szybko i sprawnie uprzątają komórki apoptotyczne „bez hałasu” i reakcji zapalnej.

Niektóre przykłady apoptozy

Niedobór czynników wzrostu. Niektóre komórki wymagają dla swego wzrostu obecności cytokin i czynników wzrostu. Np. w błonie śluzowej żołądka w zapaleniu wywołanym przez bakterię Helicobacter pylori pojawiają się, a czasem proliferują limfocyty B, wymagające stałego wsparcia przez aktywowane limfocyty pomocnicze T. Po zniszczeniu bakterii w czasie leczenia następuje brak stymulacji limfocytów T, co w efekcie pozbawia bodźca wzrostowego proliferujące limfocyty B i ich klon ulega regresji poprzez apoptozę. Także komórki nerwowe wymagają stałej obecności czynnika wzrostu nerwów. Przyjmuje się, iż brak czynnika wzrostu powoduje przemieszczenie części czynników proapoptotycznych z rodziny Bcl-2 do mitochondrium. Zwiększa się przepuszczalność zewnętrznej błony mitochondrialnej, następuje ucieczka cytochromu c do cytoplazmy, co jest sygnałem rozpoczęcia fazy wykonawczej apoptozy.

Czynniki uszkadzające DNA. Napromienianie lub chemioterapeutyki mogą uszkodzić DNA (genotoxic stress). Komórka „usiłuje” naprawić błędy DNA. Pomaga w tym białko p53 zatrzymujące komórkę w fazie G1. Jest to normalny mechanizm wzrostu zabezpieczający przed powieleniem błędów DNA. Jeśli jednak sygnał proliferacyjny jest nieudany, to białko p53 kieruje komórkę na drogę apoptozy. Jeśli jednak w wyniku mutacji brakuje białka p53 albo jest ono zmienione, to komórka kontynuuje cykl komórkowy bez zatrzymania dla naprawy DNA. Tak dzieje się w niektórych nowotworach i przyczynia się do kumulowania błędów DNA (a tym samym do progresji nowotworu).

Apoptoza wywołana przez cytotoksyczne limfocyty T. Limfocyty cytotoksyczne T rozpoznając komórki z obcym (np. po infekcji) antygenem na powierzchni wykazują ekspresję ligandu Fas, dochodzi więc do połączenie z receptorem Fas komórki zabijanej, co uruchamia kaspazy rozpoznawcze (kaspaza 8) i przez autokatalityczną aktywację kaspaz wiedzie do apoptozy. Alternatywnie limfocyt T produkuje perforynę atakującą błonę komórkową komórki docelowej. Poprzez pory dochodzi do przekazania komórce docelowej proteazy serynowej, granzymu B, który aktywuje kaspazy (działa przy resztach asparaginowych) i doprowadza do apoptozy.

Apoptoza poprzez rodzinę receptorów TNF. TNF-α (cytokina, ważny mediator w zapaleniach) działa na komórki poprzez receptor. Receptor ulega asocjacji z białkiem przekaźnikowym (TRADD - mającym tzw. domenę śmierci) i FADD, co aktywuje kaspazy efektorowe. Receptor Fas (ta sama rodzina receptorów) obecny na powierzchni komórek układu immunologicznego wiąże się z Fas na powierzchni limfocytów T. Poprzez białko przekaźnikowe FADD aktywuje kaspazy efektorowe prowadząc do apoptozy. Tak eliminuje się niektóre limfocyty T (ważny mechanizm np. w tolerancji immunologicznej).

W sumie apoptoza jest odrębnym typem śmierci komórki ważnym w organogenezie, reakcjach immunologicznych, wzroście tkanki, mającym też znaczenie w patologii. Możemy mówić o przypadkach zahamowania apoptozy i wydłużeniu życia komórek. Może to być jedną z przyczyn powstawania nowotworów. Dzieje się tak zwłaszcza przy braku (lub mutacji) białka p53. Tak jest szczególnie w rakach hormono-zależnych (rak sutka, prostaty, jajników). Tak jest też w chorobach autoimmunologicznych, w których brak tolerancji powstaje w wyniku braku eliminacji limfocytów T. Mogą też być zaburzenia związane z nadmierną apoptozą i nadmierną śmiercią komórek. Tak dzieje się z limfocytami pomocniczymi T w AIDS. Procesy takie mają też miejsce w niektórych chorobach neurodegeneracyjnych.

ZMIANY SUBKOMÓRKOWE

Lizosomy

Lizosomy pierwotne wyposażone w kwaśne hydrolazy ulegają fuzji z wakuolami, przez co powstają lizosomy wtórne. Na takiej drodze dochodzi do trawienia materiału zewnętrznego (heterofagia) lub wewnętrznego (autofagia). Heterofagię już znamy. Tak trawione są w makrofagach ciałka apoptotyczne. Tak też fagocytowane są i zabijane bakterie w granulocytach obojętnochłonnych. Autofagocytoza jest pospolitym procesem w komórce „przygotowującej się” do podziału. Taka autofagocytoza fragmentów komórki występuje po uszkodzeniu komórek czy też w zaniku przy braku stymulacji hormonalnej lub w głodzie. Niedotrawione resztki mogą pozostawać jako ciałka resztkowe. Tak w komórce gromadzą się też lipofuscyny. Lizosomy mogą być miejscem spichrzania znacznej ilości niestrawialnego materiału w tzw. tezauryzmozach (chorobach ze spichrzania) przy braku enzymu rozkładającego. Będzie to omówione później. Niektóre leki mogą też wpływać na lizosomy. Np. amiodaron (lek stosowany w arytmiach) łączy się z fosfolipidami wewnątrz lizosomów uniemożliwiając ich strawienie.

Siateczka śródplazmatyczna

Najbardziej znany przykład to przerost gładkiej siateczki śródplazmatycznej w hepatocytach pod wpływem barbituranów. Wykorzystywane to bywało przy zatruciach alkoholem metylowym. Podanie barbituranów powodowało przerost gładkiej siateczki śródplazmatycznej, co poszerzało alternatywną drogę metabolizmu (eliminacji) alkoholu metylowego.

Mitochondria

Mitochondria - co już wiemy - ulegają uszkodzeniu wraz z komórką, a ich nieodwracalne uszkodzenie jest węzłowe zarówno w martwicy jak i w apoptozie. Liczba, wielkość i kształt mitochondriów może się zmieniać (np. zmniejszenie liczby mitochondriów w atrofii). W wątrobie u alkoholików mogą wystąpić olbrzymie mitochondria (megamitochondria osiągające rozmiary jądra hepatocyta). W licznych chorobach wątroby czy mięśni szkieletowych mitochondria mają różnorodny kształt, anomalie grzebieni mitochondrialnych i zawierają ciała parakrystaliczne. W niektórych nowotworach występują tzw. onkocyty. Mają one obfitą kwasochłonną cytoplazmę, gdyż zawierają obfitość mitochondriów.

Ryc. 1-11. Obraz ultrastrukturalny hepatocytów. Widoczne różnorodne kształty mitochondriów zawierających ciała parakrystaliczne. Ponadto w cytoplazmie drobne krople tłuszczu. Przypadek zapalenie przewlekłego.

Cytoszkielet

Filamenty aktynowe są jednym z elementów cytoszkieletu. Są one istotne np.w ruchu leukocytów, w fagocytozie. W przewodzie pokarmowym filamenty aktynowe współpracują z desmosomami. Bardzo silnie trzyma to razem komórki, które czasem (np. po alkoholu), złuszczając się całymi płatami nabłonka powierzchni nadal utrzymywane są razem, podczas gdy hemidesmosomy boczno-dolnych powierzchni komórek już uległy rozerwaniu. Falloidyna, toksyna muchomora sromotnikowego wiąże filamenty aktynowe doprowadzając do odkształceń hepatocytów (w mikroskopie elektronowym skaningowym przypomina to pęcherze oparzeniowe). Cytochalazyna B zapobiega polimeryzacji filamentów aktynowych.

Mikrotubule. Defekt w zakresie mikrotubul doprowadza do utraty ruchomości plemników i niepłodności. Podobnie nieruchome są rzęski drzewa oskrzelowego (zespół Kartagenera). Może się to wiązać z dekstrokardią lub w ogóle z situs inversus. Mikrotubule tworzą wrzecionko kariokinetyczne i leki wiążące mikrotubule są lekami antymitotycznymi (przeciwnowotworowymi).

Filamenty pośrednie. Tworzą one właściwy białkowy szkielet komórki. W razie uszkodzenia in vitro tworzą skupienia („zasieki”) wokół jądra pozostawiając peryferyjne obszary cytoplazmy. W nabłonku są to keratyny, w komórkach mezenchymalnych wimentyna, w komórkach mięśniowych desmina, w komórkach glejowych kwaśne białko włókienkowe gleju, w komórkach nerwowych neurofilamenty. W hepatocytach po alkoholu dochodzi do dezorganizacji siatki włókienek keratynowych z tworzeniem nieregularnych skupień („kupka siana”). Są to tzw. ciałka Malloriego widoczne w wątrobie od kilku godzin do kilku dni po nadużyciu alkoholu. Ciałka Malloriego rzadko mogą występować w wątrobie bez nadużycia alkoholu. Mutacje w zakresie genów sterujących produkcją białek cytoszkieletu mogą prowadzić do konkretnych chorób. Taką jest np. jedna z chorób pęcherzowych skóry (epidermolysis bullosa simplex) przy uszkodzeniach produkcji keratyn. Filamenty pośrednie pomagają w identyfikacji niektórych niskozróżnicowanych nowotworów.

2. PROCESY ADAPTACYJNE I ZWYRODNIENIOWE

PROCESY ADAPTACYJNE

Zanik

Przerost

Rozrost

Metaplazja

SPICHRZANIE WEWNĄTRZKOMÓRKOWE

Tłuszcze

Białka

Glikogen

Barwniki

PATOLOGICZNE WAPNIENIE

Wapnienie dystroficzne

Wapnienie przerzutowe

ZMIANY SZKLISTE

STARZENIE SIĘ KOMÓREK

Starość

Śmierć organizmu

Zegar biologiczny komórek

Zmiany metaboliczne

PROCESY ADAPTACYJNE

Przedłużona ekspozycja komórki na normalne lecz nasilone lub niekorzystne bodźce wywołuje procesy adaptacyjne komórek, tkanek i narządów. Po ustaniu nadmiernych czy niekorzystnych bodźców większość komórek zaadaptowanych do przewlekłej stymulacji wraca do normy. Niektóre formy adaptacji, zwłaszcza tych związanych z utratą komórek (np. utrata kości w osteoporozie), są jednak nieodwracalne.

Zanik (atrophia)

Zanik oznacza zmniejszenie objętości komórki, tkanki, narządu, czy całego ciała. Tak jak i inne procesy adaptacyjne, zanik można podzielić na fizjologiczny i patologiczny.

Zanik fizjologiczny występuje z wiekiem i dotyczy w zasadzie całego ciała. Np. codziennie ubywa nam pewna ilość komórek nerwowych mózgu. Po latach mamy wyraźniejszy zanik mózgu. Zanikły mózg ma węższe zakręty, a poszerzone rowki. Na przekroju komory mózgowe są poszerzone i zawierają więcej płynu mózgowo-rdzeniowego. Atroficzne kości ludzi starych są bardziej łamliwe, a atroficzne mięśnie są cienkie i słabe.

Zanik fizjologiczny nie jest ograniczony do bardzo zaawansowanego wieku. Grasica zanika już w wieku dziecięcym (involutio). Jajniki, macica czy gruczoły piersiowe zanikają w okresie menopauzy (po okresie przekwitania).

Zanik patologiczny zazwyczaj występuje w wyniku niewystarczającego odżywiania lub stymulacji. Niedokrwione organy są małe. Np. takie są nerki w miażdżycy dużych naczyń nerkowych. Odnerwione mięśnie (np. po uszkodzeniu rdzenia kręgowego) są zanikłe i wiotkie. Uogólnione wyniszczenie - cachexia - spowodowane rakiem lub niedożywieniem - charakteryzuje się między innymi zanikiem mięśni. Zanik powoduje ubytki czynnościowe proporcjonalne do stopnia zaniku. Poważniejsze konsekwencje związane są z trwałym ubytkiem komórek, np. ubytkiem komórek nerwowych mózgu u ludzi starych. Może się to wiązać z demencją starczą, która występuje u ponad połowy ludzi po 85 roku życia.

Komórki ulegające zanikowi są mniejsze, bardziej nastawione na katabolizm niż anabolizm. Dzieje się tak prawdopodobnie dzięki zwiększeniu aktywności pozalizosomalnych dróg katabolizmu, a to przede wszystkim aktywności proteasomów. Wiele białek cytoplazmatycznych jest opornych na trawienie i najpierw dochodzi do połączenia z ubikwityną. To połączenie w kompleksie proteasomu umożliwia trawienie (głównie przez proteazy serynowe). Redukcja nadmiaru organelli komórkowych może też zachodzić na drodze autofagocytozy. W komórkach wątroby czy mięśnia sercowego katabolizm doprowadza do niepełnego spalenia tłuszczów (fosfolipidów błon), co jest przyczyną akumulacji brunatnego barwnika w komórkach (lipofuscyny). Powoduje to brunatnawe zabarwienie narządu i jest usprawiedliwieniem nazwy - zanik brunatny (atrophia fusca).

Zanik nie musi się wiązać ze zmniejszeniem narządu. Osteoporotyczna kość ma te same wymiary, choć mikroskopowo widzimy mniej beleczek kostnych, bo znaczna część uległa zanikowi. Zmianą zanikową jest rozedma płuc. Zanikają elementy sprężyste zrębu płuca a potem nawet część przegród pęcherzykowych, zmniejsza się powierzchnia oddechowa płuca. Płuca rozedmowe są jednak większe, rozciągnięte i po otwarciu klatki piersiowej wystają na zewnątrz. W wodonerczu nerka jest zanikła, ale ogólny wymiar nie zmienia się albo nawet jest większy (powstaje worek wypełniony płynem w poszerzonej miedniczce nerkowej i torebce nerki).

Ryc. 2-1. Niewielkiego stopnia neurogenny zanik mięśnia widoczny na przekroju poprzecznym. Część włókien mięśniowych jest znacznie cieńsza, przy czym włókna mięśniowe mają trójkątny lub trapezoidalny kształt. Nr 105 buraki 0006

•Zanik z braku czynności (atrophia e inactivitate). Tradycyjnie podawany jest tu przykład "profilu papugi" u bezzębnej staruszki. Przy braku zębów zanikają wyrostki zębodołowe szczęk, co jest powodem wspomnianego profilu. Przykład ten jest obecnie rzadziej używany i może nas narazić starszym paniom, które dziś o wiele bardziej dbają o stan uzębienia. Kończyna unieruchomiona długo w opatrunku gipsowym staje się cieńsza wskutek zaniku. W czasie rehabilitacji stan kończyny wraca jednak do normy.

•Zanik z ucisku (atrophia e compressione). Odcisk okularów na nosie lub odcisk noszonej obrączki to pospolite przykłady tego zaniku. Z zajęć z anatomii pamiętamy odciski palczaste na wewnętrznej powierzchni sklepienia czaszki od ziarnistości Pacciona. Niemodne obecnie sznurowane gorsety odsunęły do historii tzw. wątrobę sznurówkową. Poszerzone tętnice międzyżebrowe (w przypadku zwężenia łuku aorty) prowadzą do zaniku żeber widocznego w obrazie rtg. W krańcowych przypadkach tętniak części wstępującej aorty może doprowadzić do zaniku mostka lub żeber i widać tętnienie tętniaka tuż pod skórą.

•Zanik z niedożywienia (atrophia e inanitione). Nie tylko ogólne niedożywienie wiedzie do wyniszczenia, w którym zanika tkanka tłuszczowa, mięśnie i częściowo redukcji ulega tkanka kostna. Również lokalne zmiany np. zmiany miażdżycowe naczynia wieńcowego doprowadzić mogą do zaniku kardiomiocytów zastępowanych bliznowatą tkanką łączną.

•Zanik z denerwacji (atrophia neurotrophica). Klasycznym przykładem jest poliomyelitis. W tej wirusowej chorobie obumierają komórki ruchowe rdzenia kręgowego, co doprowadza do niedowładu mięśni. Mięśnie te nie tylko nie pracują, ale też pozbawione są normalnej stymulacji nerwowej, zmian w ukrwieniu, itp. W konsekwencji mamy zanik mięśnia. Zaniki mięśni z powodu uszkodzenia nerwów to cała grupa chorób.

•Zanik hormonalny (atrophia hormonalis). Przy braku stymulacji hormonalnej może dochodzić do zaniku. Tak np. przy braku ACTH dochodzi do zaniku kory nadnerczy. U kobiet w okresie menopauzy (obniżony poziom estrogenów) dochodzi do zmian zanikowych endometrium, nabłonka pochwy, sutka.

Ryc. 2-2. Zanik błony śluzowej trzonu macicy. Zanikowa błona śluzowa trzonu macicy u starszej kobiety jest cieńsza, zawiera mniej gruczołów, a część gruczołów jest poszerzona i wysłana niskim nabłonkiem kubicznym. Nr 102 buraki 0002.

•Zanik starczy (atrophia senilis). Cały organizm starszej osoby ulega pewnej atrofii. Najbardziej jednak widoczne są ubytki komórek, które się nie odnawiają np. w mózgu i w sercu. Niemożność odnawiania komórek nerwowych nie jest tak całkowita jak dawniej myślano.

Przerost (hypertrophia)

Przerost jest powiększeniem objętości tkanki lub narządu spowodowanym wzrostem objętości pojedynczych komórek. W przeciwieństwie do tego rozrost (hyperplasia) jest powiększeniem objętości tkanki lub narządu z powodu pomnożenia liczby komórek. Przerost może być fizjologiczny (przerost mięśni u pracowników fizycznych i sportowców) i patologiczny (przerost serca w kardiomiopatiach). Przerost i rozrost często współistnieją ze sobą z wyjątkiem mięśnia sercowego i mięśni szkieletowych, których komórki nie dzielą się.

Przerost serca jest często spotykany i wynika z większego obciążenia pracą mięśnia sercowego. Przerost lewej komory serca jest typowym powikłaniem nadciśnienia tętniczego. Zwiększone ciśnienie tętnicze (zwiększone opory) wymaga więcej siły na pokonanie oporów, co prowadzi do przerostu włókien mięśniowych. Do podobnego przerostu może doprowadzić zwężenie ujścia aorty. Przerosłe włókna mięśnia sercowego mają do pewnych granic więcej włókienek kurczliwych, co pozwala im na bardziej efektywny skurcz. Początkowo przerost jest więc korzystny, zwiększa efektywność pracy serca. Postępujący patologiczny przerost nie jest już tak korzystny. Nie przyrasta już liczba włókienek kurczliwych w kardiomiocycie, a za to aktywowane są dalsze geny (płodowe, protoonkogeny, etc), które kierują syntezą białek. Te nowe białka wypełniają cytosol, ale nie pomagają, a wręcz przeszkadzają w skurczu. Ultrastrukturalnie widać całe połacie cytoplazmy ogołocone z włókienek kurczliwych. Jądra komórkowe wykazują nieregularności w rozkładzie chromatyny. Po bokach jądra widać ziarna lipofuscyny. Mitochondria skupiają się w grupy. Taki obraz stwierdza się np. w kardiomiopatii rozstrzeniowej. Serce jest bardzo duże („serce wole”), ale rozwija się niewydolność krążenia. Dla przerostu serca sygnały dzielą się na mechaniczne (wysiłek) i troficzne (czynniki wzrostu i czynniki wazoaktywne). Patologiczny przerost serca wiedzie z czasem do zmian degeneracyjnych włókien mięśniowych i ich zaniku. Przypuszcza się, że czynnikiem limitującym dalszy fizjologiczny, a nie patologiczny przerost serca jest zaopatrzenie naczyniowe.

Ryc. 2-3 a, b. Przerost mięśnia serca i poszerzenie jam serca. a. Obraz makroskopowy, tzw. „serce wole” (cor bovinum), w przypadku kardiomiopatii zastoinowej (patrz także rodział o chorobach serca) - mięsień sercowy przerosły, zgrubiały, komora lewa poszerzona. Makro 601. b. Obraz mikroskopowy. Zgrubiałe włókna mięśniowe z dużymi, „prostokątnymi”, ciemnymi jądrami. Nr116. oo22 buraki

Ryc. 2-4. Schemat stymulatorów przerostu.

Przerost mięśni szkieletowych jest związany z wysiłkiem i występuje często u kulturystów (zażywanie anabolików przez kulturystów świadczy o tym, że osobnik ma duże mięśnie, ale nieco mniejszy mózg, a przy okazji anaboliki uszkadzają jądra).

Przerost i rozrost równocześnie występuje w różnych sytuacjach. Np. przy przeroście prostaty dochodzi zarówno do przerostu jak i rozrostu włókien mięśniowych gładkich ściany pęcherza. Daje to w sumie pogrubienie ściany pęcherza. Fizjologicznemu przerostowi włókien mięśni gładkich macicy w czasie ciąży także towarzyszy rozrost. Usunięcie jednej nerki prowadzi do powiększenia drugiej nerki zawierającej większą liczbę większych niż normalnie komórek kanalikowych.

Rozrost (hyperplasia)

Jest to, jak wspomniano powyżej, zwiększenie liczby komórek narządu (tkanki). Typowy rozrost fizjologiczny występuje pod wpływem stymulacji hormonalnej. Np. rozrostowi ulega błona śluzowa trzonu macicy pod wpływem stymulacji estrogenami. W badaniu histologicznym widać większą liczbę komórek gruczołowych i większą liczbę komórek podścieliska. Takim fizjologicznym rozrostem jest też rozrost nabłonka gruczołowego sutka w okresie pokwitania i w ciąży, a także rozrost ciężarnej macicy. Fizjologiczny jest też rozrost kompensacyjny, np. rozrost regenerującej wątroby po częściowej hepatektomii. Po częściowym usunięciu wątroby zachodzi cały cykl dość dokładnie poznanych zdarzeń. Normalnie tylko niewielka pula (0.5-1%) hepatocytów podlega podziałom. Po częściowym usunięciu wątroby już po 12 godzinach zaczyna się fala replikacji, która osiąga szczyt w ciągu 1-2 dni (do 10% komórek replikujących), aby po 1-2 tygodniach wątroba była zregenerowana, a nasilenie replikacji wróciło do normy. Jest to nieco dłużej niż w micie o Prometeuszu, który regenerował wątrobę przez noc po wyszarpywaniu przez sępy. Niemniej jest to bardzo sprawny mechanizm. Zregenerowane hepatocyty są dobrze zróżnicowane i zachowują swoją czynność. Sygnałem początkowym tak masowej regeneracji są prawdopodobnie produkty degradacji macierzy pozakomórkowej uczynniające czynniki wzrostu (czynnik wzrostu hepatocytów, naskórkowy czynnik wzrostu i transformujący czynnik wzrostu alfa (TGF-α) oraz cytokiny - IL-6, TNF-α). Poza pulą regenerujących hepatocytów pozostają komórki macierzy (komórki pnia) mogące różnicować się zarówno w kierunku hepatocytów jak i cholangiocytów, a które proliferują po niektórych uszkodzeniach wątroby np. w zapaleniach. Sygnałem kończącym rozrost po częściowej hepatektomii jest prawdopodobnie inna cytokina - TGF-β.

Ryc. 2-5. Rozrost błony śluzowej trzonu macicy. Rozrost błony śluzowej trzonu macicy dotyczy zarówno gruczołów (poszerzone gruczoły wysłane są wysokim, cylindrycznym nabłonkiem gruczołowym o silnie zasadochłonnych jądrach), ale i podścieliska (podścielisko bogatokomórkowe, „ciemne” od licznych jąder komórkowych). Im bardziej przeważa rozrost gruczołów nad rozrostem podścieliska tym bardziej rośnie zagrożenie rakiem trzonu macicy. Nr 130 buraki 0042.

Rozrost patologiczny wynika najczęściej z nadmiernej lub przedłużonej stymulacji hormonalnej lub przez czynniki wzrostu. Znowu posłużymy się przykładem endometrium. Normalnie, po okresie proliferacji następuje faza wydzielnicza i złuszczanie. Jeśli mamy nadmiar estrogenów lub niedobór progesteronu (a tak jest w okresie przedmenopauzalnym) to faza proliferacyjna jest nasilona lub przedłużona, a działanie estrogenów nie jest zbalansowane progesteronem. Dochodzi do nadmiernego rozrostu błony śluzowej trzonu macicy, co może być przyczyną patologicznych krwawień (metrorrhagia), a w krańcowych przypadkach może przejść w rozrost nowotworowy (w raka gruczołowego trzonu macicy).

Częsta jest hiperplazja w gruczołach dokrewnych. Pospolite są np. guzki hiperplastyczne w wolu guzowatym. Nic jednak nie przebije częstości występowania rozrostu prostaty. W łagodnym rozroście gruczołu krokowego (częsta przyczyna powiększenia prostaty u starszych mężczyzn spowodowana również stymulacją hormonalną) rozrost komórek nabłonkowych i podścieliskowych wiedzie do powstania guzków hiperplastycznych prostaty. Zmiana jest bardzo częsta, ale nie jest to nowotwór. Musimy zmianę tę odróżnić od częstego raka prostaty u starszych mężczyzn.

Rozrost może też być wynikiem przewlekłego uszkodzenia. Niektóre przykłady są oczywiste. Np. zbyt ciasne buty mogą powodować podrażnienie skóry. Komórki naskórka mogą wtedy rozrastać się tworząc modzel lub, w innych przypadkach, nagniotek. Hiperplazja naskórka widoczna jest w niektórych zakażeniach wirusowych (np. brodawki pospolite). Inne przypadki rozrostów są trudniej wytłumaczalne i mogą stanowić początek rozrostu nowotworowego. Takie mogą być polipy hiperplastyczne jelita grubego.

Nie możemy wreszcie zapomnieć o hiperplazji tkanki łącznej, która jest bardzo pospolita w zapaleniach z bliznowaceniem czy w gojeniu ran.

Metaplazja (metaplasia)

Metaplazja jest formą adaptacji, w której jeden typ dojrzałych komórek zostaje zastąpiony innym. Np. u palaczy cylindryczny nabłonek drzewa oskrzelowego zostaje ogniskowo zastąpiony nabłonkiem wielowarstwowym płaskim. Najczęstsza jest metaplazja w obrębie nabłonka, może jednak wystąpić i w innych tkankach. Np. fibroblastyczne podścielisko może ulec metaplazji kostnej. Czasem dotyczy to też mięśni szkieletowych (myositis ossificans).

Ryc. 2-6 a, b. Metaplazja płaskonabłonkowa. a. Prawidłowy nabłonek wieloszeregowy oskrzela („nabłonek oddechowy”), dobrze widoczne rzęski. b. Metaplastyczne komórki nabłonka wielowarstwowego płaskiego „podminowują” nabłonek gruczołowy. Widać dobrze, że jest to spaczone różnicowanie komórek zapasowych w nieprawidłowym kierunku, a nabłonek metaplastyczny wypiera nabłonek prawidłowy. Nr 121 i 122 buraki 0032 i 33.

Metaplazja powstaje często jako wyraz przewlekłego drażnienia. Metaplazja jest próbą adaptacji. Metaplastyczne komórki przeżywają lepiej zaistniałe warunki, ale część funkcji zostaje utracona (brak produkcji śluzu, ruchu rzęsek, etc). Np. nabłonek wielowarstwowy płaski w oskrzelu nie spełni wszystkich funkcji prawidłowego nabłonka dróg oddechowych. Metaplazja jest z reguły zmianą odwracalną. Jeśli palacz papierosów rzuci palenie, nabłonek wielowarstwowy płaski w drzewie oskrzelowym znów zostanie zastąpiony prawidłowym nabłonkiem oskrzelowym. Jeśli jednak utrzymuje się czynnik, który wywołał metaplazję płaskonabłonkową oskrzeli, to może dojść do dysplazji. Dysplazja charakteryzuje się już nieregularnościami jądra i cytoplazmy i zaburzeniem ułożenia komórek. Jest to nadal jeszcze zmiana odwracalna, jednak w części przypadków przechodzi w raka. Metaplazja jest dla nas sygnałem ostrzegawczym większego zagrożenia rakiem.

Bardzo pospolicie metaplazja występuje w przewodzie pokarmowym, zwłaszcza w żołądku. Nabłonek żołądkowy upodabnia się do nabłonka jelitowego. Związane to jest z przewlekłym zapaleniem zanikowym błony śluzowej żołądka i narasta z wiekiem. Pacjenci tacy mają większą szansę na raka żołądka, zwłaszcza, jeśli wystąpi tzw. metaplazja jelitowa niedokonana z obecnością sjalomucyn w komórkach metaplastycznych.

Kamica usposabia do metaplazji przewodów wyprowadzających (przewody żółciowe, przewód trzustkowy, przewody wyprowadzające ślinianek). Do metaplazji płaskonałonkowej nabłonka gruczołowego usposabia niedobór witaminy A.

Metaplazja jest zaburzeniem różnicowania. Komórki macierzy nie różnicują się prawidłowo, a w sposób spaczony. Tak właśnie w oskrzelu komórki zapasowe różnicują się w kierunku nabłonka wielowarstwowego płaskiego zamiast, jak normalnie, w kierunku nabłonka oddechowego. Te zaburzenia różnicowania będą dokładniej omówione w rozdziale o nowotworach.

SPICHRZANIE WEWNĄTRZKOMÓRKOWE

Spichrzanie wewnątrzkomórkowe jest rezultatem przeładowania metabolitami, materiałem egzogennym albo jest wynikiem zaburzeń metabolizmu uniemożliwiających wydzielenie pośrednich lub końcowych produktów przemiany materii. W większości przypadków mechanizm jest złożony i polega zarówno na przeładowaniu, jak i obniżonej sekrecji czy utylizacji produktu. Rozważmy typowe sytuacje:

•Prawidłowe substancje endogenne są produkowane w prawidłowej ilości lub w nadmiarze, ale stopień metabolizmu tych substancji nie wystarcza do ich usunięcia. Takim jest np. stłuszczenie (steatosis) wątroby obładowanej trójglicerydami. Takim jest też akumulowanie białka w dużej ilości reabsorbowanego (atrocytosis) z pramoczu przez komórki kanalików nerkowych w przypadkach białkomoczu.

•Prawidłowe lub nieprawidłowe substancje gromadzą się w cytoplazmie z powodu genetycznego lub nabytego bloku metabolicznego, zaburzeń transportu, opakowywania czy wydzielania. Należy tu cała grupa chorób ze spichrzania (thesaurysmoses) omówionych w dalszych rozdziałach. W niedoborze alpha-1-antytrypsyny mamy do czynienia z defektem opakowania (łączenia z resztami kwasów sjalowych) białka produkowanego w wątrobie. Białko to zalega w poszerzonych kanałach siateczki śródplazmatycznej, a w mikroskopie świetlnym widoczne to jest jako kule PAS-dodatnie w cytoplaźmie hepatocytów.

•Gromadzony jest materiał egzonenny. Pylica węglowa (anthracosis) czy krzemowa (silicosis) są najlepszymi przykładami akumulacji materiału egzogennego. Pylica węglowa dotyczy głównie górników węglowych. Mieszkańcy miast również (choć w znacznie mniejszym stopniu) akumulują pyły, w tym pył węglowy. Pylica krzemowa czy też azbestowa (asbestosis) są dużo groźniejsze. Będą omówione w dalszych rozdziałach.

Ryc. 2-7. Popłuczyny oskrzelowo-pęcherzykowe (broncho-alveolar lavage - BAL) od pacjenta z wieloletnim narażeniem na pyły żelaza (pracował bez maski ochronnej). W płucach obraz olbrzymiokomórkowego przewlekłego zapalenia płuc z włóknieniem. Cytologicznie (preparat uzyskany z cytowirówki) widoczne makrofagi płucne z tworzeniem komórek olbrzymich, zawierające złogi hemosyderyny. Nr 18 ENDOKRYNOLOGIA 0029

Tłuszcze

Omówimy gromadzenie triacylogliceroli (stłuszczenie) i cholesterolu. Fosfolipidy wspomniano poprzednio przy omawianiu uszkodzenia błon komórkowych. Tezauryzmozy będą omówione później.

Stłuszczenie (steatosis) wspomniano już poprzednio. Tłuszcz gromadzi się w cytoplaźmie stłuszczałych komórek w formie triacylogliceroli. Stłuszczenie dotyczy bardziej narządów o bogatym metabolizmie tłuszczów, w tym wątroby. Najczęstszą przyczyną stłuszczenia wątroby jest nadużycie alkoholu. Inne częste przyczyny to niedotlenienie (np. w niewydolności krążenia), cukrzyca, otyłość, toksyny. Uszkadzające wątrobę zapałki z fosforem z początku tego wieku odeszły w cień historii.

W normalnych warunkach wolne kwasy tłuszczowe napływają do wątroby z pokarmem. Tu są one estryfikowane do triacylogliceroli, przerabiane do fosfolipidów, cholesterolu czy metabolizowane z wytworzeniem ciał ketonowych. Do tłuszczów przerabiane być mogą fragmenty dwuwęglowe. Wydalenie triacylogliceroli z wątroby wymaga związania z apolipoproteinami i dopiero lipoproteiny dostają się do krwi. Każdy z wymienionych etapów może ulegać zaburzeniu i być przyczyną stłuszczenia wątroby. Samo stłuszczenie jest zmianą odwracalną.

Morfologicznie stłuszczenie widoczne jest jako krople tłuszczu w cytoplazmie. W normalnym preparacie histologicznym tłuszcz jest wypłukany (ksylen, alkohol) z pozostawieniem wakuoli. Dla uwidocznienia tłuszczu winniśmy dysponować tkaną świeżą lub utrwaloną w formalinie ( a nie w alkoholu). W preparacie mrożakowym tłuszcz barwimy najprościej Sudanem III. Nie jest to barwienie chemiczne. Sudan rozpuszcza się w tłuszczach lepiej niż w słabym roztworze alkoholu i z roztworu przechodzi do tłuszczu.

Wątroba masywnie stłuszczała (steatosis hepatis completa), np. w zatruciu fosforem, jest powiększona i cięższa (3-6 kg). Dla niewydolności krążenia i przewlekłego przekrwienia wątroby charakterystyczna jest dwubarwna wątroba, tzw. wątroba muszkatołowa, w której centrum zrazika jest przekrwione, a obwód zawiera stłuszczone hepatocyty. Nieregularne pola stłuszczeń wymieszane z wybroczynami krwawymi i ogniskami martwic stwierdza się w wątrobie w tzw. rzucawce ciężarnych. Dla podostrego alkoholowego zapalenia wątroby charakterystyczne jest zlewanie się stłuszczenia w większe kule tłuszczowe. Alkohol stymuluje akumulację tłuszczu w hepatocytach poprzez szereg mechanizmów. Tłuszcz częściowo pochodzi z wolnych kwasów tłuszczowych mobilizowanych w zwiększonym tempie z magazynów „obwodowych”. Alkohol jest substratem wysokokalorycznym i służy do produkcji tłuszczu w komórkach wątrobowych (neolipogenesis). Alkohol ponadto hamuje enzymy lipolityczne, dezorganizuje transport tłuszczu w hepatocytach i hamuje syntezę białek i wydzielanie tłuszczu z hepatocytów w formie lipoprotein.

W sercu stłuszczenie może być równo rozlane w kardiomiocytach (np. w błonicy, na skutek działania egzotoksyny błoniczej albo w znacznym niedotlenieniu). W niedotlenieniu może też wystąpić tzw. serce tygrysie (cor tigrinum), w którym (zwłaszcza pod wsierdziem) występują pasma stłuszczeń (miejsca bardziej odległe od naczyń) z ciemniejszymi pasmami bez stłuszczenia.

Cholesterol i jego estry też często ulegają akumulacji wewnątrz komórek. Najczęściej stan taki widzimy w miażdżycy tętnic. W warstwach podśródbłonkowych gromadzą się makrofagi obładowane tłuszczem tworząc żółte pasma widoczne już u dzieci. Potem w trakcie tworzenia płytki miażdżycowej napływają komórki mięśni gładkich z medii, które zmieniają swe właściwości i m.in. mogą też chłonąć tłuszcze. Z obu rodzajów komórek tłuszcz po ich rozpadzie uwalnia się do przestrzeni pozakomórkowej. Estry cholestrolu mogą tworzyć duże kryształy. Innym przykładem są guzki żółtakowe (xanthoma) skóry w hiperlipidemiach, plamy żółtakowe (xanthelasma) skóry i błon śluzowych czy też tzw. cholesterolosis w pęcherzyku żółciowym. We wszystkich tych zmianach cholesterol gromadzony jest w makrofagach, które często przyjmują formę komórek piankowatych. Takie piankowate komórki (makrofagi obładowane tłuszczem) widoczne są też często w zapaleniach przewlekłych z resorpcja. Taka np. jest ziarnina wokół pękniętej torbielki naskórkowej. Bogate w komórki piankowate jest zapalenie płuc (pneumonia lipidica) w niedodmowym płucu, peryferycznie w stosunku do raka oskrzela.

Białka

Już poprzednio wspomniano o tzw. zjawisku atrocytozy polegającym na reabsopcji dużych ilości białek przez komórki kanalików nerkowych w białkomoczu. Białka te dają charakterystyczny obraz ziarnistej cytoplazmy komórek kanalikowych pochodzący od licznych kwasochłonnych ziaren pinocytarnych. Wspomniano też o tzw. ciałkach Malloriego w wątrobie alkoholików (agregaty keratynowe). W przysadce (po podawaniu steroidów) w komórkach zasadochłonnych produkowane ACTH nie jest wydzielane poza komórkę, gdyż dochodzi do dezorganizacji cytoszkieletu i filamenty pośrednie gromadzą się w formie tzw. ziarnistości Crooke'a. W plazmocytach nie wydzielone immunoglobuliny mogą tworzyć kulę szklistą (komórka Cornila, po rozpadzie plazmocyta pozostaje ciałko Russela).

Ryc. 2-8. Ciałka Malloriego w cytoplaźmie hepatocytów u alkoholika widoczne są jako ciemniejsze, kwasochłonne, nieforemne bryły. Nr 180 P19 0005

Osobnego omówienia wymagają zaburzenia zwijania się (faldowania) białek. Fragmenty łańcuchów polipeptydowych syntetyzowanych białek występują w formie struktury drugorzędowej α-helisy lub struktury β-harmonijki. Dalsze fałdowanie arkuszy łańcucha peptydowego jest bardzo istotne dla jego czynności, transportu, itp. W prawidłowym zwijaniu się białka pomagają chaperony. Część chaperonów syntetyzowanych jest konstytutywnie, a część jest indukowalna. Takie są np. białka stresowe (heat shock proteins), niejako białka „ratownicze” (ratują przed nieprawidłowym zwijaniem). Nieudane zwijanie kończy się zazwyczaj hasłem do katabolizmu - też z pomocą chaperonów. Katabolizm zachodzi w układzie ubikwitynowym proteasomów.

Zaburzenia transportu i wydzielania białek. Już uprzednio wspomniano o zaburzeniach w zakresie produkcji alpha-1-antytrypsyny (inhibitora proteaz) w wątrobie. Mutacja powoduje niemożność pełnego zwijania się białka i jego uwięźnięcie w kanałach siateczki śródplazmatycznej hepatocyta. Brak antytrypsyny powoduje nadmierne niszczenie włókien elastycznych przez proteazy w płucach i rozedmę płuc.

Ryc. 2-9. Obraz ultrastrukturalny hepatocytów w niedoborze alpha-1-antytrypsyny. W siateczce śródplazmatycznej zgromadzony jest „szary”, słabo elektronowo-gęsty materiał białkowy - alpha-1-antytrysyna - nie wydzielona poza hepatocyty. Nr 218 ME

W mukowiscydozie, częstej chorobie genetycznej kanał chlorkowy nie działa, gdyż odpowiednie białko sprzęgnięte z chaperonem nie jest zwinięte prawidłowo na czas. W rezultacie kanał chlorkowy nie działa, pot jest słony, a śluz np. oskrzeli czy sok trzustkowy nadmiernie gęste.

Toksyczność agregatów nieprawidłowo zwiniętych białek. Agregacja nieprawidłowo zwiniętych białek zachodzi w szeregu chorób neurodegeneracyjnycyh (choroba Alzheimera, choroba Parkinsona, pląsawica Huntingtona, niektóre formy amyloidozy). Agregaty wewnątrz- i zewnątrzkomórkowe mogą wywoływać procesy patologiczne. Są to tzw. proteinopatie lub choroby agregacji białek omówione w dalszych rozdziałach.

Glikogen

Glikogen w prawidłowych tkankach występuje w większej ilości w wątrobie i mięśniach, a także w nabłonku wielowarstwowym płaskim. Szczególnie dużo glikogenu znajduje się w komórkach doczesnej. Można go wykazać za pomocą reakcji PAS (z kontrolnym trawieniem diastazą) i karminem Besta.

Więcej glikogenu i jego nieprawidłowe rozmieszczenie można stwierdzić najczęściej w cukrzycy.

Ryc. 2-10. Zwyrodnienie glikogenowe jąder ultrastrukturalnie i histologicznie (wstawka). Widoczny hepatocyt dwujądrzasty z jednym prawidłowym jądrem, a w drugim widoczne drobnoziarniste złogi glikogenu. Wstawka pokazuje obraz histologiczny zwyrodnienia glikogenowego jąder, widoczny jako „puste” jądra hepatocytów. ME nr 215, a inset nr 76 P1-4inne 0101

W wątrobie pospolite jest tzw. glikogenowe zwyrodnienie jąder - występowanie glikogenu w jądrach hepatocytów. W przypadkach glikozurii resorpcja zwrotna glukozy i przerobienie jej na glikogen powoduje występowanie jasnej cytoplazmy komórek kanalików nerek (dystalne części kanalików proksymalnych i pętle Henlego - tzw. komórki Armaniego i Ebsteina).

Spichrzanie glikogenu w genetycznie uwarunkowanych glikogenozach zostanie omówione wraz w innymi tezauryzmozami.

Barwniki

Barwniki egzogenne najbardziej pospolite to kurz i pył węglowy. Pyły wywołują pylice (pneumoconioses). W naszych warunkach najważniejsza jest pylica krzemowa. Azbest powoli jest eliminowany. Inne pylice nieorganiczne są u nas rzadsze (np. w Chinach nadal występuje pylica kaolinowa). Natomiast zauroczeni pięknymi widokami wsi nie widzimy, że jest tam ciężka praca w pyle przy sianie, zbożu, mące w młynie, itd. Pyły organiczne wywołują nieco odmienne spektrum zmian w płucach (omówione w dalszych rozdziałach).

Nadal możemy widzieć barwniki egzogenne na rękach ślusarza (cząstki metalu w skórze). Występują okresy mody na tatuaż polegający na wprowadzaniu (kłucie igłą) tuszów do skóry. Natomiast Japonki już nie stosują kremów do skóry zawierających sole srebra i wywołujących srebrzycę (argyrosis - impregnowanie włókien srebrochłonnych wywołujące zmianę barwy skóry).

Barwniki endogenne. Wspomnimy tu tylko część zmian barwnikowych. Omówimy lipofuscyny, melaniny i hemosyderynę, napomkniemy o bilirubinie.

•Lipofuscyny powstają w procesie utleniania fosfolipidów. Prawdopodobnie największy udział mają tu wolne rodniki. Lipofuscyny to tzw. barwnik ze zużycia. Występuje w zaniku starczym (zanik brunatny). Czasem jednak i ludzie młodzi mogą mieć większe złogi lipofuscyny. Tak jest u nałogowych alkoholików czy w wyniszczeniu nowotworowym. Najbardziej widoczne ziarna lipofuscyny stwierdza się w wątrobie i w mięśniu sercowym.

•Melanina, barwnik przede wszystkim skóry, powstaje w łańcuchu przemian rozpoczynającym się od tyrozyny i fenyloalaniny. Nazwa pochodzi od greckiego melas - czarny. (Czarny jednak może być też barwik w chrząstkach w rzadkiej chorobie ochronosis rozwijającej się w alkaptonurii - polegającej na niemożności metabolizowania kwasu homogentyzynowego).

Lokalna niezdolność do produkowania melaniny w skórze wiedzie od odbarwień (vitiligo). Choroby skóry też mogą prowadzić do odbarwień skóry (leukoderma). Tak może być też np. w bliźnie skórnej nie „opalającej się”, tak może być w kile (leukoderma syphiliticum). Brak możliwości produkowania barwnika w ogóle prowadzi do bielactwa (albinismus).

Nadmiar melaniny w skórze to piegi (ephelides), przebarwienia skóry u ciężarnych (chloasmata) czy wreszcie „pieprzyki” - znamiona barwnikowe (naevi pigmentosi) - skupienia melanocytów. Każdy z nas ma ok. 10 000 znamion, ale widzimy tylko większe z nich, reszta to mikroskopowe skupienia komórek znamieniowych (melanocytów). Ze względu na zagrożenienie czerniakiem (melanoma) - bardzo złośliwym nowotworem, omówimy to w dalszych rozdziałach książki.

•Hemosyderoza jest to gromadzenie krwiopochodnego brązowego barwnika nazywanego hemosyderyną. Zazwyczaj pochodzi on ze zhemolizowanej krwi. Krwinki czerwone zawierają nośnik tlenu - hemoglobinę złożoną z hemu i globiny. W skład hemu wchodzi żelazo. Po rozpadzie krwinek czerwonych i hemu uwolnione żelazo wiąże się z apoferrytyną i tworzy ferrytynę, a agregaty ferrytyny to hemosyderyna. Żelazo hemosyderyny może być uwidocznione w tkance w rekcji tzw. błękitu pruskiego. W normalnych warunkach niewielkie ilości hemosyderyny możemy uwidocznić w makrofagach szpiku i śledziony. Zwiększenie ilości hemosyderyny może być lokalne albo uogólnione. Lokalnie tworzenie i zanikanie hemosyderyny możemy zaobserwować na przykładzie pospolitego siniaka. Siniak jest spowodowanym wynaczynieniem krwi. Z rozpadłych krwinek tworzy się hemosyderyna. Siniak od barwy sinej zmienia się w niebieskawą, zielonawą, żółtawą i wreszcie znika. Wylew krwawy uległ resorpcji. Większość hemosyderyny również jest uprzątana. Mikroskopowo ziarna hemosyderyny, w niewielkiej ilości, w makrofagach, zobaczymy jednak jeszcze po miesiącach, a nieraz latach. Hemosyderoza uogólniona powstaje przy (a) nadmiernym poborze żelaza (lekarz

może też się do tego przyczynić uparcie lecząc pacjenta nadmiarem preparatów żelaza, albo poprzez zbyt częste transfuzje krwi), (b) zaburzeniach zużycia żelaza, (c) w wyniku hemolizy krwi. Wrodzone większe pobieranie żelaza z przewodu pokarmowego ma miejsce w hemochromatozie (haemochromatosis), rzadkiej chorobie częściej występującej u mężczyzn (krwawienie miesięczne u kobiet do pewnego stopnia „zabezpiecza” je przed hemochromatozą). Początkowo większa ilość żelaza wychwytywana jest w całości przez makrofagi (szpik, śledziona, wątroba, węzły chłonne). Potem jednak hemosyderyna znajduje się także w komórkach miąższowych i luźno w tkance łącznej (skóra, trzustka, nerki, wątroba, serce, gruczoły dokrewne). W zaawansowanych przypadkach stymulowanie włóknienia przez nadmiar żelaza prowadzi do marskości wątroby (cirrhosis hepatis pigmentosa), zwłóknienia trzustki i przebarwień skóry (tzw. ”cukrzyca brązowa”) oraz do niewydolności serca.

Ryc. 2-11 a, b. Hemosyderoza wątroby - obraz histologiczny w barwieniu hematoksyliną i eozyną (a.) i błękitem Perlsa na żelazo (b.). Nr 181 (a) i 182 (b) P19 0009 i 0010.

•Bilirubina powstająca w wątrobie, jeśli występuje w nadmiarze w komórkach czy tkankach prowadzi do żółtaczki (icterus). Nadmiar żółci uszkadza komórki (szczególnie wątroby, nerek, mózgu). Różne formy żółtaczek zostaną omówione w rozdziale o wątrobie.

PATOLOGICZNE WAPNIENIE

Wytrącanie się soli wapnia w tkance jest czymś częstym. Możemy mieć do czynienia z lokalnymi zwapnieniami tkanek zmienionych, obumierających lub już martwych. Jest to wapnienie dystroficzne, które nie zależy od poziomu wapnia we krwi ani od zaburzeń regulacji przemiany wapnia. Natomiast hiperkalcemia związana jest z tzw. wapnieniem przerzutowym.

Wapnienie dystroficzne

Wapnienie dystroficzne jest szczególnie częste w martwiczo zmienionych tkankach, np. wapnienie mas serowatych w gruźlicy. Pospolite jest zwapnienie ścian tętnic w miażdżycy. W starszym wieku i wyniku zapaleń wapnieć mogą zastawki serca. Drobne kuliste zwapnienia występują w niektórych nowotworach (tarczyca, jajniki) jako ciałka piaszczakowate (psammoma bodies).

Ryc. 2-12. Zwapnienie ściany tętnicy. Twarde, ciemno-niebieskie masy wapnia wykruszają się ze ściany tętnicy. 132 buraki 0044.

Ryc. 2-13. Rak brodawkowaty tarczycy. Widoczne drobne, ciemno-niebieskie ciałka piaszczakowate (zwapniałe komórki apoptotyczne). Nr 13 P26 0019

Histologicznie zwapnienia wyglądają jak ziarniste lub amorficzne złogi niebiesko zabarwione hematoksyliną. Na terenie zwapnień może wytworzyć się regularna kość. W zwapnieniach stwierdza się niewielką ilość innych minerałów poza wapniem (żelazo, magnez, etc).

Wapnienie polega na odkładaniu fosforanów wapnia w formie apatytu. Wyróżnia się fazę inicjacji i propagacji. Może to mieć miejsce wewnątrz- lub zewnątrzkomórkowo. Wewnątrzkomórkowo początek wapnienia mamy w mitochondriach (wspomniane poprzednio elektronowo-gęste „flocculent densities”, powstające w nieodwracalnie uszkodzonych komórkach). Zewnątrzkomórkowo inicjacja wapnienia zachodzi w drobnych (200 nm) pęcherzykach utworzonych z rozpadłych fosfolipidów błon (w chrząstce i kości są to tzw. „matrix vesicles”). Błony fosfolipidowe ułatwiają wapnienie. Wyróżnia się tu kolejne etapy:

•jony wapnia przylegają do błony fosfolipidowej;

•fosfatazy błon fosfolipidowych generują fosforany wiążące się z wapniem;

•powtarzanie tego procesu prowadzi do nagromadzenia fosforanów wapnia w

powiązaniu z błoną;

•dochodzi do krystalizacji fosforanów wapnia i agregacji kryształów. Może to przerywać błonę fosfolipidową. Agregacja kryształów zależy od stężenia wapnia i reszt fosforanowych, ale też od obecności białek macierzy pozakomórkowej, zwłaszcza inhibitorów krystalizacji.

W tworzeniu normalnej kości współuczestniczy szereg białek macierzy tkanki łącznej. Są to zwłaszcza:

•osteopontyna (mająca silne powinowactwo do apatytu),

•osteonektyna (wiąże minerały, hamuje też migrację komórek podczas

neoangiogenezy) ,

•osteokalcyna,

•γ-karboksyglutaminian, „γ-carboxyglutamic acid (GLA)-containing protein”-

„matrix GLA protein”. Brak białka matrix GLA (wiążącego się silnie z minerałami)

powoduje u myszy nieprawidłowe wapnienie chrząstki, wapnienie i pękanie tętnic.

Bliższe poznanie tych procesów może doprowadzić do lepszego radzenia sobie (leczenia) z wapnieniem dystroficznym, które w przypadku zwapniałych zastawek serca czy zwapniałych tętnic ma poważne następstwa.

Wapnienie przerzutowe

Wapnienie przerzutowe związane jest z hiperkalcemią. Najłatwiej o zwapnienia przy alkalizacji tkanki, a tak dzieje się w sąsiedztwie tworzenia kwasu (solnego - żołądek, węglowego - płuca, nerki). Często zwapnieniu ulegają ściany naczyń. Hiperkalcemia pogłębia wapnienie dystroficzne. Wyróżnia się cztery główne grupy przyczyn hiperkalcemii:

• Nadmiar parathormonu. Parathormon zwiększa fosfaturię. Utracone fosforany

uzupełniamy z magazynu (kości), wypłukując hydroksyapatyt. Powoduje to jednak

nadmiar wapnia we krwi. W kościach tworzą się ogniska odwapnień, a

pozbawiony podpory szpik ulega mikrourazom i tworzą się ogniska ziarniny z

hemosyderyną - powstają tzw. guzy brunatne kości (osteodystrophia fibrosa

cystica generalisata). W tkankach miękkich natomiast tworzą się ogniska

zwapnień (tzw. przerzuty wapniowe).

• Destrukcja kości w chorobach metabolicznych kości (np. choroba Pageta -

osteitis deformans), w niszczeniu kości przez nowotwory: szpiczak mnogi

- myeloma multiplex, białaczka - leukaemia, przerzuty (metastases) raka sutka (carcinoma mammae) czy gruczołu krokowego (carcinoma prostatae).

• Nadmiar witaminy D ( u niemowląt stwarza to niebezpieczeństwo zarośnięcia

szwów czaszkowych i ciemiączka). Przyjmuje się, że w sarkoidozie (choroba

polegająca na zaburzeniach współpracy limfocytów i makrofagów) makrofagi aktywują prekursor witaminy D.

• Niewydolność nerek wiedzie do retencji fosforanów, a to jest przyczyną wtórnej

hiperkalcemii.

ZMIANY SZKLISTE (degeneratio hyalinea)

Dawniej był to duży dział w podręcznikach patologii. Chodzi o to, że - w wielu chorobach - wewnątrz komórek i poza komórkami odkłada się dużo mas białkowych, które są homogenne, eozynochłonne, o „szklistym” wejrzeniu. Takie są wspomniane poprzednio ciałka Russela, takie jest ciałko szkliste w jajniku, taka jest zeszkliwiała torebka śledziony („śledziona lukrowana”). Takie są również masy amyloidowe czy też zeszkliwiałe tętniczki w nadciśnieniu. Za każdym razem chodzi jednak o inne białka. W dalszych rozdziałach podręcznika będziemy wspominać o zmianach szklistych tylko wtedy, gdy będzie to miało znaczenie dla klinicznego obrazu chorób.

STARZENIE SIĘ KOMÓREK

Starość (senium)

Starzenie się komórek związane jest z wieloma procesami adaptacyjnymi, ale niestety także z szeregiem zmian nieodwracalnych. Starzeniu się nie można zapobiec, jest ono nieuniknione. Możemy jedynie je opóźnić lub zmniejszyć jego niekorzystne skutki. W starzejących się społeczeństwach problem starości to szerszy problem społeczny. Z jednej strony chcemy być wiecznie młodzi i piękni. Niedołężny staruszek nie pasuje do ekranu telewizyjnego. Postępująca atomizacja społeczeństwa i rodziny eliminuje ludzi starych skazując ich na samotność. Z drugiej strony nie doceniamy pozytywnej roli ludzi starych dla wychowania dzieci, dla harmonii rodziny, itd. Na szczęście ludzie młodzi czują to instynktownie, spontanicznie i „za darmo” angażując się z pomocą ludziom starym, niedołężnym, niepełnosprawnym. Sursum corda.

Proces starzenia się jest słabo poznany. Jest wiele teorii starzenia, ale nie odzwierciedlają one całości i złożoności tego fenomenu biologicznego. Dla każdego oczywista jest różnica między młodym i starym organizmem, ale zrozumienie tych różnic jest wciąż bardzo płytkie. Zapewnienie starości z utrzymaną sprawnością umysłową i fizyczną jest naszym zadaniem.

Gerontolodzy postulują dwie główne hipotezy starzenia się: hipoteza starzenia się „ze zużycia” i hipoteza genetyczna. Ponieważ komórki stanowią podstawową jednostkę tkanek i narządów uważa się, że starzenie się komórek jest podstawą starzenia się całego organizmu i że spadek integracyjnych i wyspecjalizowanych funkcji ma swój początek w starzejących się komórkach. W narządach nie mogących regenerować, takich jak mózg i mięsień sercowy, hipoteza zużycia ma większe znaczenie. Jednak nie wszyscy ludzie tracą komórki nerwowe z jednakową szybkością. Hipoteza genetyczna musi więc też być poważnie brana pod uwagę. Hipoteza ta zakłada, że starzenie się jest zdeterminowane genetycznie. Obecnie mniej znaczenia przywiązuje się do dawniejszych hipotez endokrynnych, immunologicznych, nerwowych, itp. Rzadko występująca choroba progeria polega na szybkim starzeniu się dziecka, które w wieku kilku czy kilkunastu lat już może cierpieć z powodu „chorób starości” - miażdżycy, zawału, wylewu domózgowego etc. Komórki tkanek takiego dziecka zdolne są do mniejszych ilości podziałów i mają prawdopodobnie defekt w zakresie genu związanego z replikacją i naprawą DNA.

Patologiczne zmiany związane ze starzeniem się są indywidualne. W końcu większość narządów ulega zanikowi i ma zmniejszoną rezerwę czynnościową. Zmniejsza się odporność na zakażenia, natomiast wzrasta częstość chorób sercowo-naczyniowych i nowotworów. Żadna z tych zmian nie jest jednak ograniczona tylko do starości.

Śmierć organizmu (mors)

Śmierć nawet bardziej niż starzenie się jest nieodłącznym atrybutem życia. Wszystkie komórki organizmu mają ograniczony czas życia, po którym obumierają. Niektóre komórki mogą być odtworzone z komórek zapasowych, inne jednak są nie do zastąpienia (ostatnio nie jest to już takie oczywiste, są np. dane wskazujące na możliwość zwiększania puli komórek nerwowych). Do kategorii komórek nieodnawialnych należą komórki mięśnia sercowego. Nawet jednak jeśli wszystkie komórki mięśnia sercowego obumierają, życie nadal jest możliwe dzięki przeszczepom serca. Obumarcie komórek nerwowych ważnych dla życia ośrodków centralnego systemu nerwowego nieodwołalnie wiedzie do śmierci.

Tradycyjnie uznajemy człowieka za zmarłego na podstawie znamion śmierci (stigmata mortis). Znamiona śmierci dzieli się na niepewne (brak tętna i oddychania, bladość powłok skórnych, oziębienie skóry) i pewne (plamy opadowe - livores mortis, stężenie pośmiertne - rigor mortis i gnicie zwłok -putrefactio). Podczas gnicia zwłok powstają sino-zielone siarczki żelaza z żelaza rozpadłej hemoglobiny, co zmienia kolor zwłok. Stężenie pośmiertne znika wraz z postępującym gniciem. Obfitość, rozmieszczenie i kolor plam pośmiertnych ma znaczenie w medycynie sądowej. Obecnie w dobie przeszczepów narządów musiano opracować system uznawania człowieka za zmarłego wcześniej zanim nastąpi gnicie zwłok. Zasadnicze jest stwierdzenie na podstawie „płaskiej” krzywej EEG tzw. śmierci mózgowej co oznacza, że dana osoba nie może żyć dłużej bez sztucznego, mechanicznego wspomagania oddychania. Kumulacja aspektów moralnych, etycznych, medycznych i prawnych wystarcza, aby powiedzieć, że ocena taka nie może zachodzić jednoosobowo.

Zegar biologiczny komórek

W hodowli komórkowej zwykłe fibroblasty mają ograniczoną zdolność do podziałów komórkowych. Dało to początek badań nad zegarem biologicznym komórek, tym bardziej, że takiego ograniczenia liczby podziałów nie mają komórki nowotworowe.

Badania nad zegarem biologicznym doprowadziły do odkrycia faktu, iż z każdym podziałem skracany jest telomer (końcówka chromosomu), aż wreszcie dalsze podziały są niemożliwe. Komórki zarodkowe i, w mniejszym stopniu komórki pnia (stem cells), są zabezpieczone przed skracaniem telomerów poprzez obecność telomerazy. Telomeraza występuje też w komórkach nowotworów złośliwych.

Badania nad zegarem biologicznym doprowadziły do hipotezy istnienia genów zegara biologicznego. Kandydatem na taki gen jest gen clk-1 u Caenorhabditis elegans.

Ryc. 2-14. Schemat telomery

Zmiany metaboliczne

Podczas metabolizmu normalnego osobnika mamy do czynienia z równowagą procesów uszkadzających maszynerię komórkową i naprawczych. Równowaga ta w miarę starzenia komórek ulega zaburzeniu. Najbardziej znaczące prawdopodobnie jest działanie nadtlenków i wolnych rodników.

• zmniejszenie poboru kalorii u ssaków prowadzi do zmniejszenia generacji

wolnych rodników i ilości nadtlenków, i wydłuża czas życia ssaków

• długość życia różnych gatunków jest odwrotnie proporcjonalna do ilości anionorodnika ponadtlenkowego w mitochondriach

• u Drosophila nadekspresja katalazy i dysmutazy nadtlenkowej wydłuża życie

transgenicznego osobnika

• gen kontrolujący długość życia u Caenorhabditis elegans koduje receptor będący odpowiednikiem receptora insuliny.

Napromienianie lub niedobór wymiataczy wolnych rodników może więc wpływać na długość życia. Zaburzenia w mechanizmach naprawy DNA stwierdzane są nie tylko w progerii, ale też w ataxia teleangiectasia i w zespole kokainowym. Usprawnienie naprawy DNA u Caenorhabditis elegans wydłuża jego życie. Tak więc zmniejszenie uszkodzenia (zwłaszcza DNA) lub usprawnienie naprawy DNA najlepiej zapobiega przedwczesnemu starzeniu się komórek.

2

---