ROZDZIAŁ 1 M.Cz

USZKODZENIE KOMÓRKI, PROCESY ADAPTACYJNE I ŚMIERĆ KOMÓRKI

RODZAJE USZKODZEŃ KOMÓRKOWYCH

Komórki mogą adaptować się do fizjologicznych lub patologicznych bodźców osiągając nowy stan równowagi, co umożliwia im przeżycie.

Podstawowe rodzaje odpowiedzi adaptacyjnej:

• Zanik (atrophia)

• Przerost (hypertrophia)

• Rozrost (hyperplasia)

• Metaplazja

Uszkodzenie komórki następuje po przekroczeniu jej zdolności adaptacyjnej. Wyróżniamy:

→ Uszkodzenie odwracalne (komórka wraca do stanu równowagi)

→ Uszkodzenie nieodwracalne (prowadzące do śmierci komórki) w przypadku

utrzymywania się dłuższy czas szkodliwego czynnika lub jego dużego nasilenia.

Wyróżniamy dwa schematy śmierci komórki o odmiennych mechanizmach:

• MARTWICA - (zwykle jest to martwica skrzepowa) następuje w efekcie niedokrwienia lub po zadziałaniu substancji toksycznych. Cechy charakterystyczne:

• obrzęk komórek

• denaturacja białek

• rozpad organelli komórkowych

Martwica większej liczby komórek może doprowadzić do niewydolności narządu.

• APOPTOZA - efekt uruchomienia programu komórkowego zabójstwa. Obumarłe komórki są usuwane przy minimalnym uszkodzeniu otaczających tkanek. Proces ten występuje:

• gdy konieczne jest usunięcie zbędnych tkanek (podczas

rozwoju zarodkowego)

• w wielu stanach patologicznych (nieodwracalne zmiany podczas

mutacji)

Mięsień sercowy poddany stałemu przeciążeniu ciśnieniowemu (nadciśnienie tętnicze, zwężenie zastawki) adaptuje się przez - PRZEROST - czyli zwiększanie rozmiarów poszczególnych komórek i przez to całego serca. Proces ten umożliwia wytworzenie odpowiednio wyższego ciśnienia skurczu.

W stanach kacheksji następuje ZANIK mięśnia sercowego - zmniejsza się rozmiar komórek bez istotnej zmiany ich ilości.

Odwracalnie uszkodzone miocyty wyglądem przypominają komórki prawidłowe, cechuje je jednak przejściowy zanik czynności skurczowej, co może mieć potencjalnie śmiertelne następstwa.

W przypadku całkowitego zamknięcia światła naczynia zaopatrującego mięsień sercowy lub przedłużającego się niedokrwienia uszkodzenie staje się nieodwracalne (zawał).

To czy dany czynnik powoduje odwracalne czy nie odwracalne następstwa zależy od:

• rodzaju i nasilenia bodźca

• podatność komórek na uszkodzenie

• stopnia zróżnicowania komórek

• odpowiedniego ukrwienia komórek

• stanu odżywienia komórek

PRZYCZYNY USZKODZEŃ KOMÓRKI:

→ Niedobór tlenu. Hipoksja czyli niedotlenienie zaburza oksydacyjne mechanizmy oddychania i stanowi istotną i częstą przyczynę uszkodzenia i śmierci komórki. Niedotlenienie należy odróżnić od niedokrwienia (upośledzenie zaopatrzenia tkanki w krew).

Niedokrwienie jest najczęstszą przyczyną niedotlenienia, ale stan hipoksji może również wystąpić w stanach:

• niedostatecznego utlenowania krwi

• zmniejszenia zdolności krwi w przenoszeniu tlenu (niedokrwistość, zatrucie tlenkiem węgla)

→ Czynniki chemiczne. Uszkodzenia toksyczne na poziomie komórkowym

powodują:

• zmianę przepuszczalności błon komórkowych

• zaburzają homeostaze osmotyczną lub integralność enzymów

Do potencjalnie toksycznych czynników należą:

• zanieczyszczenia powietrza

• środki owadobójcze

• tlenek węgla

• azbest

• używki

• leki

→ Czynniki zakaźne. Kategoria ta obejmuje min: wirusy, bakterie, grzyby, pierwotniaki.

→ Reakcje immunologiczne. Uszkodzenie komórek lub tkanek w sposób przypadkowy lub zamierzony. Przykładem jest reakcja anafilaktyczna na obce białko lub lek.

→ Defekty genetyczne.

→ Zaburzenia odżywiania. Są jedna z głównych przyczyn uszkodzenia komórek.

→ Czynniki fizyczne. Uraz, temperatura, porażenie prądem, zmiany ciśnienia.

→ Starzenie się. Prowadzi do upośledzenia zdolności replikacji i naprawy poszczególnych komórek i tkanek. Zmiany te powodują zmniejszenie zdolności odpowiedzi na bodźce i urazy zewnętrzne, i w końcu doprowadzają do śmierci organizmu.

MECHANIZM USZKODZENIA KOMÓRKI

Do większości rodzajów uszkodzenia komórki odnoszą się następujące zasady ogólne:

1. Odpowiedz komórki na uszkodzenie zależy od rodzaju uszkodzenia oraz czasu trwania i nasilenia bodźca uszkadzającego.

2. Skutki zadziałania bodźca uszkadzającego zależą od rodzaju, stanu, zdolności adaptacyjnej i genetycznie uwarunkowanych właściwości uszkodzonej komórki. To samo uszkodzenie daje odmienne efekty w zależności od rodzaju komórki np: mięsień poprzecznie prążkowany kończyny dolnej, wytrzymuje całkowite niedokrwienie przez 2-3 godziny, nie ulegając nieodwracalnemu uszkodzeniu, podczas gdy martwica mięśnia sercowego następuje po 20-30 minutach. Rolę odgrywa stopień odżywienia komórki, uwarunkowanie genetyczne.

Szczególnie wrażliwe na uszkodzenie są cztery układy wewnątrzkomórkowe:

• Integralność błony komórkowej - istotna dla zachowania homeostazy środowiska wewnątrzkomórkowego.

• Produkcja ATP

• Synteza białek

• Integralność aparatu genetycznego

• Strukturalne i biochemiczne elementy komórki współdziałają ze sobą w taki sposób, że uszkodzenie pierwotne, niezależnie od miejsca wystąpienia, pociąga za sobą łańcuch następstw. Np. upośledzenie oddychania tlenowego na skutek zadziałania cyjanków powoduje zmniejszenie aktywności ATP-azy sodowo-potasowej , niezbędnej do utrzymania równowagi osmotycznej komórki. Wynikiem tego są gwałtowny obrzęk i śmierć komórki.

• Ustanie czynności komórki następuje o wiele wcześniej niż jej śmierć - morfologiczne wykładniki uszkodzenia (lub śmierci) komórki są widoczne o wiele później. Zmiany w wyglądzie komórek staja się widoczne dopiero wtedy, gdy nastąpi uszkodzenie istotnych układów biochemicznych i minie odpowiednio duża ilość czasu by doszło do jego ujawnienia. Np. miocyty obumarłe w wyniku trwającego 30 min niedokrwienia w mikroskopie elektronowym wyglądają jak komórki żywe jeszcze przez 2-3 godziny, a w mikroskopie świetlnym - przez 6-12 godzin.

OGÓLNE MECHANIZMY BIOCHEMICZNE USZKADZANIA KOMÓRKI:

Do uszkodzenia komórki mogą przyczyniać się następujące procesy biochemiczne:

• WYCZREPANIE ZAPASÓW ATP. Wysokoenergetyczne fosforany zawarte w ATP są niezbędne w prawie wszystkich procesach komórkowych. Zahamowanie syntezy ATP powoduje zatrzymanie najistotniejszych szlaków metabolicznych odpowiedzialnych za utrzymanie homeostazy.

• BRAK TLENU LUB POWSTANIE REAKTYWNYCH ZWIĄZKÓW TLENU.

• UTRATA RÓWNOWAGI WAPNIOWEJ. Niedokrwienie lub toksyny umożliwiają napływ wapnia do wnętrza komórki i jego uwalnianie ze zbiorników wewnątrzkomórkowych. Wzrost stężenia wapnia w cytozolu aktywuje:

- fosfolipazy

• proteazy

• ATP-azy

• endonukleazy

Utrata równowagi wapniowej nie następuje w każdym przypadku nieodwracalnego uszkodzenia komórki.

• ZABURZENIA PRZEPUSZCZALNOŚCI BŁONY KOMÓRKOWEJ. Błona może być uszkodzona bezpośrednio np. przez toksyny bakteryjne, białka wirusowe lub zmiany mogą mieć charakter wtórny i być wynikiem zmniejszenia syntezy ATP lub aktywacji fosfolipazy zależnej od wapnia.

• USZKODZENIE MITOCHONDRIÓW. Spowodowane może być przez:

• wzrost wewnątrzkomórkowego stężenia wapnia

• zewnątrzkomórkowy stres oksydacyjny

• produkty rozpadu tłuszczów

Powstaja pory w błonie mitochondriów, które umożliwiają wyrównanie gradientu protonów po obu stronach błony, blokując w ten sposób powstawanie ATP. Dochodzi także do wyciekania do cytozolu cytochromu c (bierze udział w apoptozie).

→ Uszkodzenie wywołane niedokrwieniem i niedotlenieniem

W niedokrwieniu w przeciwieństwie do niedotlenienia,(podczas którego wytwarzanie energii zachodzi w dalszym ciągu na drodze beztlenowej) upośledzone jest dostarczanie substratów do glikolizy. W następstwie tego podczas niedokrwienia spada także beztlenowe wytwarzanie energii po wyczerpaniu substratów lub gdy proces glikolizy zostanie zahamowany przez nagromadzone metabolity.

!!! Dlatego niedokrwienie uszkadza tkanki szybciej niż niedotlenienie.

Podstawowym procesem na jaki wpływa niedotlenienie, jest oddychanie tlenowe komórki, czyli fosforylacja oksydacyjna w mitochondriach. Zmniejszenie stężenia tlenu -> spadek ATP

Spadek ATP oddziałuje na wiele układów wewnątrzkomórkowych:

• Zmniejsza się aktywność napędzanej ATP pompy sodowej co prowadzi do nagromadzenia sodu wew. kom. i utraty potasu.

Wzrost sodu wew. kom → izoosmotyczny napływ wody → ostry obrzęk komórki

• Następuje wzrost glikolizy beztlenowej, przez to zmniejsza się stężenia ATP i rośnie stężenie AMP. Rolą tego szlaku jest utrzymanie poziomu energetycznego komórki dzięki wytwarzaniu ATP z glikogenu, a jego aktywacja prowadzi do szybkiego wyczerpania zapasów glikogenu, co histologicznie widoczne jest po zabarwieniu tkanki na obecność węglowodanów (barwienie PAS). Nasilona glikoliza → gromadzenie kw. mlekowego i fosforanów nieorganicznych → obniżenie pH → zbijanie chromatyny jądrowej

• Zmniejszenie pH i spadek ATP powoduja oddzielenie się rybosomów od RE szorstkiego oraz rozpad polisomów na monosomy przez co zmniejsza się synteza białek.

Mitochondria, RE, a w końcu całe komórki staja się obrzęknięte, czego powodem jest zaburzenie ciśnienia osmotycznego. Jeśli dopływ tlenu zostanie przywrócony, wszystkie powyższe zaburzenia cofna się. Jeśli niedotlenienie trwa, następuje uszkodzenie nieodwracalne.

→ Uszkodzenie związane z niedokrwieniem i reperfuzją

Zdarza się, że przywrócenie krążenia krwi do niedokrwionych, żywych tkanek może paradoksalnie spowodować pogłębienie i przyspieszenie ich uszkodzenia. Efektem jest utrata kolejnych komórek, poza tymi, które już zostały nieodwracalnie uszkodzone podczas epizodu niedokrwienia. Dokładny mechanizm nie został poznany, ale uważa się, że:

• Przywrócenie krążenia powoduje wzrost stężenia wapnia w uszkodzonych komórkach, w momencie gdy komórka nie jest jeszcze w stanie regulować gospodarki jonowej. W efekcie dochodzi do aktywacji szlaków i utraty integralności komórki.

• Reperfuzja prowadzi do napływu komórek zapalnych, wydzielających związki zawierających wolne rodniki tlenowe, które przyczyniają się do dalszego uszkodzenia błon komórkowych i zwiększenia przepuszczalności błon mitochondrialnych.

• Nie w pełni sprawne mitochondria w uszkodzonych komórkach prowadzą niecałkowitą redukcje tlenu wytwarzając wolne rodniki tlenowe.

→Uszkodzenie wywołane przez wolne rodniki

Jest to istotny mechanizm niszczenia komórek. Wolne rodniki atakują i degradują kwasy nukleinowe i białka błonowe.

Wolne rodniki mogą powstawać w obrębie komórki z:

• Reakcji utleniania - redukcji

• Tlenku azotu (NO)

• Absorpcji energii promieniowania

• Metabolizmu enzymatycznego egzogennych związków chemicznych (m.in. czterochlorku węgla)

W procesie powstawania uszkodzeń komórki w wyniku działania wolnych rodników szczególne znaczenie mają trzy reakcje:

1. Peroksydacja lipidów błonowych. Podwójne wiązania w wielonienasyconych lipidach błonowych są podatne na działanie wolnych rodników tlenowych. Reakcja prowadzi do powstania reaktywnych i niestabilnych nadtlenków, co zapoczątkowuje reakcje autokatalityczną.

2. Fragmentacja DNA. Łączenie się wolnych rodników z tyminą w DNA jądrowym i mitochondrialnym powoduje przerwanie łańcuchów. Takie uszkodzenie związane jest ze śmiercią komórki jak i jej przemianą nowotworową.

3. Powstanie wiązań krzyżowych w obrębie białek. Tworzą się poprzeczne wiązania sulfhydrylowe, przyspieszając w ten sposób degradacje białek i powodując utratę aktywności enzymatycznej.

Układy enzymatyczne i nieenzymatyczne komórki, które inaktywują wolne rodniki:

• SOD - dysmutazy nadtlenkowe

• GSH - peroksydaza glutationowa

• Katalaza obecna w peroksysomach

• Antyoksydanty endo- i egzogenne (m.in. witaminy)

→Uszkodzenia chemiczne. Substancje chemiczne mogą uszkadzać komórkę na dwa sposoby:

1. Przez bezpośrednie wiązanie się z ważnymi składnikami molekularnymi lub organellą komórkową. (leki przeciwnowotworowe, antybiotyki)

2. Przez wcześniejsze przetworzenie substancji chemiczneh w układach enzymatycznych komórki w aktywne metabolity. Modyfikacja taka najczęściej zachodzi w układzie P-450 w siateczce wewnątrzplazmatycznej gładkiej.

ADAPTACJA KOMÓRKI DO USZKODZENIA

Adaptacja komórki jest stanem pośrednim między stanem normalnej komórki i komórki uszkodzonej, poddawanej niekorzystnym wpływom zewnętrznym.

→ ZANIK (atrophia) - to zmniejszenie wymiarów komórki spowodowane utratą substancji komórkowej. Komórki atroficzne maja ograniczona sprawność, ale nie są martwe. ! Apoptoza może być wywołana takimi samymi czynnikami co zanik ! Przyczyny zaniku:

• Zmniejszenie obciążenia (np. unieruchomiona kończyna)

• Odnerwienie

• Zmniejszony dopływ krwi

• Nieodpowiednie odżywienie

• Utrata stymulacji hormonalnej

• Starzenie

Zmiany w zaniku polegają na zmniejszeniu wymiarów komórki do wielkości, przy których jej przeżycie jest nadal możliwe; zostaje osiągnięty stan równowagi między wymiarami komórki a zmniejszonym ukrwieniem, odżywieniem, stymulacja wzrostową.

Następuje redukcja strukturalnych elementów komórki; mechanizmy biochemiczne dotyczą równowagi między synteza a degradacją. Istotna rolę odgrywają dwa układy degradacji białek:

1. Układ lizosomów zawierających proteazy - rozkład białek pochodzących z poza komórki jak i starzejących się organellia.

2. Szlak ubikwitynowo-proteasomowy - odpowiedzialny za rozkładanie białek zawartych w jądrze i cytozolu.

Zanikowi często towarzyszy zwiększenie ilości wakuol autofagocytarnych będących produktem fuzji lizosomów z organellami wewnątrzkomórkowymi i cytozolem. Część substancji resztkowych w wakuoli może przetrwać jako ciałka resztkowe otoczone błoną.

→PRZEROST (hipertrofia) - jest to zwiększenie wymiarów komórek i w efekcie wymiarów narządu. Nie ma nowych komórek, ale zwiększenie wymiarów wcześniej istniejących przez wzrost syntezy białek strukturalnych i ogranelli. Przerost może być:

• Fizjologiczny

• Patologiczny

A jego przyczyną może być zwiększone zapotrzebowanie funkcjonalne lub specyficzna stymulacja hormonalna. Przerost i rozrost mogą występować łacznie np:

• Fizjologiczne powiększenie macicy podczas ciąży spowodowane stymulacją estrogenową jest wynikiem zarówno przerostu mięśniówki jak i jej rozrostu.

• Patologiczne powiększenie serca w przypadku nadciśnienia tętniczego lub choroby zastawek

• Patologiczne powiększenie kardiomiocytów po przebytym zawale serca.

Komórki mięśni poprzecznie prążkowanych na zwiększone obciążenie mogą reagować jedynie przerostem, ponieważ nie mają zdolności podziału.

W przypadku przewlekłego przeciążenia objętościowego serca następuje reaktywacja wielu genów - zwykle występujących wyłącznie w sercach noworodków - białka kurczliwe powracają do form płodowych, kurcząc się o wiele wolniej.

Przerost mięśnia sercowego jest stymulowany przez:

• Bodźce mechaniczne np. rozciąganie

• Bodźce troficzne np. aktywacja rec. adrenergicznych

Limit przerostu zostaje osiągnięty, gdy zwiększona masa mięśnia nie jest w stanie skompensować zwiększonego obciążenia -> niewydolność serca. -> włóknienie włókien mięśniowych, utrata elementów kurczliwych

→ROZROST (hiperplazja) - to zwiększenie liczby komórek narządu lub tkanki.

Rozrost może być:

■ FIZJOLOGICZNY - dzieli się na:

• Rozrost hormonalny - np. proliferacja nabłonka gruczołowego żeńskich gruczołów sutkowych w ciąży

• Rozrost kompensacyjny - po usunięciu lub zniszczeniu części tkanki

■ PATOLOGICZNY - najczęściej spowodowany nadmierna stymulacją przez hormony lub czynniki wzrostu. Proces rozrostowy pozostaje pod kontrolą - w przypadku ustąpienia czynnika stymulującego rozrost zanika. Jest to cecha odróżniająca rozrost od nowotworu. !! Ale rozrost patologiczny stwarza dogodne warunki do powstania proliferacji nowotworowej.

→METAPLAZJA - jest to odwracalna zmiana jednego typu dojrzałych komórek (nabłonkowych lub mezenchymalnych) w inny typ dojrzałych komórek.

W ramach procesu adaptacji, komórki wrażliwe na dany czynnik są zastępowane innym typem komórek lepiej tolerującym niekorzystne warunki. Np.:

• Pojawienie się nabłonka płaskiego w miejsce nabłonka oddechowego u nałogowych palaczy lub przy niedoborze witaminy A

Prawidłowy nabłonek walcowaty urzęsiony zostaje zastąpiony nabłonkiem wielowarstwowym płaskim.

Choć nabłonek metaplastyczny ma znaczenie dla przetrwania, oznacza on utratę ważnych mechanizmów obronnych takich jak: wydzielanie śluzu, oczyszczanie dróg oddechowych przez system rzęsek.

!!!!! Utrzymywanie się czynników, które spowodowały metaplazję, mogą być przyczyną zmian nowotworowych w nabłonku zmienionym metaplastycznie.

• W przypadku refluksu żołądkowo-przełykowego prawidłowy nabłonek wielowarstwowy płaski dolnej części przełyku przechodzi przemianę metaplastyczną w nabłonek walcowaty typowy dla żołądka czy jelit.

Rodzaje subkomórkowej odpowiedzi na uszkodzenie.

► Katabolizm lizosomalny - lizosomy pierwotne (organella błony komórkowej) zawierają enzymy hydrolityczne. Łączą się z wakuolami zawierającymi materiał przeznaczony do strawienia, tworząc lizosomy wtórne - fagolizosomy. Biora udział w rozkładzie substancji na drodze autofagocytozy lub heterofagocytozy.

►Heterofagocytoza - degradacja materiału pochodzącego ze środowiska zewnatrzkomórkowego.

►Autofagocytoza - usuwanie szkodliwych lub starych organelli. Proces szczególnie wyraźny w komórkach podlegających zanikowi z powodu niedoborów żywieniowych lub hormonalnych.

Lizosomy zawierające nie strawione resztki mogą pozostawać we wnętrzu komórki jako ciałka resztkowe lub mogą być z niej usuwane. ZIARNA PIGMENTU LIPOFUSCYNY są przykładem nie strawionego materiału pozostałego po wewnątrzkomórkowej peroksydacji lipidów.

►Pobudzenie (przerost) gładkiego reticulum endoplazmatycznego (SER). Leki i inne substancje pobudzają syntezę większej ilości enzymów i powstawanie większej ilości SER. W ten sposób komórka adaptuje się i zwiększa efektywnośc modyfikacji leku.

►Zmiany w obrębie mitochondriów. Podczas przerostu komórki dochodzi do zwiększenia liczby mitochondriów w jej cytoplazmie, podczas zaniku odwrotnie.

►Nieprawidłowości w budowie cytoszkieletu. Jest to odpowiedz na czynniki zewnętrzne. Zaburzenia budowy cytoszkieletu występują w różnych stanach patologicznych. Mogą one być przyczyną nieprawidłowego wyglądu i funkcji komórki, nieprawidłowych ruchów organelli, zaburzonej ruchomości komórki, wew. kom. gromadzenia materiału włókienkowego. Np.

• Zaburzenia w organizacji mikrotubul mogą być przyczyną niepłodności (uniemożliwienie ruchu plemników) oraz przewlekłych zakażeń dróg oddechowych (unieruchomienie rzęsek nabłonka oddechowego [ZESPÓŁ KARTAGENERA - czyli nieruchomych rzęsek])

►Białka wstrząsu termicznego (HSP). Pełnia istotną rolę podczas normalnej gospodarki białkami. Dlatego nazywa się je także białkami towarzyszącymi. Mogą one być produkowane:

• Konstytutywnie - białka należące do rodziny HSP 60 i HSP 90

• Lub ich podstawowe wytwarzanie może się zwiększyć pod wpływem stresu - białka należące do rodziny HSP 70

Białka biorą udział w zawale serca, udarze niedokrwiennym mózgu, ich rolą jest ograniczenie martwicy tkanek i reperfuzji.

Złogi wewnątrzkomórkowe.

W niektórych warunkach komórki mogą gromadzić nieprawidłowe ilości różnych substancji. Mogą to być substancje nieszkodliwe lub powodujące w różnym stopniu uszkodzenie komórki. Substancje mogą gromadzić się w cytoplazmie, w obrębie organelli, lub jądrze komórkowym . Mogą być syntetyzowane przez dana komórkę lub wytwarzane w innym miejscu.

Nieprawidłowe gromadzenie substancji odbywa się trzema sposobami:

• Prawidłowa substancja jest wytwarzana w prawidłowej lub zwiększonej ilości, lecz metabolizm nie nadąża z jej usuwaniem. Np. stłuszczenie wątroby.

• Prawidłowa lub nieprawidłowa substancja endogenna gromadzi się z powodu genetycznych lub nabytych defektów metabolizmu, pakowania, transportu, czy wydzielania. Np. choroby spichrzeniowe.

• Nieprawidłowa substancja egzogenna jest odkładana i gromadzi się, ponieważ komórka nie dysponuje aparatem enzymatycznym zdolnym do jej rozłożenia ani możliwością przetransportowania jej w inne miejsce. Np. gromadzenie cząstek węgla lub krzemu.

STŁUSZCZENIE (steatosis) - odnosi się do każdego nagromadzenia trójglicerydów w obrębie komórek podścieliska. Choć jest to wyznacznik odwracalnego uszkodzenia (do momentu gdy nie nastąpi uszkodzenie istotnych dla życia komórki elementów), stłuszczenie występuje czasem w komórkach sąsiadujących z komórkami, które uległy martwicy. Najczęściej dotyczy wątroby (główny narząd metabolizmu tłuszczów), także serca, mięśni szkieletowych, nerki. Przyczyny stłuszczenia:

• działanie toksyn

• niedożywienie z niedoborem białek

• cukrzyca

• otyłość

• niedotlenienie

• alkohol - najczęstsza przyczyna

Hepatotoksyny (alkohol) zmieniają funkcje mitochondriów i gładkiego RE, czterochlorek węgla i niedobór białek zmniejszają syntezę apoprotein; niedotlenienie hamuje oksydacje kwasów tłuszczowych, głodzenie zwiększa mobilizacje kwasów tłuszczowych z magazynów obwodowych.

WKT > transport do hapatocytów > estryfikacja WKT do TG > przekształcanie TG do cholesterolu i fosfolipidów lub utlenianie do ciał ketonowych.

Morfologia: Nagromadzenie tłuszczu przejawia się obecnością PRZEJRZYSTYCH WAKUOL w komórkach podścieliska.

Aby zidentyfikować tłuszcz pod mikroskopem, cienką próbkę tkanki barwi się SUDANEM IV lub CZERWIENIĄ O (barwią tłuszcz na kolor pomarańczowo - czerwony).

• W wątrobie łagodne stłuszczenie może być niewidoczne makroskopowo.

• Wraz ze zwiększeniem stłuszczenia narząd powiększa się i przybiera barwę żółtawą.

• W skrajnych przypadkach stłuszczony narząd może ważyć 1,5-3 razy więcej, mieć jasnożółty kolor i lepką konsystencje.

• Wczesne stłuszczenie objawia się pod mikroskopem obecnością małych, okołojądrowych wakuol cytoplazmatycznych wypełnionych tłuszczem.

• W późniejszych etapach wakuole zlepiają się, tworząc rozległe przejrzyste obszary, spychające jądro na obrzeże komórki.

• Czasem komórki pękają, a zawarte w nich kropelki tłuszczu łącza się tworząc torbielki tłuszczowe.

W sercu tłuszcz występuje w postaci małych kropelek powstających dwoma sposobami:

1. Przedłużające się umiarkowane niedotlenienie jest przyczyną powstania wewnątrzkomórkowych ogniskowych złogów tłuszczu, układających się w postaci szklistych pasm żółtawego miokardium naprzemiennie z pasmami ciemniejszego czerwono - brązowego niezmienionego mięśnia sercowego (SERCE TYGRYSIE)

2. Działanie nasilonego niedotlenienia lub pewnych rodzajów zapalenia mięśnia sercowego (np. w błonicy) i dotyczy w równym stopniu wszystkich miocytów.

CHOLESTEROL I ESTRY CHOLESTEROLU. W miażdżycy komórki mięśni gładkich i makrofagi wypełniają się wakuolami tłuszczowymi zawierającymi cholesterol i jego estry, które wywołują charakterystyczne żółtawe zabarwienie blaszek miażdżycowych i przyczyniają się do patogenezy uszkodzenia. We wrodzonych i nabytych hiperlipidemiach makrofagi gromadzą cholesterol wewnątrzkomórkowo, a ich gromadzenie się w tkance łącznej skóry i ścięgien jest przyczyną powstania żółtaków (xanthomata).

BIAŁKA. Skupiska białek są o wiele rzadsze niż złogi tłuszczów. Schorzenia związane z przedostaniem się białek o wysokiej masie cząsteczkowej przez filtr kłębuszkowy (np. zespół nerczycowy), powoduje nasilenie wychwytu białka na drodze pinocytozy. Zlewanie się pęcherzyków pinocytarnych z lizosomami powoduje powstanie widocznych pod mikroskopem różowych hialinowych kropelek w obrębie cytoplazmy. Proces ten jest odwracalny.

Innym przykładem są widoczne skupiska nowo zsyntetyzowanych immunoglobulin w szorstkim RE niektórych komórek plazmatycznych, co daje obraz okrągłych kwasochłonnych CIAŁEK RUSSELA.

CIAŁKO MALLORY'EGO - tzw. hialina alkoholowa, to kwasochłonny, cytoplazmatyczny wtręt w obrębie hepatocytów, charakterystyczny dla alkoholowej choroby wątroby. Wtręty składają się ze zbitych pośrednich filamentów prekeratyny.

SPLOTY NEUROFIBRYLARNE - wykrywane w mózgu osób z chorobą Alzheimera; zbudowane z kompleksów białkowych zawierających białka związane z mikrotubulami oraz neurofilamenty.

GLIKOGEN. Nadmierne wewnątrzkomórkowe złogi glikogenu są efektem zaburzenia metabolizmu glukozy lub glikogenu lub tez defektów genetycznych. W źle kontrolowanej cukrzycy, glikogen gromadzi się w nabłonku cewek nerkowych, komórkach mięśnia sercowego, komórkach beta wysp trzustki.

BARWNIKI. Są to barwne substancje pochodzenia:

→ egzogennego: węgiel (pył węglowy). Po dostaniu się do dróg oddechowych jest fagocytowany przez makrofagi i transportowany do okolicznych węzłów chłonnych tchawiczo-oskrzelowych. Agregaty barwnika zaczerniają węzły chłonne oraz śródmiąższ płuc. Złogi barwnika mogą być przyczyną rozedmy oraz prowadzić do pylicy węglowej.

→ endogennego: lipofuscyna, melanina, pochodne hemoglobiny.

LIPOFUSCYNA - tzw. barwnik zużycia, to nierozpuszczalny, brązowo - żółty ziarnisty materiał wewnątrzkomórkowy, gromadzący się w różnych tkankach zwłaszcza: sercu, wątrobie, mózgu, jako wyznacznik starzenia się i zaniku. Składa się z kompleksów tłuszczowo - białkowych pochodzących z katalizowanej przez wolne rodniki peroksydacji wielonienasyconych tłuszczów błon komórkowych. Nie jest ona szkodliwa dla komórki, lecz stanowi istotny wskaźnik przebytych uszkodzeń spowodowanych wolnymi rodnikami. Jej obfite występowanie to tzw. ZANIK BRUNATNY (atrophia fusca). Mikroskopowo: gęste ziarenka położone okołojądrowo.

MELANINA - Zródłem melaniny są melanocyty, ale barwnik mogą też gromadzić sąsiadujące z nimi keratynocyty warstwy podstawnej naskórka oraz makrofagi skóry

HEMOSYDERYNA - Pochodna hemoglobiny, ziarnisty barwnik barwy złotożółtej do brązowej. Gromadzi się w tkankach w stanach miejscowego lub uogólnionego nadmiaru żelaza. Hemosyderyna stanowi duże złogi miceli ferytyny; żelazo uwidacznia się za pomocą reakcji histochemicznej z BŁĘKITEM PRUSKIM.

Niewielkie ilości hemosyderyny są normalnym zjawiskiem w jednojądrowych komórkach fagocytarnych szpiku kostnego, śledziony, wątroby.

Miejscowy nadmiar żelaza występuje w następstwie krwawienia (siniak > początkowo zabarwienie czerwono - niebieskie, przechodzi w zielono - niebieskie dzięki tworzeniu biliwerdyny i bilirubiny z grupy hemowej; jony żelaza z hemoglobiny są gromadzone jako złotożółta hemosyderyna)

HEMOSYDEROZA - układowe przeładowanie żelazem tkanek i narządów. Początkowo zmiany w jednojadrowych fagocytach wątroby, szpiku kostnego, śledziony, węzłów. Wraz z narastaniem gromadzenia się żelaza komórki śródmiąższowe całego organizmu (wątroba, trzustka, serce) staja się brązowe od nagromadzonego barwnika. Hemosyderoza występuje w przebiegu:

• Zwiększonej absorpcji żelaza przyjmowanego z pożywieniem

• Upośledzenia utylizacji żelaza

• Niedokrwistości hemolitycznych

• Przetoczeń krwi

Zwapnienia patologiczne.

Nieprawidłowe odkładanie się soli wapniowych wraz z małymi domieszkami żelaza, magnezu, i innych minerałów.

WAPNIENIE DYSTROFICZNE - powstaje w tkankach martwych lub obumierających. Zachodzi ono mimo braku zaburzeń gospodarki wapniowej.

WAPNIENIE PRZERZUTOWE - odkładanie się soli wapnia w prawidłowych tkankach, prawie zawsze towarzyszy zaburzeniom metabolizmu wapnia.

1. WAPNIENIE DYSTROFICZNE. Można spotkać w obrębie martwicy każdego rodzaju. Powszechnie występuje w blaszkach miażdżycowych oraz obszarach uszkodzeń przydanki aorty i dużych tętnic, wywołanych przez nagromadzone złogi lipidowe. Zwapnienia mogą być jedyna oznaką przebytego uszkodzenia komórek, często jest także przyczyną zaburzenia czynności narządu np. zwapnienie płatków zastawek. Wapnienie dystroficzne jest istotną przyczyną powstającej u starszych osób STENOZY AORTALNEJ.

Morfologia: Sole wapnia mają wygląd delikatnych białych ziarenek lub grudek wyczuwalnych jako ziarniste stwardnienia. Gruźliczo zmieniony węzeł chłonny z masywnymi zwapnieniami może osiągać twardość kamienia. Histologicznie wapnienie polega na powstawaniu złogów WEWNĄTRZ- i/lub ZEWNATRZKOMÓRKOWYCH. Z czasem w miejscu zwapnienia może powstać HETEROTOPOWA TKANKA KOSTNA. Patogeneza wapnienia dystroficznego obejmuje:

• inicjacje

• przyrastanie

Oba procesy mogą zachodzić wewnątrz, jak i na zewnątrz komórki, a produktem końcowym jest kryształ FOSFORANU WAPNIA. Pozakomórkowa inicjacja zachodzi w otoczonych błoną pęcherzykach; w prawidłowej chrząstce i kości nazywa się je PĘCHERZYKAMI MACIERZY, a w wapnieniu patologicznym pochodzą one z degenerujących komórek. Inicjacja wapnienia wewnątrzkomórkowego zachodzi w mitochondriach martwych lub umierających komórek. Kolagen oraz inne białka m.in. osteopontyna przyspieszają tempo wzrastania kryształów.

2. WAPNIENIE PRZERZUTOWE.

Najczęściej pojawia się w ścianie naczyń krwionośnych, nerek, płuc, błony śluzowej żołądka.

Może wystąpić w stanach hiperkalcemii. Cztery główne przyczyny hiperkalcemii:

1. zwiększone wydzielanie PTH

2. zwiększony obrót tkanki kostnej (choroba Pageta)

3. zaburzenia związane z witaminą D

4. niewydolność nerek

Morfologia: Złogi wyglądem przypominają złogi w przypadku wapnienia dystroficznego. Masywne złogi mogą być przyczyną ograniczenia wydolności oddechowej, a także tzw. nefrokalcynozy uszkadzającej nerki.

ODWRACALNE I NIEODWRACALNE USZKODZENIE KOMÓRKI

Jednym z najwcześniejszych ultrastrukturalnych markerów uszkodzenia nieodwracalnego jest gromadzenie w macierzy mitochondrialnej bezpostaciowych, bogato uwapnionych zagęszczeń.

Uszkodzenie błony komórkowej jest krytycznym czynnikiem powstania śmiertelnego uszkodzenia.

Martwe komórki mogą być zastępowane przez duże, poskręcane masy fosfolipidowe, zwane FIGURAMI MIELINOWYMI. Są one następnie fagocytowane lub rozkładane do kwasów tłuszczowych; uwapnienie takich reszt kwasów tłuszczowych daje początek mydłom wapniowym.

Mechanizmy uszkodzenia nieodwracalnego.

Nieodwracalność procesu charakteryzują dwa zjawiska:

• niemożność odwrócenia zaburzeń funkcjonowania mitochondriów

• powstanie głębokich zaburzeń funkcji błony komórkowej

Zniszczenie błony spowodowane jest wieloma czynnikami (wszystkie one mogą odgrywać rolę w pewnych rodzajach uszkodzenia):

• postępująca utrata fosfolipidów błonowych

• zaburzenia budowy cytoszkieletu - takie uszkodzenie doprowadzić może do oddzielenia cytoszkieletu od błony komorkowej, co czyni ja podatną na rozciąganie i pękanie

• toksyczne rodniki tlenowe

• produkty rozpadu lipidów - powodują zmniejszenie napięcia powierzchniowego błon

Mechanizmy uszkodzenia odwracalnego oraz śmierć komórki - martwica.

!! Podczas uszkodzenia komórki, zmiany funkcjonalne, zwykle poprzedzają zmiany morfologiczne.

►Zmiany ultrastrukturalne odwracalnego uszkodzenia komórki:

1. Zmiany w obrębie błony komórkowej (uwypuklenia - blebs; zaburzenia architektoniki mikrokosmków, rozluźnienie połączeń międzykomórkowych)

2. Zmiany w obrębie mitochondriów - obrzęk, bezpostaciowe zagęszczenia bogate w fosfolipidy.

3. Rozdzielenie reticulum endoplazmatycznego z odłączeniem się rybosomów i rozpadem polisomów.

4. Zmiany w obrębie jądra komórkowego, z rozpadem elementów ziarnistych i włókienkowych.

Dwa typy zmian morfologicznych związanych z odwracalnym uszkodzeniem:

1. OBRZĘK KOMÓRKI - Łatwiej go dostrzec oglądając makroskopowo dotknięty narząd. Gdy obrzęk obejmuje wszystkie komórki danego narządu, staje się on blady, cięższy, twardy. Mikroskopowo: w obrębie cytoplazmy drobne, przejrzyste wakuole, które są odpowiednikiem rozdętych oddzielonych od reszty segmentów RE. Ten rodzaj uszkodzenia nazywa się ZWYRODNIENIEM WODNICZKOWYM.

2. STŁUSZCZENIE - występuje pod wpływem uszkodzenia z niedoboru tlenu, pod wpływem uszkodzeń toksycznych, metabolicznych. Charakteryzuje pojawienie się w cytoplaźmie wakuol lipidowych.

►Martwica

Jest to sekwencja zmian morfologicznych następujących po śmierci komórki w obrębie żywej tkanki. Najpowszechniejszym rodzajem martwicy jest martwica skrzepowa. Charakteryzuje się: obrzękiem, denaturacją białek cytoplazmy, rozpadem organelli,

Martwicę cechują dwa równoległe procesy:

1. enzymatyczne trawienie komórki

2. denaturacja biełek

Autoliza - enzymy hydrolityczne pochodzą z samych martwych komórek.

Heteroliza - enzymy hydrolityczne pochodzą z lizosomów napływających komórek

zapalnych.

Klasyczne histologiczne cechy martwicy pojawią się dopiero w 4-12 godzin po wystąpieniu nieodwracalnego uszkodzenia.

MORFOLOGIA:

• Martwe komórki wykazują zwiększoną kwasochłonność (barwią się na różowo w barwieniu HE) - utrata zasadochłonności za którą jest odpowiedzialne cytoplazmatyczne RNA.

• Utrata glikogenu powoduje szklisty wygląd w porównaniu do komórek żywych

• Cytoplazma wypełniona wakuolami, przybiera wygląd „zjedzonej przez mole”

• Może dojść do wapnienia martwiczych komórek

• Zmiana jądra zachodzi według jednego z trzech schematów: A. Zasadochłonność chromatyny może się zmniejszać, następuje rozpad jądra

• KARYOLYSIS

B. Zasadochłonność chromatyny może się zwiększać, następuje obkurczenie

jądra - PYKNOSIS

C. Fragmentacja jądra - KARRYORHEXIS

Po 1-2 dniach jądro obumarłej komórki zanika całkowicie.

Jeśli w komórce martwej pierwotnym procesem jest denaturacja - rozwija się MARTWICA SKRZEPOWA.

W przypadku dominacji trawienia enzymatycznego następuje MARTWICA ROZPŁYWNA.

W szczególnych warunkach powstaje MARTWICA SEROWATA lub MARTWICA TKANKI TŁUSZCZOWEJ.

MARTWICA SKRZEPOWA.

• Komórki lub tkanki zachowują podstawowe zarysy przez kilka dni

• Następuje denaturacja białek strukturalnych i enzymatycznych

• Komórki ostatecznie usuwane w procesie fragmentacji i fagocytozy

• W procesie martwicy skrzepowej następuje śmierć z powodu niedokrwienia we wszystkich typach tkanek Z WYJĄTKIEM MÓZGU!

MARTWICA ROZPŁYWNA.

• Charakterystyczna dla miejscowych zakażeń bakteryjnych i grzybiczych, które stanowią silny bodziec przyciągający białe krwinki.

• Śmierć komórek z niedotlenienia w obrębie OUN zachodzi w mechanizmie martwicy rozpływnej.

• Następuje upłynnienie - całkowite strawienie martwych komórek.

MARTWICA ZGORZELINOWA.

• Niedokrwienna martwica skrzepowa (często dotyczy kończyn) z nakładającym się zakażeniem z martwicą rozpływną (zgorzel wilgotna)

MARTWICA SEROWATA.

• Spotykana najczęściej w ogniskach infekcji gruźliczej

• Makroskopowo przypomina biały ser

• Mikroskopowo: bezpostaciowe, ziarniste masy, otoczone pierścieniowato przez wyraźny rąbek ziarniniakowej reakcji zapalnej

• Architektonika tkanek całkowicie zniszczona

MARTWICA TKANKI TŁUSZCZOWEJ.

• Są to ogniskowe obszary destrukcji tkanki tłuszczowej

• Typowo występują po uszkodzeniu trzustki

• Jest wynikiem nieprawidłowego uwalniania aktywowanych enzymów trzustkowych do sąsiadującej tkanki śródmiąższowej lub jamy otrzewnej

• Występuje w OZT > enzymy trzustkowe wydostają się z komórek, upłynniając lipidy zawarte w błonach komórkowych oraz hydrolizując związane z nimi estry TG. Uwolnione KT łączą się z wapniem, tworząc widoczne makroskopowo kredowobiałe obszary (zmydlanie tłuszczów).

• Histologicznie widoczne są tylko zarysy komórek tkanki tłuszczowej z zasadochłonnymi złogami wapnia i otaczającą reakcją zapalną.

APOPTOZA.

Jest to zaprogramowana śmierć komórki. Zachodzi podczas różnego rodzaju procesów fizjologicznych i patologicznych:

• Zaprogramowana destrukcja komórek podczas embriogenezy, organogenezy, inwolucji towarzyszącej rozwojowi zarodka

• Inwolucja fizjologiczna zależna od hormonów

• Śmierć komórek w tkankach szybko proliferujących

• Eliminacja autoreaktywnych limfocytów T grasicy

• Po zadziałaniu różnego typu łagodnych czynników uszkadzających

Jeśli w komórce nie nastąpi fizjologiczna apoptoza, może dojść do nieprawidłowego rozwoju, proliferacji komórek nowotworowych lub rozwoju choroby autoimmunologicznej.

• Apoptoza dotyczy zwykle pojedynczych komórek lub ich skupisk

• Chromatyna jądrowa zostaje skondensowana i gromadzi się obwodowo, pod błoną jądrową, w postaci dobrze odgraniczonych mas.

• Na końcu dochodzi do fragmentacji jądra; odpowiada temu rozpad DNA wywołany działaniem endonukleaz

• Komórki kurczą się, tworzą pączki cytoplazmatyczne i rozpadają na ciałka apoptotyczne w postaci otoczonych błoną pęcherzyków zawierających cytozol i organelle

• Ciałka są szybko fagocytowane lub rozkładane

• ! Śmierć przez apoptoze nie wywołuje reakcji zapalnej

Porównanie martwicy skrzepowej i apoptozy

	MARTWICA SKRZEPOWA	APOPTOZA
BODZIEC	niedotlenienie, toksyny	czynniki fizjologiczne i patologiczne
OBRAZ MIKROSKOPOWY	obrzęk komórek martwica skrzepowa zaburzenia struktury organelli	pojedyncze komórki kondensacja chromatyny ciałka apoptotyczne
ROZPAD DNA	rozlany, przypadkowy	na nukleosomy
MECHANIZMY	wyczerpanie zasobów ATP uszkodzenie błony działanie wolnych rodników	aktywacja genów endonukleazy proteazy
REAKCJA TKANKOWA	zapalenie	bez reakcji zapalnej fagocytoza ciałek apoptotycznych

Mechanizmy apoptozy.

Proces ten może być rozumiany jako sekwencja czterech oddzielnych, lecz nakładających się na siebie komponentów:

1. BODŹCE WYWOŁUJĄCE. - zdarzenie zaprogramowane odśrodkowo

• brak czynnika wzrostu

• interakcja receptora z ligandem

• czynniki uszkadzające - np. promieniowanie

Sygnały przezbłonowe mogą osłabiać istniejący program samozagłady komórki lub też inicjować kaskadę śmierci.

Do czynników inicjujących kaskadę śmierci należą m.in. czynniki należące do rodziny białek błonowych receptora dla CZYNNIKA MARTWICY GUZA (TNFR), do której zalicza się cząstkę powierzchniową FAS. Te receptory błony zawierają tzw. domenę śmierci.

2. KONTROLA I INTEGRACJA.

Sprawują ją białka, które przetwarzając odpowiednie bodźce prowadzą do apoptozy. Na tym etapie istnieja dwa alternatywne szlaki:

• Bezpośrednie przekazanie bodźców śmierci poprzez białka adaptorowe do mechanizmu wykonawczego.

• Regulacja przepuszczalności mitochondriów przez białka należące do rodziny BCL-2

Zwiększona przepuszczalność błon mitochondrialnych powoduje uwolnienie do cytoplazmy cytochromu c, który jest bodźcem wyzwalającym apoptoze.

CYTOCHROM C + Apaf-1 > aktywuje kaspazy, co zapoczątkowuje wiele reakcji proteolitycznych prowadzących do śmierci komórki.

APOPTOZE HAMUJE: BCL-2; BCL-X_L

APOPTOZE POBUDZA (PRZYSPIESZA): BAX; BAD

3. WYKONANIE.

• Aktywacja enzymów katabolicznych

• Przecinanie białek przez kaspazy

• Masywne tworzenie wiązań krzyżowych w łańcuchach białek wywołane aktywacją transglutaminazy > białka cytoszkieletu tworzą powłokę łatwo rozpadającą się do ciałek apoptycznych

• Rozpad DNA

4. USUWANIE MARTWYCH KOMÓREK.

Komórki apoptotyczne posiadają markery pomagające w wychwycie i usuwaniu przez komórki sąsiadujące lub fagocyty.

STARZENIE SIĘ KOMÓRKI

Do zmian morfologicznych związanych z wiekiem należą:

• Nieregularne jądro

• Różnokształtne, zwakuolizowane mitochondria

• Zmniejszona powierzchnia RE

• Zaburzona struktura AG

---