Cellular Pathology
Total Page:16
File Type:pdf, Size:1020Kb
วัตถุประสงคของการเรยนี ; นิสิตสามารถ CellularCellular PathologyPathology • บอกและอธิบาย วเคราะหิ และ วินิจฉยั ชนิด สาเหต ุ กลไกการ เกิดโรค การเปลี่ยนแปลงทางโครงสรางและหนาที่ การดาเนํ ินโรค อันเนื่องจาก การบาดเจ็บและการตาย ของ เซลลและเนื้อเยอื่ • ประยุกตใชความร กู ับตัวอยางผ ูปวยทางคลินิก ในการวินิจฉัย รักษา สงเสริมสุขภาพและปองกันโรคได ผศ..พญ.. จุลุ ินทริ สําราญํ ,, พ..บ.,., ว..ว.. (พยาธิวิ ิทยากายวิ ิภาคิ ) ภาควิชาพยาธิ ิวิ ิทยาและนิ ิติ ิเวชศาสตริ คณะแพทยศาสตร มหาวิทยาลิ ัยนเรศวรั เนื้อหา เนื้อหา • คําจํากัดความของ “การบาดเจ็บของเซลล” (Definition of cell injury) • การบาดเจ็บและการตายของเซลลแบบ Necrosis (Cell injury and • สาเหตุที่ทําใหเซลลบาดเจ็บ (Cause of cell injury) necrosis); กลไกการเกิดการบาดเจ็บและตายของเซลล แบบ • การปรับตัวของเซลล (Cellular adaptations of growth and Necrosis, การเปลี่ยนแปลงทางโครงสรางของ Reversible Cell differentiation) Injury และ Cell Necrosis และ ผลกระทบทางคลินิกเมื่อเกิด Necrosis • การตอบสนองที่เกิดขึ้นภายในเซลล เมื่อเซลลบาดเจ็บ (Subcellular • การตายของเซลล แบบ Apoptosis responses to cell injury) • การสะสมของแคลเซี่ยมในและนอกเซลล • การสะสมของสารภายในเซลลและ Hyaline change (Pathology of Calcification) (Intracellular accumulation and Hyaline change) • การแกตัวของเซลล (Cellular aging) • Somatic death การบาดเจ็บของเซลล (Definition of cell injury) Neighboring cells Genetic programs Metabolic substrates • เซลลเปนหนวยเล็กที่สุดของรางกายประกอบดวย Organelles และ เอนไซม หลากหลายชนิด รวมกนทั ําหนาที่ตางๆ เพื่อความ คงอยูและทําหนาที่ไดอยางปกต ิ ที่เรยกวี า Normal Homeostasis Cell และ การที่เซลลจะคงอยูอยางปกติสุขไดนั้นยังขึ้นกับปจจัยอื่นๆ ไดแก สภาวะแวดลอมที่เหมาะสม การไดรับสารอาหารทจี่ ําเปน อยางพอเพียง และการกําจัดของเสียภายในเซลลอยางมี Normal Homeostasis ประสิทธิภาพ เปนตน Stimuli Stimuli • เมื่อเซลลสัมผัสกับ Stimuli จนเกดการบาดเจิ ็บนั้น การ ตอบสนองของเซลล (Cellular response) ที่เกิดขึ้นมีหลาย Normal Cell รูปแบบ ขึ้นอยึ้ ูกู ับั ชนิดของเซลลิ ท ี่ถี่ ูกกระตู ุนหรุ ือรบกวนื ชนิดและความริ ุนแรงของุ StimuliStimuli และระยะเวลาที่สี่ ัมผั ัสั Reversible or Irreversible กับั StimuliStimuli เชน กรณีกลามเนื้อหัวใจขาดเลือดไปเลี้ยง ไม การสูญเสีย เซลลมีพยาธิสภาพ เกิน 10 – 15 นาที กลามเนื้อหัวใจก็จะบาดเจ็บไมมาก การทํางานของเซลล สามารถปรับสูสภาพปกติได แตถานานกวา 1 ชวโมงั่ ผลที่ เกิดขึ้นตามมาคอื กลามเนื้อหัวใจตาย เปนตน Clinical Manifestration Cellular สาเหตุที่ทําใหเซลลบาดเจบ็ (Cause of cell injury) adaptation Stimuli รุนแรงนอย เม 1. การขาดออกซิเจน (Oxygen Deprivation) ื ่ อ Stimuli – ภาวะรางกายขาดออกซิเจน เรียกวา Hypoxemia - เกิดเนื่องจาก ย Stimuli รุนแรงนอย-ปานกลาง Reversible ั งคงม ความผิดปกติของระบบหัวใจและหลอดเลือด ระบบหายใจ ภาวะ Normal injury ี อย โลหิตจาง หรือ ภาวะ Carbon monoxide poisoning ทําใหรางกาย cell ู ตลอดเวลา ขาดออกซิเจน Stimuli รุนแรงมาก – สวนภาวะรางกายขาดเลือดไปเลี้ยง ที่เรียกวา Ischemia ทําใหเซลล บาดเจ็บรุนแรงกวา Hypoxemia เนื่องจากรางกายจะขาดทั้ง Irreversible ออกซิเจน และขาดสารอาหารสําคัญโดยเฉพาะ Glucose ซึ่งมา injury or Cell death พรอมกับกระแสเลือด นอกจากนั้นยังทําใหของเสียคั่งในรางกาย สวนที่ขาดเลือดไปเลี้ยงอีกดวย Diagram 1 การเปลี่ยนแปลงของเซลลเมื่อสัมผัสกับสิ่งกระตุน สาเหตุที่ทําใหเซลลบาดเจบ็ (Cause of cell injury) สาเหตุที่ทําใหเซลลบาดเจบ็ (Cause of cell injury) 3. สารเคมีและยาี (Chemical Agents and Drugs) 2. สิ่งกระตุนทางกายภาพ (Physical Agents) ชนิดของสารเคมีที่ทําใหเซลลบาดเจ็บและตายไดนั้นมี สิ่งกระตุนทางกายภาพ อันไดแก การบาดเจ็บจากอุบัติเหตุ มากมายหลายชนิด แมกระทั่ง Glucose เกลือ และ ออกซเจนิ ความรอน - ความเย็นจัด การเปลี่ยนแปลงของบรรยากาศ รังสี ถามีความเขมขนสูงๆก็ทําใหเซลลบาดเจ็บและตายได และกระแสไฟฟา เปนตน สาเหตุที่ทําใหเซลลบาดเจบ็ (Cause of cell injury) สาเหตุที่ทําใหเซลลบาดเจบ็ (Cause of cell injury) 4. เชื้อกอโรค (Infectious Agents) 5. ปฏิกิริยาทางภูมิคุมกันภายในรางกาย เชอทื้ ี่สามารถกอโรคไดมีมากมายหลายชนิด มีตั้งแต ขนาด (Immunologic Reactions) ภูมิคุมกันของรางกายมีหนาที่ตอตานและทําลายสิ่ง เล็กมากไมสามารถมองเห็นไดดวยตาเปลา เชน เชอไวรื้ ัส แปลกปลอมที่เขามาในรางกาย บางครงปฏั้ ิกิริยาภูมคิ ุมกันของ จนกระทั่งสามารถมองเห็นไดดวยตาเปลา เชน พยาธิตัวตืด หรอื รางกายนอกจากจะทําลายสิ่งแปลกปลอมแลว มีผลทําใหเกิด Large tapeworm นอกจากนั้นยังมีเชื้อที่มีขนาดอยูระหวางเชอทื้ ั้ง การบาดเจ็บและตายของเซลลไดเชนกัน นอกจากนั้นปฏิกิริยา สอง คือ เชอื้ Rickettsiae เชอแบคทื้ ีเรยี เชอราื้ และหนอนพยาธิ ภูมิคุมกันชนิด Anaphylactic reaction ตอส ิ่งแปลกปลอมหรือ ยารักษาโรค และ ภูมิคุมกันของรางกายที่ตอตานเซลล หรือ เนื้อเยอรื่ างกายตนเอง (Autoimmune reaction) ก็ทําใหเซลล บาดเจ็บและตายเชนก ัน สาเหตุที่ทําใหเซลลบาดเจบ็ (Cause of cell injury) สาเหตุที่ทําใหเซลลบาดเจบ็ (Cause of cell injury) 6. ความผิดปกติทางพันธุกรรม 7. ความผิดปกติของสารอาหาร (Nutritional Imbalances) (Genetic Derangements) ความผิดปกติของสารอาหาร มีทั้งการขาดสารอาหาร ถามีความผิดปกตทางพิ ันธุกรรมที่รุนแรงมาก ทําใหพิการ บางอยางทําใหเซลลบาดเจ็บและตาย เชน การขาดโปรตนและี ตั้งแตกําเนิด เชน Congenital malformations associated with แคลอร ี่ (Protein-calorie deficiencies) และ การขาดวตามิ ิน Down syndrome หรือ มีความผิดปกตทางพิ ันธุกรรมบางสวน เกลือแรบางชนิด นอกจากนั้น ภาวะที่สารอาหารบางอยางเก ิน หรือเฉพาะบางยีน ก็ทําใหเกิดโรคบางอยาง เชน Hemoglobin ความจาเปํ นก็เปนสาเหตุที่สําคัญในปจจุบัน เชน ภาวะคลอ S in sickle cell anemia และ Inborn errors of metabolism ทํา เรสเตอรอลในเลือดสูง (Hypercholesterolemia) กับการเกิดโรค ใหรางกายขาดเอนไซมบางอยาง เปนผลใหมีเมตาบอลิซึมที่ หลอดเลือดแข็ง (Arterosclerosis) และโรคอวน เปนตน ผิดปกติไป กลไกการบาดเจ็บของเซลล การสรางพลังงาน ATP ของเซลลไมเพียงพอ (Impaired Energy Production) 4 ระบบสําคํ ัญภายในเซลลั ท ี่มี่ ีผลตี อการบาดเจ ็บและตายของเซลล็ • ภาวะน้ําตาลในเลือดต่ํา หรือ Hypoglycemia • การสรางพลังงาน ATP ของเซลลไมเพียงพอ (Impaired Energy • Hypoxia; การขาดออกซิเจนของเซลล Production) • Enzyme Inhibition; กรณีของ Cyanide poisoning ซึ่ง ยับยงการั้ • ความผิดปกตเกิ ิดขนกึ้ ับโครงสรางและหนาที่ (Integrity) ของ ทํางานของเอนไซม Cytochrome oxidase ทําใหรางกายขาด ATP Cell membrane(Impaired Cell Membrane Function) อยางเฉียบพลัน • ความผิดปกติของสารพันธุกรรม หรอื Gene (Genetic • Uncoupling of Oxidative Phosphorylation; ในภาวะที่มีการ Alteration) บาดเจ็บแลวทําให Mitochondria swelling จะทําใหมีการแยกตัว • เมตาบอลิซึมผิดปกติ (Metabolic Derangements) ระหวาง Oxidation และ Phosphorylation ซึ่งอยในู Mitochondria ทําใหรางกายขาด ATP ตามมา Hypoglycemia Glucose Fatty acids (All cells) (Not all cells) Glycolysis Beta-Oxidation (cytosol) (cytosol) Acetyl-CoA + ผลทเกี่ ิดเมื่อ เซลลขาดพล ังงาน ATP Oxaloacetate Amino acid Gluconeogenesis Tricarboxylic Acid cycle NH3 NADH reduced NAD flavoprotein flavoprotein เมื่อขาดพลังงาน ATP ทุกเซลลจะมีผลกระทบ แตเซลลที่มี O Oxidative ผลกระทบเร็วและมากกวา คอเซลลื ที่มีการใชพลังงาน ATP 2 Phosphorylation H2O Hypoxemia (mitochondrion) ดังกลาวมาก หรอเซลลื ที่มี High basal metabolic rate โดยเฉพาะ เซลลสมอง ดังนั้น เมื่อเกดภาวะิ Hypoglycemia หรือ Hypoxia ADP ATP สิ่งที่ตามมาก็คือการเปลี่ยนแปลงของการรับรูสต ิ ที่เรียกวา Alternation of Conciousness Enzyme Failure Uncoupling Inhibition Diagram 2 การสรางพลังงานในระดับเซลล ผลทเกี่ ิดเมื่อ เซลลขาดพล ังงาน ATP ผลทเกี่ ิดเมื่อ เซลลขาดพล ังงาน ATP การเปลี่ยนแปลงที่เกิดขึ้นในระดับเซลล คือ • Change in Organelles • Intracellular Accumulation of Water and Electrolysis เมื่อมีการไหลของ น้ําและ Na+ จากภายนอก เขาสูภายในเซลล เมื่อขาดพลังงาน ATP ทําใหการทํางานของ The energy- แลว ผลตามมาก็คอื การบวมของ Organelles อื่นๆ เชน rough dependent sodium pump ที่ Cell membrane ทํางานผิดปกติ จึงเกิด Endoplasmic Reticulum บวมและเปนผลทําใหเกิดการแยกตัวของ การไหลของ น้ําและ Na+ จากภายนอก เขาสูภายในเซลล ทําให ribosome ออกจาก Endoplasmic Reticulum ทําใหเกิดความผิดปกติ เซลลบวมในระยะแรก นอกจากนั้นยังมีผลใหความเขมขนของเกลือ ของการสรางโปรตนี และยังทําให Mitochondria swelling เปนผลให แรตางๆ ภายในเซลลเปลี่ยนไป เมตาบอลิซึมก็จะผิดปกติตาม และ การสรางพลังงานที่ Mitochondria ยิ่งบกพรอง ดังนั้นรางกายจะยิ่ง ถายังคงขาดพลังงานตอไป ในระยะตอมาจะเก ิดผลกระทบจนเซลล ขาดพลังงาน ATP มากขึ้น ตายในที่สุด เซลลสรางพลังงานโดยไมใช เซลลขาดพลังงาน ATP ผลทเกี่ ิดเมื่อ เซลลขาดพล ังงาน ATP ออกซิเจน –Anaerobic metabolism เพิ่มของเสียและlactic acid ในเซลล • Switch to Anaerobic Metabolism Mitochrondria บวมและสราง ATP ไมได เมื่อรางกายขาดออกซิเจน เซลลจะปรับไปสรางพลังงานโดยใช Lysosome แตกและ การควบคุมการเขา-ออกของ ขบวนการที่ไมใชออกซิเจน (Anaerobic Metabolism) แทนทําใหมี ทําใหเอนไซม cell membrane ผิดปกติ lactic acid ในเซลลมากและมีคา pH ทลดลงเกี่ ิด Chromatin clumping ทําลายเซลลเอง และ Disruption of organelle membrane โดยเฉพาะถา lysosome แตก เอนไซมที่บรรจุใน lysosome ก็จะหลุดออกมาทําลายสวนตางๆ เซลลตาย การคั่งของน้ําและอิเล็ก ของเซลล สุดทายเซลลก็จะตาย โตรไลตในเซลล Ribosome หลุดจาก rER ทําใหสรางโปรตีนไมได เซลล และ organelles บวม Impaired Cell Membrane Function Impaired Cell Membrane Function • Membrane lysis by Enzymes;กรณีผูปวยโรคตับออนอักเสบ จะ เกิดเนื่องจาก พบมีการรั่วของเอนไซมภายในทอของตับออน ทําใหเอนไซม • Production of Free Radicals; Free Radicals หรือ อนุมูลอิสระ Lipase ไหลออกมาทําลาย Cell membrane ของเซลลไขมัน เปนโมเลกุลที่ไมคงตัว (Unstable Particle) สามารถทําปฏกิ ิริยา รอบๆตับออน แลวเกิดการตายของเซลลไขมันนั้น เรียกวา เคมีกับโมเลกุลขางเคียงแลวทําใหเกดการบาดเจิ ็บของเซลลได Enzymatic fat necrosis หรือ กรณีติดเชื้อ Clostridium perfringens • Activation of Complement system; Free Radicals กระตุน ซึ่งเชอชนื้ ิดดังกลาวนี้สรางเอนไซมทําลาย Cell membrane ทําให สารประกอบ Complement ในน้ําเลือด ทําใหมีการสราง C5b, เซลลตาย C6, C7, C8 และ C9 ที่จะทําปฏิกิรยากิ ับ Cell membrane คลาย • Membrane lysis by Physical and Chemical Agents; ความรอน กับเอนไซม Phospholipase ทําให Cell membrane เสียหาย จัด หรอื เย็นจัด และ สารเคมีบางชนิดสามารถทําลาย Cell membrane ไดโดยตรง Impaired Cell Membrane Function ผลทเกี่ ิดเมื่อ Impaired Cell Membrane Function • Loss of Structural Integrity; เมื่อมีการทําลาย Cell membrane จะทําใหเซลล • Membrane lysis by Viruses; เชอไวรื้ ัสสามารถทําลายเซลลไดทั้ง