第三節 細胞死亡
各種損傷嚴重時,細胞發生不可逆性代謝、結構和功能障礙,稱為細胞的死亡(cell death)。細胞死亡主要有兩種類型:壞死和凋亡。
一、壞死
活體內局部組織、細胞的死亡稱為壞死(necrosis)。凡是能引起損傷的因子,只要其作用達到一定的強度或持續一定時間,即可引起局部組織和細胞的死亡,但大多壞死是由可逆性損傷發展而來。壞死的形態變化可以是由損傷細胞內的水解酶降解所致,也可以由游走來的白細胞釋放的水解酶的作用引起。壞死組織細胞的代謝停止,功能喪失,表現出一系列形態變化。
(一)壞死的原因
引起壞死的原因很多,可歸納為以下幾類:
1.缺氧 缺氧是常見且重要的細胞損傷和死亡的原因。缺氧可分為全身性和局部性,常見動脈粥樣硬化、血栓形成等導致的缺血缺氧、高山缺氧、呼吸系統疾病、CO中毒、氰化物中毒等。
2.物理因素 物理性損傷包括高溫、低溫、機械性、電流和射線等因素。
3.化學因素 許多化學物質可造成組織細胞的壞死。如四氯化碳、砷化物、有機磷農藥、氰化物和汞化物等。它們對組織、細胞損傷的程度,往往與毒物的濃度、作用持續時間以及機體對毒物的吸收、代謝和排泄有關。
4.生物因素 引起細胞損傷最常見的原因是生物因子。其種類繁多,如真菌、螺旋體、立克次體、細菌、支原體、衣原體、病毒和寄生蟲等。
5.免疫因素 免疫功能低下或缺陷時,機體易發生反復感染。變態反應可引起組織、細胞的損傷,如支氣管哮喘、風濕病、彌漫性腎小球腎炎等疾病都與變態反應有關。
6.遺傳因素 遺傳缺陷能造成細胞結構、功能和代謝等異常或某種物質缺乏,使組織對造成損傷原因的易感性升高,引起相應疾病。
(二)壞死的基本病變
肉眼觀,如壞死組織范圍小常不能辨認;即使壞死組織范圍較大,早期肉眼觀察也不易識別。臨床上把壞死的組織稱為失活組織。一般失活組織外觀無光澤,比較混濁,失去正常組織的彈性;因無正常的血液供給而溫度較低,摸不到血管搏動,在清創術中切除失活組織時,沒有新鮮血液自血管流出;失活組織失去正常感覺(皮膚痛、觸痛)及運動功能(腸管蠕動)等變化。上述各點并非失活組織的絕對指征,因此要全面觀察、綜合判斷。
鏡下觀,要在細胞壞死后幾個小時才能識別。
1.細胞核的改變 細胞核的改變是細胞壞死的主要形態學標志,表現為:①核濃縮,核脫水使染色質濃縮,染色變深,核體積縮小,嗜堿性增強;②核碎裂,核膜破裂,核染色質崩解為小碎片,分散在胞漿內;③核溶解,在酶的作用下,染色質的DNA分解,細胞核失去對堿性染料的親和力,因而染色變淡,甚至只能見到核的輪廓。最后,核的輪廓也完全消失(圖2-11)。 壞死細胞核的上述變化過程,可因損傷因子作用的強弱和發展過程的快慢而出現不同改變。損傷因子作用較弱病變經過緩慢時(如缺血性梗死),細胞核的變化可以從核固縮、核碎裂、核溶解順序逐漸發生;損傷因子強烈、發展急劇(如中毒)時,細胞核改變常可直接表現為核溶解。
2.細胞質的改變 由于胞質嗜堿性物質核蛋白體逐漸減少喪失、胞質變性蛋白質增多、糖原顆粒減少等原因,使壞死細胞胞漿呈嗜酸性與酸性染料伊紅的結合力增高。
3.間質的改變 在各種溶解酶的作用下,間質的基質崩解,膠原纖維腫脹、崩解、斷裂或液化。壞死的細胞和崩解的間質融合成一片模糊的顆粒狀、無結構的紅染物質。
(三)壞死的類型
酶的分解作用和蛋白質變性在不同壞死組織中的占比不同,壞死組織可表現出不同的的形態學改變,通常分為凝固性壞死、液化性壞死和纖維蛋白樣壞死三個基本類型和壞疽等一些特殊類型。
1.凝固性壞死 壞死組織內蛋白質變性凝固且溶酶體酶分解作用較弱時,壞死區呈灰黃或黃白色、比較干燥、質地結實的狀態,稱為凝固性壞死(coagulative necrosis)。凝固性壞死常見于心、腎、脾等實質器官的缺血性壞死(圖2-12)。鏡下觀,可見壞死組織的細胞細微結構消失,但組織結構的輪廓依然存在,壞死區周圍形成充血、出血和炎癥反應帶,與健康組織分界較清楚。
干酪樣壞死,主要見于由結核桿菌引起的壞死,壞死區含有較多的脂質而呈黃色,質軟,狀似干酪。是一種特殊類型的凝固性壞死。干酪樣壞死組織分解比較徹底,鏡下觀不見組織結構殘影,只見一些紅染的無結構顆粒物質(圖2-13)。
2.液化性壞死 壞死組織中可凝固的蛋白質少,富含水分和磷脂,或壞死細胞自身及浸潤的中性粒細胞等釋放大量水解酶,使細胞組織壞死后易發生溶解液化,稱為液化性壞死(liquefactive necrosis)。液化性壞死多見于細菌或真菌感染引起的膿腫、缺血缺氧引起的腦軟化及細胞水腫發展而來的溶解性壞死等。
脂肪壞死,屬于液化性壞死,分為酶解性和外傷性兩種。前者常見于急性胰腺炎時,此時胰腺組織受損,胰酶外逸并被激活,引起胰腺自身及其周圍器官的脂肪組織分解為脂肪酸與甘油,其中的脂肪酸與鈣結合形成鈣皂,常呈灰白色斑點或斑塊。后者多見于乳房,此時受損傷的脂肪細胞破裂,脂滴外逸,并常在乳房內形成腫塊。
3.纖維蛋白樣壞死 纖維蛋白樣壞死(fibrinoid necrosis),也稱纖維素樣壞死,是發生在結締組織和小血管壁的一種壞死。鏡下觀,病變部位的組織結構消失,變為境界不甚清晰的顆粒狀、小條或小塊狀無結構物質,呈強嗜酸性,似纖維蛋白,有時纖維蛋白染色呈陽性,故稱此為纖維蛋白樣壞死(圖2-14)。常見于急性風濕病、系統性紅斑狼瘡、腎小球腎炎等變態反應性疾病,惡性高血壓病、消化性潰瘍的小血管壁甚至正常胎盤絨毛的血管壁也可發生,與膠原纖維腫脹崩解、結締組織免疫球蛋白沉積、或血漿纖維蛋白滲出變性有關。
4.壞疽 局部組織大塊壞死后繼發腐敗菌的感染,稱為壞疽( gangrene)。壞死組織經腐敗菌分解產生硫化氫,后者與血紅白中分解出來的鐵相結合形成硫化鐵,使壞死組織呈黑色。壞疽分為以下三種類型:
(1)干性壞疽 發生于四肢末端,多見于足。因動脈粥樣硬化、血栓閉塞性脈管炎和凍傷等疾患使動脈阻塞,靜脈回流仍通暢,再加上體表水分易于蒸發,故壞死組織的水分少,病變部位干燥皺縮,呈黑褐色,與周圍健康組織之間有明顯的分界線(圖2-15)。由于壞死組織比較干燥,因此腐敗菌生長繁殖緩慢,全身中毒癥狀一般較輕。
(2)濕性壞疽 多發生于與外界相通的內臟器官,如腸、子宮、肺、膽囊、闌尾等,也可見于動脈阻塞靜脈回流受阻的四肢。壞死組織含水分較多,腐敗菌感染嚴重,局部明顯腫脹,呈暗綠色或污黑色,與周圍正常組織界限不清(圖2-16)。腐敗菌分解蛋白質,產生吲哚、糞臭素等,造成惡臭。病變發展較快,可引起全身中毒癥狀,甚至可危及生命。
(3)氣性壞疽 為濕性壞疽的一種特殊類型,主要見于嚴重的深達肌肉的開放性創傷合并產氣莢膜梭菌等厭氧菌感染時。細菌分解壞死組織時產生大量氣體,使病變區明顯腫脹、蜂窩狀、棕黑色,按之有“捻發”音,伴有惡臭。氣性壞疽病變發展迅速,中毒癥狀明顯,可發生中毒性休克,常危及生命。
(四)壞死的結局
1.溶解吸收 較小的壞死灶,可由來自壞死組織本身和中性粒細胞釋放的蛋白水解酶將其分解液化,然后由淋巴管或血管吸收,不能吸收的碎片則由巨噬細胞吞噬消化,留下的組織缺損,則由細胞再生或肉芽組織予以修復。壞死細胞溶解,可引發周圍組織急性炎癥反應。
2.分離排出 較大壞死灶不易完全吸收,其周圍發生炎癥反應,白細胞釋放蛋白水解酶,加速壞死邊緣壞死組織的溶解吸收,使壞死組織與健康組織分離。發生于皮膚或黏膜的壞死組織,脫落后形成缺損,淺者,稱為糜爛;較深的缺損稱為潰瘍。腎、肺等內臟器官壞死組織液化后可經自然管道排出,留下空腔,成為空洞。深部組織壞死后形成的只開口于皮膚或黏膜的盲管,稱為竇道。體表與空腔器官之間或空腔器官與空腔器官之間兩端開口的病理性通道稱為瘺管。
3.機化與包裹 壞死組織如不能完全溶解吸收或分離排出,則由周圍的肉芽組織長入并逐漸將其取代,最后變成瘢痕組織。這種由新生肉芽組織取代壞死組織或其他異常物質(如血栓等)的過程稱為機化(organization)。壞死組織范圍較大,或壞死組織難以溶解吸收,或不能完全機化,則由周圍組織增生的肉芽組織將其包圍,稱為包裹。
4.鈣化 壞死組織可繼發營養不良性鈣化,如結核病灶內干酪樣壞死的鈣化。
二、凋亡
凋亡(apoptosis)是機體內單個細胞的程序性死亡。是由體內外因素觸發細胞內預存的死亡程序而導致的細胞主動性死亡方式,通常不引發周圍組織炎癥反應。細胞凋亡普遍存在于生物界,不僅發生于生理狀態下,也發生于病理狀態下。由于細胞凋亡對胚胎發育及形態發生、組織內正常細胞群的穩定、機體的防御和免疫反應、疾病或中毒時引起的細胞損傷、老化、腫瘤的發生進展起著重要作用,并具有潛在的治療意義。鏡下觀,一般累及單個或少數幾個細胞,細胞呈圓形,胞漿紅染,細胞核染色質聚集成團塊狀。
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