Poškodenie buniek pri ischémii a hypoxii
V klinickej praxi je to najčastejšie poškodenie buniek a tkanív. Ako sme už spomínali, hypoxia je nedostatok kyslíka, zatiaľ čo sú naďalej z krvi dodávané živiny a je možná počas určitého času anaérobná glykolýza a kyselina mliečna sa odvádza z krvi. Naprotitomu procesu, proces nedokrvenia (ischémie) nevedie iba ku nedostatku kyslíka ale aj živín, kyselina mliečna, ktorá sa nahromadila v procese anaérobnej glykózy, rýchlo zakysľuje prostredie. Zmeny pri ischémii (nedokrvení) vystupujú rýchlejšie ako pri samotnej hypoxii (neokysličení).
Poškodenie na začiatku je možné zvrátiť, ale potom sa stane nezvratným. Pokiaľ zostane obnovená dodávka krvi, tak paradoxne na prvej etape reperfuzie narastá poškodenie a množstvo buniek poškodených neodvratne, a až potom sa zlepšuje stav tkaniva. Postupne budeme hovoriť o mechanizmoch poškodenia bunky.
Zvratné poškodenie
Zásadným a prvým bodom v mechanizme poškodenia bunky pri neokysličení je zastavenie tvorby ATP v procese oxidačnej fosforylácie v mitochondriách. Nedostatok ATP vyvoláva množstvo ďalších zmien.
Sodíková pumpa
Nedostatok ATP vedie ku strate správneho aktívneho prenosu a kumulácii sodíka spolu s vodou v bunke, a strate draslíka do medzibunkového priestoru. Navyše hromadenie vody vplýva na rast osmotického tlaku v bunke, z dôvodu zvýšenia katabolizmu , ktorý stúpol s cieľom dodania medziproduktov na tvorbu ATP. Bunka je opuchnutá, opuchnuté sú tiež mitochondrie, rozšírené sú kanály endoplazmatického retikula.
Energetický metabolizmus
Inhibícia (potlačenie) oxidačnej fosforylácie prinúti bunku ku anaérobnej glykolýze a produkcii ATP tou menej efektívnou cestou. Rastie a tým viac sa zvyšuje glykogenolýza. Rýchlo ubúda glykogénu a hromadiaca sa kyselina mliečna spôsobuje zakyslenine.
Zníženie syntézy bielkovín. Syntéza bielkovín podlieha potlačeniu nie len z dôvodu samotného nedostatku energie ale tiež dochádza ku oddeleniu ribozómov od drsného endoplazmatického retikula a ku disociácii polyzómov na monozómy.
Funkcionálne zmeny
Popísaný nedostatok ATP a sekundárne zmeny vedú ku funkčným poruchám. Ako je už spomenuté po upchaní vencovitej tepny v priebehu 1-2 minút prichádza ku strate kontraktility neokysličeného svalu.
Ale nerovná sa to smrti kardiomyocytov ( o tom neskôr).
Ďalšie zmeny
Pretrvávanie hypoxie vedie ku ďalším zmenám, napr. dezorganizácii cytoskeletu (strata mikroklkov, vznik vypuklín bunkovej membrány, ktoré môžeme porovnať s dekubitmi, degradácia fosfolipidov bunkových membrán s vytváraním viditeľných ultraštrukturálnych tzv. myelinových teliesok. Postupuje poškodenie bunky a čoraz viac sú viditeľné zmeny, ale tieto zmeny sú naďalej zvratné a môžu sa vrátiť s obnovením dodávky kyslíka.
Nezvratné zmeny
Bunky vystavené na značné a predĺžujúce sa neokysličenie alebo úplne chýbajúci kyslík nemôžu sa vrátiť do prvotného stavu a odumierajú. Odtiaľ termín nevratné poškodenie. Mofologické nezvratné poškodenie môže byť rozpoznané podľa typických zmien v bunkovom jadre, strate integrity bunky a pretrhnutiami bunkovej membrány. Funkčné testy vykazujú , že činnosť bunkového jadra zostala prerušená, produkcia energie v mitochondriách klesla pod požadované minimum pre život a nemôže sa vrátiť do normálnej úrovne a funkčnosť bunkovejmembrány je nevratne stratená. Neodvratné poškodenie buniek môže byť rozpoznávané cez charakteristické ultraštrukturálne zmeny a časť zmien je viditeľná svetelným mirkoskopom. Najcharaktistickejšie zmeny sú v bunkovom jadre. Bez správne funkčného jadra bunky, nemôže bunka prežiť.
Poškodenie jadra môže mať tri morfologické formy:
- Pyknóza - je to značné zahustenie chromatínu bunkového jadra (pyknos - hustý (grécky))
- Karyorrhexis - fragmentácia jadra bunky na malé zahustené fragmenty (karyon - jadro a rrhexis - praskntunie)
- karyolysis - rozpustenie štruktúry jadra a chromatínov enzýmami narp. DNA-áza a RNA- áza
V mitochondriách ultraštrukturálne je viditeľné vysoké zahustenie matrice. Cytoplazma podlieha frangmentácii. Obsah odumrelých buniek sa dostáva do mimobunkovej tekutiny a je vylúčená krvným obehom. Enzými cytoplazmi aké ako: aspartátaminotransferáza, laktár dehydrogenázy. Laktát dehydrogenázy, kreatinkináza alebo troponíny (zo srdcového svalu), keď sa dostanú do krvného obehu môžu byť merateľné v krvi ako ukazovateľ poškodenie buniek. Úroveň týchto enzýmov a bielkovín je zvýšená pri infarkte.
"Opuchnuté" sú lyzozómi, a rozšírené kanály endoplazmatického retikula. Z poškodených lyzozómov sú vylúčenéhydrolázy, ktoré sú aktivované. Po prvotnom zakyslení cytoplazmy dochádza ku neutralizácií a dokonca ku alkalizácii. V experimentálnych podmienkách acidóza do určitej miery chráni pred smrteľným poškodením buniek (vplyv na aktivitu fosfolipázy a zvýšený výskyt mitochondriálnej priepustnosti). Široké spektrum lysozomálnych enzýmov môže viesť ku deštrukcii všetkých zložiek bunky.
Bunka nakoniec podľahne úplnej degradácii, zmení sa na homogénnu hmotu, ktorá môže kalcifikovať (dystrofická kalcifikácia).
Hovorili sme o slede udalostí pri zvratnom poškodení a potom pri nezvratnom. Ale v ktorom momente bunka vlastne umiera? Je potrebné úprimne povedať, že toto nie je známe, a nakoniec mýtický bod odkiaľ niet návratu, po prekročení ktorého bunka umiera, zdá sa byť meniteľný v čase a aj priestore.
Všeobecne musíme súhlasít, že najdôležitejšie pre nezvratnosť poškodenia bunky je trvalépoškodenie bunkových membrán, čo sa spája s disfunkciou mitochondrií, poklesom hladiny ATP, inluxom (prienikom) vápnika a pod. Všeobecne, zdravá bunka vykazuje v určitej miere samostatnosť funkcií nezávislých od prostredia. Bunka neodvratne poškodená stratila túto ohraničenú suverenitu a prestala o ňu bojovať.
Zhrňme si, čo je príčinou toho uzlovému významu neodvratného poškodenia bunkových membrán:
Disfunkcia mitochondrií
Vzrast úrovne vápnika v cytosole v prípade poklesu hladiny ATP spôsobuje vyššiu sekvestráciu vápnika v mitochondriách, čo aktivuje fosfolipázy a prispieva ku nahromadeniu voľných mastných kyselín. To všetko spôsobuje zvýšenie priepustnosti vnútornej mitochondriálnej membrány a nemožnosť udržania potenciálu (a navyše nemožnosť tvorby ATP - mitochondrial permeability transition). Rovnako vzrastá priepustnosť vonkajšej mitochondriálnej membrány.
Strata fosfolipidových membrán
Deje sa tak pričinením aktivácie fosfolipáz, aktivovaných zvýšenou hladinou vápnika a cytosolu. Znížená je tiež produkcia a aj reutilizácia (opätovné použitie) fosfolipidov.
Deštrukcia cytoskeletu
Aktivovanie proteázy môže tráviť nie len samotný cytoskelet ale aj jeho ukotvenia na bunkové membrány. Bunku to robí deformovateľnou, ale tiež zvyšuje náchylnosť na poškodenia, tým viac ak je bunka opuchnutá.
Reaktívne formy kyslíka
Voľné radikály a iné formy kyslíka reagujú (zvlášť na mieste dvojitých väzieb) s fosfolipidmi membrán a tvoria nestále cyklické peroxidy. Význam toho typu poškodenia je ešte väčšie počas reperfúzie.
Produkty rozpadu fosfolipidov
Neesterifikované voľné mastné kyseliny a iné produkty rozpadu fosfolipidov pôsobia na membrány ako detergenty. Okrem toho sa môžu začleňovať do membrán a potenciálne tak zvyšovať ich priepustnosť.
Strata aminokyselín
Experimentálne bolo potvrdené, že glycín chráni naše bunky pred nevratným poškodením membrán a chráni pred vapnikovo-železnatou smrťou buniek pri nedostatku ATP.
Stále sa vraciame k jednému sledu udalosti. Pri hypoxii máme dočinenia z inhibíciou oxidatívnej fosforylácie, nedostatkom ATP a poškodením (zvýšením priepustnosti) bunkových membrán. Cez poškodenú membránu preteká vápnik z medzibunkovej tekutiny. Tento vápnik (ktorý preteká ešte viac pri reperfúzii) smrteľne poškodzuje mitochondrie a aktivuje množstvo enzýmov, ktoré dokončia dielo koagulačnej nekrózy.
Súvisice články:
Natívny kolagén DNA. Inžinierstvo kože najvyššej triedy! - čítajte TU
Natívne kolagény - čítajte TU
Pre nadšencov vedy o omladzovaní. Hladná koža? - čítajte TU
Je možné Kolagén DNA používať pri liečení rán a popálenín? - čítajte TU
Ako používať kolagéne DNA - čítajte TU
Zdroj : https://kolagendna.pl/2016/05/11/uszkodzenie-komorek-w-niedokrwieniu-i-niedotlenieniu/>