Обратимое повреждение клетки

Обратимое повреждение клетки — это ранняя, сублетальная стадия повреждения клетки, при которой структура и функция клетки нарушены, но она все еще может восстановиться, если повреждающий стимул будет устранен. Морфологически оно характеризуется клеточным отеком (гидропическая дистрофия) и, в некоторых тканях, жировой дистрофией, а биохимически — истощением АТФ, нарушением работы ионных насосов и накоплением жидкости и метаболитов. Обратимое повреждение предшествует необратимым изменениям, которые приводят клетку к гибели.

Definition

Обратимое повреждение клетки — это стадия повреждения клетки, при которой функциональные и структурные изменения — в частности, клеточный отек и жировая дистрофия, обусловленные истощением АТФ и дисрегуляцией ионов — обратимы при условии устранения повреждающего стимула до точки невозврата.

Scope

Эта тема охватывает биохимические механизмы сублетального повреждения, его два основных морфологических проявления (клеточный отек и жировая дистрофия), а также концепцию порога, который отделяет восстановимое повреждение от необратимого повреждения, ведущего к гибели клетки. Основное внимание уделяется гипоксическому/ишемическому и окислительному повреждению как прототипическим причинам и рассматривается переход к необратимости, а не сами пути гибели, которые освещаются в смежных темах.

Core questions

• Какие биохимические события определяют сублетальное повреждение до точки невозврата?
• Почему клетка отекает и что означает гидропическая дистрофия?
• Что отделяет обратимое повреждение от необратимого на клеточном уровне?
• Как восстановление кровотока может парадоксальным образом усугубить повреждение?

Key concepts

• Клеточный отек (гидропическая дистрофия)
• Жировая дистрофия (стеатоз)
• Истощение АТФ и нарушение работы ионных насосов
• Накопление внутриклеточного кальция
• Активные формы кислорода
• Точка невозврата
• Ишемически-реперфузионное повреждение

Mechanisms

Наиболее частой причиной обратимого повреждения является гипоксия, часто возникающая в результате ишемии, которая нарушает окислительное фосфорилирование и истощает АТФ. Снижение уровня АТФ нарушает работу натриевого насоса плазматической мембраны, в результате чего натрий и вода поступают в клетку, вызывая отек, который определяет гидропическую дистрофию; эндоплазматический ретикулум расширяется, а отсоединение рибосом снижает синтез белка. Анаэробный гликолиз снижает внутриклеточный pH и истощает гликоген. Нарушение обмена кальция и образование активных форм кислорода добавляют дополнительный стресс. Если кислород восстанавливается до того, как повреждение митохондрий и мембран станет серьезным, эти изменения обращаются вспять; в противном случае клетка пересекает порог, характеризующийся глубокой митохондриальной дисфункцией и разрывом мембран, переходя в необратимое повреждение. Реперфузия ишемизированной ткани может парадоксальным образом усиливать повреждение за счет выброса активных форм кислорода и перегрузки кальцием.

Clinical relevance

Обратимое повреждение лежит в основе потенциала спасения тканей при восстановлении перфузии или оксигенации, что является принципом, актуальным для ишемических состояний сердца, мозга и других органов. Жировая дистрофия печени является известным маркером метаболического и токсического стресса. Эта статья описывает механизмы для справки и не содержит диагностических критериев или рекомендаций по лечению.

Evidence & guidelines

Механистическое описание здесь основано на экспериментальной патологии и физиологии, обобщенных в стандартных справочниках; клиническая значимость обратимого окна иллюстрируется обширными исследованиями ишемически-реперфузионного повреждения, хотя ни одно конкретное руководство не регулирует концепцию на клеточном уровне.

History

Биохимическое изучение обратимого повреждения развивалось в середине и конце двадцатого века в рамках экспериментальной патологии, которая использовала контролируемые модели ишемии для картирования последовательности истощения АТФ, ионных сдвигов и отека, а также для определения морфологической и функциональной точки, в которой повреждение становится необратимым. Более поздние работы по активным формам кислорода и реперфузии уточнили понимание того, как происходит переход к гибели клетки.

Debates

Что именно отмечает точку невозврата?

Тяжелая митохондриальная дисфункция и потеря целостности мембран широко считаются признаками необратимости, но определение точного, измеримого порога, который отделяет спасаемую клетку от обреченной, остается сложным и зависит от типа клетки и повреждающего воздействия.

Key figures

• Benjamin Trump
• Derek Yellon
• Derek Hausenloy

Seminal works

• kumar-robbins-2020
• hausenloy-yellon-2013

Frequently asked questions

Каков самый ранний признак обратимого повреждения клетки под микроскопом?

Клеточный отек, также называемый гидропической или вакуольной дистрофией, является первым и наиболее распространенным морфологическим проявлением, отражающим нарушение работы энергозависимых ионных насосов и приток воды.

Может ли клетка восстановиться после точки невозврата?

Нет. По определению, точка невозврата отмечает переход к необратимому повреждению, после которого клетка погибнет, даже если исходный стимул будет устранен и перфузия будет восстановлена.