การบาดเจ็บของเซลล์แบบย้อนกลับได้

การบาดเจ็บของเซลล์แบบย้อนกลับได้เป็นระยะเริ่มต้นของการบาดเจ็บของเซลล์ที่ไม่ถึงแก่ชีวิต ซึ่งโครงสร้างและหน้าที่ของเซลล์ผิดปกติไป แต่ยังสามารถฟื้นตัวได้หากมีการกำจัดสิ่งกระตุ้นที่เป็นอันตรายออกไป ลักษณะทางสัณฐานวิทยาคือเซลล์บวม (การเปลี่ยนแปลงแบบไฮโดรปิก) และในเนื้อเยื่อบางชนิดมีการเปลี่ยนแปลงแบบไขมันสะสม และในทางชีวเคมีคือการพร่อง ATP, ความล้มเหลวของปั๊มไอออน, และการสะสมของของเหลวและเมตาบอไลต์ การบาดเจ็บแบบย้อนกลับได้จะเกิดขึ้นก่อนการเปลี่ยนแปลงแบบย้อนกลับไม่ได้ซึ่งนำไปสู่การตายของเซลล์

Definition

การบาดเจ็บของเซลล์แบบย้อนกลับได้เป็นระยะหนึ่งของการบาดเจ็บของเซลล์ที่การเปลี่ยนแปลงทางหน้าที่และโครงสร้าง — โดยเฉพาะอย่างยิ่งเซลล์บวมและการเปลี่ยนแปลงแบบไขมันสะสมที่เกิดจากการพร่อง ATP และการควบคุมไอออนที่ผิดปกติ — สามารถฟื้นตัวได้หากสิ่งกระตุ้นที่เป็นอันตรายถูกกำจัดออกไปก่อนถึงจุดที่ไม่อาจย้อนกลับได้

Scope

หัวข้อนี้ครอบคลุมกลไกทางชีวเคมีของการบาดเจ็บที่ไม่ถึงแก่ชีวิต การแสดงออกทางสัณฐานวิทยาหลักสองประการ (เซลล์บวมและการเปลี่ยนแปลงแบบไขมันสะสม) และแนวคิดเรื่องเกณฑ์ที่แยกการบาดเจ็บที่สามารถฟื้นตัวได้จากการบาดเจ็บที่ไม่สามารถย้อนกลับได้ซึ่งนำไปสู่การตายของเซลล์ โดยเน้นที่การบาดเจ็บจากภาวะขาดออกซิเจน/ภาวะขาดเลือด และการบาดเจ็บจากปฏิกิริยาออกซิเดชันในฐานะสาเหตุต้นแบบ และกล่าวถึงการเปลี่ยนผ่านสู่ภาวะย้อนกลับไม่ได้ ไม่ใช่เส้นทางการตายของเซลล์โดยตรง ซึ่งครอบคลุมในหัวข้อที่เกี่ยวข้อง

Core questions

• เหตุการณ์ทางชีวเคมีใดที่บ่งบอกถึงการบาดเจ็บที่ไม่ถึงแก่ชีวิตก่อนถึงจุดที่ไม่อาจย้อนกลับได้?
• ทำไมเซลล์จึงบวม และการเปลี่ยนแปลงแบบไฮโดรปิกมีความหมายอย่างไร?
• อะไรคือสิ่งที่แยกการบาดเจ็บแบบย้อนกลับได้จากการบาดเจ็บแบบย้อนกลับไม่ได้ในระดับเซลล์?
• การฟื้นฟูการไหลเวียนของเลือดสามารถทำให้การบาดเจ็บแย่ลงได้อย่างน่าประหลาดใจได้อย่างไร?

Key concepts

• เซลล์บวม (การเปลี่ยนแปลงแบบไฮโดรปิก)
• การเปลี่ยนแปลงแบบไขมันสะสม (steatosis)
• การพร่อง ATP และความล้มเหลวของปั๊มไอออน
• การสะสมแคลเซียมภายในเซลล์
• อนุมูลอิสระ
• จุดที่ไม่อาจย้อนกลับได้
• การบาดเจ็บจากการขาดเลือดและคืนเลือด

Mechanisms

สาเหตุที่พบบ่อยที่สุดของการบาดเจ็บแบบย้อนกลับได้คือภาวะขาดออกซิเจน ซึ่งมักเกิดจากภาวะขาดเลือด ซึ่งขัดขวางการสร้างพลังงานแบบออกซิเดชันและทำให้ ATP พร่องไป การลดลงของ ATP ทำให้ปั๊มโซเดียมที่เยื่อหุ้มเซลล์ทำงานผิดปกติ ส่งผลให้โซเดียมและน้ำเข้าสู่เซลล์ ทำให้เกิดอาการบวมซึ่งเป็นลักษณะของการเปลี่ยนแปลงแบบไฮโดรปิก; ร่างแหเอนโดพลาซึมขยายตัวและไรโบโซมหลุดออกทำให้การสังเคราะห์โปรตีนลดลง ไกลโคไลซิสแบบไม่ใช้ออกซิเจนทำให้ pH ภายในเซลล์ลดลงและไกลโคเจนพร่องไป การจัดการแคลเซียมที่ผิดปกติและการสร้างอนุมูลอิสระเพิ่มความเครียดมากขึ้น หากออกซิเจนกลับคืนมาก่อนที่ไมโทคอนเดรียและเยื่อหุ้มเซลล์จะเสียหายอย่างรุนแรง การเปลี่ยนแปลงเหล่านี้จะย้อนกลับได้; หากไม่เป็นเช่นนั้น เซลล์จะข้ามเกณฑ์ที่แสดงโดยการทำงานผิดปกติอย่างรุนแรงของไมโทคอนเดรียและการแตกของเยื่อหุ้มเซลล์เข้าสู่การบาดเจ็บแบบย้อนกลับไม่ได้ การคืนเลือดสู่เนื้อเยื่อที่ขาดเลือดอาจทำให้ความเสียหายรุนแรงขึ้นอย่างน่าประหลาดใจผ่านการระเบิดของอนุมูลอิสระและการสะสมแคลเซียมมากเกินไป

Clinical relevance

การบาดเจ็บแบบย้อนกลับได้เป็นพื้นฐานของศักยภาพในการกอบกู้เนื้อเยื่อเมื่อมีการฟื้นฟูการไหลเวียนโลหิตหรือการให้ออกซิเจน ซึ่งเป็นหลักการที่เกี่ยวข้องกับภาวะขาดเลือดของหัวใจ สมอง และอวัยวะอื่นๆ การเปลี่ยนแปลงแบบไขมันสะสมในตับเป็นเครื่องหมายที่คุ้นเคยของความเครียดจากการเผาผลาญและสารพิษ ข้อมูลนี้อธิบายกลไกเพื่อการอ้างอิงและไม่ได้ให้เกณฑ์การวินิจฉัยหรือคำแนะนำในการรักษา

Evidence & guidelines

คำอธิบายกลไกในที่นี้อ้างอิงจากการศึกษาพยาธิวิทยาและสรีรวิทยาเชิงทดลองที่รวบรวมไว้ในเอกสารอ้างอิงมาตรฐาน ความสำคัญทางคลินิกของช่วงเวลาที่สามารถย้อนกลับได้แสดงให้เห็นจากการวิจัยอย่างกว้างขวางเกี่ยวกับการบาดเจ็บจากการขาดเลือดและคืนเลือด แม้ว่าจะไม่มีแนวทางปฏิบัติเดียวที่ควบคุมแนวคิดระดับเซลล์นี้

History

การศึกษาทางชีวเคมีของการบาดเจ็บแบบย้อนกลับได้พัฒนาขึ้นในช่วงกลางและปลายศตวรรษที่ 20 ผ่านพยาธิวิทยาเชิงทดลอง ซึ่งใช้แบบจำลองภาวะขาดเลือดที่ควบคุมได้เพื่อทำแผนที่ลำดับของการพร่อง ATP การเปลี่ยนแปลงของไอออน และการบวม และเพื่อกำหนดจุดทางสัณฐานวิทยาและหน้าที่ที่การบาดเจ็บกลายเป็นสิ่งที่ย้อนกลับไม่ได้ งานวิจัยในภายหลังเกี่ยวกับอนุมูลอิสระและการคืนเลือดได้ปรับปรุงความเข้าใจว่าการเปลี่ยนผ่านไปสู่การตายของเซลล์เกิดขึ้นได้อย่างไร

Debates

อะไรคือสิ่งที่บ่งบอกถึงจุดที่ไม่อาจย้อนกลับได้อย่างแท้จริง?

การทำงานผิดปกติอย่างรุนแรงของไมโทคอนเดรียและการสูญเสียความสมบูรณ์ของเยื่อหุ้มเซลล์เป็นที่ยอมรับกันอย่างกว้างขวางว่าเป็นตัวบ่งชี้ภาวะย้อนกลับไม่ได้ แต่การระบุเกณฑ์ที่แม่นยำและวัดผลได้ซึ่งแยกเซลล์ที่สามารถกอบกู้ได้ออกจากเซลล์ที่ถึงวาระยังคงเป็นเรื่องยากและขึ้นอยู่กับชนิดของเซลล์และสิ่งกระตุ้น

Key figures

• Benjamin Trump
• Derek Yellon
• Derek Hausenloy

Seminal works

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

Frequently asked questions

อะไรคือสัญญาณแรกสุดของการบาดเจ็บของเซลล์แบบย้อนกลับได้ภายใต้กล้องจุลทรรศน์?

เซลล์บวม หรือที่เรียกว่าการเปลี่ยนแปลงแบบไฮโดรปิกหรือแวคิวโอลาร์ เป็นการแสดงออกทางสัณฐานวิทยาแรกสุดและพบบ่อยที่สุด ซึ่งสะท้อนถึงความล้มเหลวของปั๊มไอออนที่ต้องใช้พลังงานและการไหลเข้าของน้ำ

เซลล์สามารถฟื้นตัวได้หรือไม่หลังจากถึงจุดที่ไม่อาจย้อนกลับได้?

ไม่ได้ ตามคำจำกัดความ จุดที่ไม่อาจย้อนกลับได้บ่งบอกถึงการเปลี่ยนผ่านสู่การบาดเจ็บแบบย้อนกลับไม่ได้ หลังจากนั้นเซลล์จะตายแม้ว่าจะมีการกำจัดสิ่งกระตุ้นเดิมออกไปและมีการฟื้นฟูการไหลเวียนโลหิตแล้วก็ตาม