Basic Principle of Pathophysiology-2 PDF

Cellular Pathology Kwanchai Rattanamanee Department of Pharmacy Practice Naresuan University Outline อธิบายความหมายและความสําคัญ และปจจัยทีมีผลต่อ Homeostasis เรียนรู้และอธิบายการปรับตัวของเซลล์แบบต่างๆ และสาเหตุ ของการปรับตัว ระบุสาเหตุทีทําให้เซลล์บาดเจ็บ (cell injury) และตาย อ...

Cellular Pathology Kwanchai Rattanamanee Department of Pharmacy Practice Naresuan University Outline อธิบายความหมายและความสําคัญ และปจจัยทีมีผลต่อ Homeostasis เรียนรู้และอธิบายการปรับตัวของเซลล์แบบต่างๆ และสาเหตุ ของการปรับตัว ระบุสาเหตุทีทําให้เซลล์บาดเจ็บ (cell injury) และตาย อธิบายพยาธิสภาพของเนือเยือทีตายแบบต่างๆ และความ แตกต่างของการตายแบบ necrosis และ apoptosis Pathology (พยาธิวิทยา) การศึกษาและวินิจฉัยโรคจากการตรวจอวัยวะ, เนือเยือ, เซลล์, สารคัดหลัง, และจากทัง ร่างกายมนุษย์ (จากการชันสูตรพลิกศพ) การศึกษาทางวิทยาศาสตร์ของการดําเนินโรค ซึงหมายถึงพยาธิวิทยาทัวไป (General pathology) พยาธิวทิ ยาแบ่งได้เปนหลายสาขา เช่น พยาธิกายวิภาค (Anatomical pathology) พยาธิวท ิ ยาคลินกิ (Clinical pathology) พยาธิวทิ ยาในสัตว์ (Veterinary pathology) พยาธิวท ิ ยาของเซลล์ (cellular pathology) 3 The tree of medicine Cellular Pathology การศึกษาถึงโรคหรือรูปแบบความผิดปกติเปนผลจากปจจัยทีสลับซับซ้อน กระทบต่อการทํางาน ต่อรูปร่างเซลล์หรือโครงสร้างภายในของเซลล์ กลไกทีเปนสาเหตุของการเปลียนแปลง อาศัยทฤษฎีและพืนฐานเทคนิค ทางวิทยาศาสตร์ตา่ งๆ การปรับตัวเพือให้อยู่ในสมดุลของเซลล์ (Cellular Homeostasis) Internal External factor factor Normal Homeostasis กําจัดของเสียจากเซลล์ สร้างสารและพลังงาน เพื อดํารงชีพ สร้างหรือซ่อมแซมเซลล์ รักษาสมดุลชีวเคมี Cellular Responses to Noxious Stimuli เซลล์จะพยายามปรับตัวให้อยู่ภาวะสมดุล (homeostasis) Cellular Adaptations Cell Injury (reversible, irreversible) Cell Death (necrosis, apoptosis) ชนิดของอันตรายทีเกิดกับเซลล์ (Noxious Stimuli) o การขาด oxygen (Hypoxia): ischemia o สิงแวดล้อมทีไม่เหมาะสม: ร้อนจัด เย็นจัด, toxicity ที เปลียนแปลง, pH o Free radical o Pathogenic microorganisms o Nutrition o Immunity 8  Normal cell Homeostasis Stress Increase in demand stimuli Adaptation Cell injury Cell death การปรับตัวของเซลล์ 9 Cellular Adaptations Hypertrophy an increase in the size of the individual cells Hyperplasia an increase in the number of cells Atrophy a decrease in cell size Metaplasia a reversible change in adult cell type 10  Hypertrophy ความผิดปกติของเซลล์โดยเซลล์จะมีขนาดใหญ่ขน ึ ส่งผลให้อวัยวะนันๆมี ขนาดใหญ่ขนตามไปด้ ึ วย แต่จํานวนเซลล์จะมีจํานวนเท่าเดิม เกิดจากการแบ่งเซลล์ทีผิดปกติ และเซลล์มักมี DNA มากกว่าเซลล์ปกติ พบได้ทงในภาวะปกติ ั และภาวะเปนโรค เช่นนักกล้าม 11  Hypertrophy Physiologic hypertropy: การปรับตัวเพิมขนาดตามสิงเร้า นักเพาะกาย, ทํางานหนัก, ยก weight ผลจาก hormone ทําให้กล้ามเนือมดลูก hypertrophy รอการรองรับ ตัวอ่อน Pathogenic hypertrophy: การเกิด Left ventricular hypertrophy ในผู้ปวยโรคความดันโลหิต สูง หรือ aortic valve stenosis 12 Normal myocardium hypertrophied myocardium 13  Hyperplasia ความผิดปกติของเซลล์ทีมีจาํ นวน (number) เซลล์เพิมมากขึนส่งผลให้ อวัยวะหรือเนือเยือมีการขยายตัวตาม หากกําจัด stimuli เซลล์ทีเพิมจํานวนมาก็จะฝอไป สาเหตุ Physiologic hyperplasia: การหลังของ estrogen ช่วงครึงแรกของรอบเดือน ทําให้เซลล์เยือบุมดลูกเพิมจํานวน Pathologic hyperplasia: เช่น chronic contact dermatitis ได้รับสิงกระตุ้น จน เซลล์ชัน epidermis เพิมจํานวน 15 Benign Prostate Hyperplasia 16 Gingival hyperplasia 17  Atrophy ความผิดปกติของเซลล์ทีมีการฝอและเหียว โดยเซลล์ จะมีจํานวนและขนาดเล็กลง ส่งผลให้อวัยวะมีขนาด ลดลง เปนกลไกการปรับตัวเพือให้เซลล์ทํางานลดลง (decrease function demands) เกิดได้ทัง physiologic และ pathologic stimuli Physiologic atrophy: การ atrophy ของ notochord ในตัวอ่อน Pathologic atrophy: เกิดได้จากความผิดปกติหลาย อย่าง 18  Pathologic Atrophy Denervation atrophy กล้ามเนือทีไม่มีเส้นประสาทมาเลียงทําให้เซลล์ กล้ามเนือลายมีขนาดหดลง Disuse atrophy ฝอจากการไม่ได้ใช้ เช่นเข้าเฝอก หรืออัมพาต Diminish blood supply: ขาดเลือดมาเลียง ทําให้ขาด oxygen อาหาร เซลล์จะปรับตัวให้มีขนาดเล็กลง Pressure atrophy: การถูกกดทับเปนเวลานานๆ Loss of endocrine stimulation: หญิง menopause ขาด hormone มากระตุ้นทําให้เต้านมและ มดลูกมีขนาดเล็กลง 19 Disuse atrophy the vaginal epithelium before and after the loss of estrogen associated with menopause 20  A: normal brain muscular atrophy B: cortical atrophy caused by Alzheimer's disease 21  Metaplasia การเปลียนรูปร่างของเซลล์ชนิดหนึงไปเปน อีกชนิดหนึง เปนการปรับตัวเมือได้รบ ั อันตรายจากสิง ทีมากระทบอย่างต่อเนือง เพือให้ทนต่อสิง กระตุ้นนันได้ ส่วนใหญ่เปน pathologic process Metaplastic transformation of esophageal stratified squamous epithelium (left) to mature columnar epithelium (so-called Barrett metaplasia). 23 เซลล์บาดเจ็บ (Cell Injury) Causes of Cell Injury Mechanism of Cell Injury Reversible Cell Injury Irreversible Injury and Cell Death Morphology of Cell Injury and Necrosis 24 Causes of Cell Injury o Oxygen Deprivation o Physical agents o Chemical agents and Drugs o Infectious Agents o Immunological reactions o Genetic Degenerations o Nutritional Imbalance 25 Mechanisms of cell injury 26 การเปลียนแปลงโครงสร้างของเซลล์ทได้ ี รบั บาดเจ็บ Reversible cell injury: การบาดเจ็บของเซลล์แบบไม่รุนแรงมาก เปนระยะแรกของ cell injury, โครงสร้างเปลียนแปลงบางส่วนและ กลับคืนสภาพได้ Irreversible cell injury: Cell death 27 28  Effect Duration of injury Timing of biochemical and morphologic changes in cell injury 29 Reversible Cell Injury Cellular swelling: เซลล์เกิดการบวมนํา เกิดจาก plasma membrane เสียหาย หรือ ion pumb ไม่ทาํ งาน จึงควบคุมการผ่านเข้าออกของนําและ electrolyte ไม่ได้ Fatty change: การบาดเจ็บของเซลล์เนืองจากขาดออกซิเจน (Hypoxic injury) หรือ metabolism ทีผิดปกติ มีการสะสมของ lipid vacuoles เห็นเปนช่องว่างใสภายในเซลล์ พบมากกับ เซลล์ ตับ หัวใจ  เซลล์บวมนํา (cellular swelling) การเปลียนแปลงทางโครงสร้างเซลล์ทีพบเปนอันดับแรกๆ พบได้ทงใน ั reversible และ irreversible injury อวัยวะทีมีมีเซลล์บวมนําจะมีสีจาง (pallor) แข็ง(Tugor) และนําหนักเพิม (increase weight) เมือส่องด้วยกล้องจุลทรรศน์จะพบช่องว่าง (Vacuole) จํานวนมาก เรียก hydropic change หรือ vacular degeration 31 Hepatocytle swelling 32 33 Fatty Change (Steatosis) เซลล์มีการสะสม triglyceride ใน cytoplasm พบบ่อยทีเซลล์ตับ สาเหตุของ Fatty change มี free fatty acid (FFA) ใน circulation เพิ ม เช่น DM FFA metabolism เพิ ม และถูกเปลียนเปน TG ใน cytoplasm พบได้ในคนที ติดเหล้า TG metabolism ลดลง จึงไม่สามารถเปลียนเปน Acetyl-CoA และ ketone bodies มี Apoprotein ลด ทําให้ส่ง TG เข้ากระแสเลือดไม่ได้ 34 กลไกการเกิด Fatty change 35  พยาธิสภาพของ Fatty change มีการสะสมไขมันเกิดเปน vacuole ภายใน vacuole เปน TG (ต่างจาก cell swelling ทีเปนนํา) ทดสอบได้โดย การย้อมสี Oil red O พบได้ทตั ี บ หัวใจ  การตายของเซลล์ (Cell death) การสูญเสียความสามารถในการรักษาสมดุลและขบวนการต่างๆ ภายในเซลล์ให้คงอยู่หรือดําเนินต่อไปได้ จะมีการเปลียนแปลง ไปในทางทีเสือม ไม่สามารถกลับคืนสู่สภาพเดิมของเซลล์ Necrosis: การตายเนืองจากขาดเลือดมาเลียงเซลล์เปน หลัก หรือการได้รับสารเคมีททํ ี าให้เซลล์ขาดเลือดจนตาย หรืออาจจากสาเหตุทีทําให้เกิด cell injury อืนๆ Apoptosis, program cell death: มีการเหนียวนําจาก ภายในเซลล์ให้เกิดการตายขึน (suicide program) พบได้ในสภาวะปกติของร่างกายเพื อกําจัดเซลล์ทไม่ ี ต้องการ  Necrosis เปนการตายทีอาจเปนผลมาจาก cell injury ทีไม่สามารถ ฟนกลับเปนปกติได้ อาจเปนผลจากการเปลียนแปลงในนิว เครียสหรือที cytoplasm ก็ได้ มีกระบวนการเปลียนแปลงต่อเนืองตามมาอย่างมาก เช่น การบวมของเซลล์, การย่อยสลายโครมาติน, และการ เสือมสภาพของเยือหุ้มเซลล์และเยือหุ้มออร์แกเนลล์ ใน ระยะต่อมาจะเกิดการย่อยสลายดีเอ็นเอ, การเกิดช่องว่าง (vacuolation) ของเอนโดพลาสมิกเรติคูลัม (endoplasmic reticulum) ชนิดของ Necrosis Coagulative necrosis Liquefactive necrosis Fat necrosis Caseous necrosis 39  Coagulative necrosis ลักษณะเนือตายแน่น แข็ง ซีด เนือเยือทีตายเห็นขอบเขต ชัดเจน เซลล์ในบริเวณเนือตายจะคงโครงรูปเอาไว้ซึงสามารถ มองเห็นได้จากกล้องจุลทรรศน์ พบได้จากภาวะเลือดมีออกซิเจนน้อย (hypoxia) เช่น เนือไตทีตายแบบ coagulative necrosis กล้ามเนือหัวใจขาดเลือด (myocardial infarction) , ม้ามขาดเลือด (splenic infarction) 40 41  Liquefactive necrosis ลักษณะเนือตายยุ่ย นุ่ม เหลว เซลล์ในบริเวณนีจะไม่ เหลือโครงสร้างของเนือเยือเดิมไว้ มีการย่อยสลายเซลล์และเนือเยือทีตายโดย enzyme จาก lysozyme หรือจาก inflammatory cell มักจะเกียวข้องกับการทําลายเซลล์และการเกิดหนอง (pus) เช่น โรคปอดบวม (pneumonia) ซึงทัวไป แล้วเกียวกับการติดเชือแบคทีเรียหรือรา Liver abcess 42  Fat necrosis เปนผลจากการทํางานของเอนไซม์ไลเปสย่อยเนือเยือไขมัน ลักษณะเนือตายเปนสีเหลืองซีด อาจเห็นจุดขาวคล้ายชอล์ค ในกล้องจุลทรรศน์จะเห็นบริเวณเซลล์ไขมันทีถูกเอนไซม์ย่อยเปน peritoneal fat necrosis due to acute pancreatitis ปนสีชมพู อมม่วง เซลล์ทีตายแบบไม่มีเอนไซม์ย่อยจะเห็นเซลล์ไขมันเสือมปะปน histocyte อาจพบปฏิกิริยาการเปลียนเปนสบู่ (saponification) ใน เนือเยือได้ พบในตับอ่อนอักเสบเฉียบพลัน และการตายของเนือเยือเต้านม เซลล์ไขมันทีตายจากการย่อยด้วยไขมัน 43  Caseous necrosis การตายแบบ coagulation necrosis ทีจําเพาะ ต่อเชือmycobacteria, เชือรา, และวัตถุ แปลกปลอมบางชนิด บริเวณทีตายจะออกสีเหลืองเหมือนเนย (cheese-liked) ไม่เปนช่องว่าง ในกล้อง จุลทรรศน์จะเห็นเปนปนสีชมพู เปนการตายรูปแบบผสมระหว่าง coagulative Caseous necrosis in lung cancer และ liquefactive necroses 44  Clinical effects of necrosis เมือเซลล์หรือเนือเยือตาย ส่งผลให้อวัยวะนันๆทํางานผิดปกติ และมีอาการทางคลินิกตามมา Abnormal function: กล้ามเนือหัวใจตาย ก็จะมีการบีบตัวได้ลดลง Release of contents of necrotic cells: enz ใน cell หลังเข้ากระแสเลือด เช่น ในคนไข้ CHF เจอ CPK สูงขึน Bacterial infection: การติดเชือในเฉพาะทีอาจมีการกระจาย Systemic effects: มีการปลดปล่อย pyrogen ออกมา เกิดไข้ Local effects: เกิดแผลบริเวณนันๆ 45 46  Apoptosis การตายของเซลล์แบบทีมีการโปรแกรมไว้แล้ว (programmed cell death) เปนการควบคุมสมดุลระหว่างการแบ่งตัวของเซลล์และการตายของเซลล์ทจํ ี าเปน สําหรับพัฒนาการของสิงมีชีวิตหลายเซลล์ ปองกันการกลายพันธุ์ ถูกควบคุมโดยยีน มีลักษณะดังนี: Loss of cell volume Plasma membrane blebbing Cascade of Nuclear condensation cell signaling Chromatin aggregation 47 48 Apoptosis อาศัย 2 กระบวนการหลัก Cascade of cell signaling caspase-mediated event การเกิด apoptosis ถูกควบคุมโดย โปรตีนทีทําให้เกิดการตาย (pro- apoptotic protein) และ โปรตีนทียับยังการตาย (anti-apoptotic protein) 49 Apoptosis – Necrosis การตายแบบ necrosis จะเริมจากการเปลียนแปลงที cell membrane และ organelles ภายในเซลล์ ทําให้มี lysosomal enzyme ไหลจาก lysosome ย่อย protein ต่างๆ การตายแบบ apoptosis: เริมจาก DNA ภายใน nucleus เสียสภาพไม่ สามารถซ่อมแซมได้ เซลล์เริมทําลายตัวเองจากการเปลียนแปลงภายใน nucleus และเซลล์จะแตกเปน ส่วนๆ ไม่มีความผิดปกติของ cell membrane 50  Apoptosis – Necrosis Feature Necrosis Apoptosis Stimuli Pathogenic Physiologic or pathogenic Number of cell Many cells Single cell Cell size Enlarge (swelling) Shringkage Nucleus Karyolysis Fragmentation Plasma membrane Disrupted Intact Adjacent inflammation Frequent Phagocytosis of apoptotic cell without inflam. 51 52 53  Tumor suppressor genes (P53, BRCA1, BRCA2,APC และ RB1) Function: สังให้เซลล์แบ่งตัวช้าลง ทําหน้าทีซ่อมแซม DNA ทีผิดปกติ ทําหน้าทีสังให้เซลล์ว่าจะตาย (apotosis) เมือ tumor suppressor gene ทํางานไม่ปกติ เปนเหตุให้เกิดมะเร็งได้ ความผิดปกติในยีน P53 ทําให้เกิดมะเร็งได้มากกว่า 50 % ของมะเร็งทังหมดที เกิดขึนในมนุษย์ ได้แก่: มะเร็งทีเกิดขึนใน ปอด (Lung) ลําไส้ใหญ่ (colorectum) และเต้านม (breast) 54 Examples of Apoptosis Programmed destruction of cells during embryogenesis Hormone – dependent cell death during menstruation, lactating, prostate after castration Maturation of the T cell in thymus A variety of mild injurious stimuli (heat, radiation, cytotoxic cancer drug) 56