1. 세포손상
세포손상은 가역적 세포손상인 종창이 변성과 비가역적 세포손상인 괴사로 구분하며 세포손상을 일으키는 원인은 허혈성 저산소증, 병원미생물, 화학물질, 방사선등이 있다.
1) 종창(swelling)
허혈성 저산소증(ischemic hypoxia)은 혈전이나 색전에 의해 혈액순환이 급격히 차단되어 조직에 산소가 공급되지 않는 상태이며 세포손상을 일으키는 가장 일반적인 원인이다. 허혈성 저산소증이 발생하면 세포질 내의 사립체에서 무산소호흡인 해당작용에 의한 ATP만 합성되고 유산소호흡인 TCA회로와 전자전달계에 의한 ATP는 합성되지 않기 때문에 에너지효율이 저하되고 세포에 여러가지 변화를 일으킨다. ATP합성의 감소는 에너지를 사용하는 능동수송인 세포막의 나트륨-인펌프에 장애를 일으키고 세포 밖의 나트륨이 세포질 내로 유입되어 축척되는데 세포질내의 나트륨농도가 상승하면 삼투압에 의해 세포 밖의 수분이 세포질내로 유입되어 세포가 확장되는 종창이 발생한다. 이러한 변화를 수종변성 또는 공포변성이라고도 한다.
2) 변성(degeneration)
허혈성 저산소증에 의해 세포 내에서 ATP합성이 감소되면 과립내형질세망에 부착된 리보솜이 탈락되어 단백질합성이 감소된다. 단백질합성의 감소로 인해 단백질이 부족해지면 지방을 지질단백질로 합성하지 못하므로 지방이 세포 내에 축적되고 지방변성이 일어난다. 지방변성은 간세포나 심장근육세포에 흔히 나타나며 조직검사에서 지방공포가 관찰된다. 이러한 종창이나 변성은 가역적 세포손상으로 장애의 원인이 제거되면 세포는 정상으로 회복된다.
3) 괴사(necrosis)
괴사는 비가역적 손상에 의해 용해소체 내에 들어있는 다양한 효소가 활성화되고 그 때문에 세포를 구성하는 성분이 분해되는 것이다. 괴사된 세포를 현미경으로 관찰하면 핵은 핵농축, 핵붕괴, 핵용해가 되어 있고 세포막이나 세포소기관도 소실되어 있다. 이러한 세포변화는 비가역적이어서 장애의 원인이 제거되어도 세포는 정상으로 회복되지 못한다.
허혈성 저산소증에 의한 괴사가 뇌나 심장에 발생할 경우는 뇌경색이나 심근경색이 유발되어 뇌나 심장의 기능에 심한 장애를 유발시킨다. 하지만 허헐에 대한 감수성은 세포의 종류에 따라 다른데 신경세포는 허혈지족시간이 3~5분이면 괴사되지만 심장근육세포나 신장의 세뇨관은 30~60분간 허헐이 지속되어야 괴사된다. 괴사는 젖산탈수소효소(LDH), 아스파라진산 아미노전이효소(GOT, AST), 알라닌 아미노전이효소(GPT, ALT)등의 혈중농도를 검사하여 확인할 수 있는데 이러한 효소들은 정상조직의 세포질 내에만 존재하는 물질이므로 조직에 괴사에 괴사가 일어나면 위의 효소들이 세포 밖으로 방출되어 혈중농도가 증가한다.
(1) 응고괴사(coagulation necrosis)
응고괴사는 허혈(ischemia)에 의해 흔히 발생하며 세포질 내에 구조단백질뿐 아니라 효소단백질까지 변성되어 효소에 의한 분해가 진행되지 않아 발생한다. 현미경상 세포질은 혼탁하고 강한 호산성 반응을 보이며 핵은 농축되거나 용해되는 소견을 보인다. 심장, 췌장(pancreas),신장, 부신 등에 허혈에 의한 경색증(infarction)이 발생하면 관찰되는 변화이다.
(2) 액화괴사
액화괴사(liquefaction necrosis)는 단백질의 변성보다 자가용해가 강할 때 발생한다. 액화괴사는 화농성 세균의 감염에 의한 농양(abscess)에서 관찰 되며 뇌조직의 허혈성 파괴에 의한 뇌경색증(brain infarction)의 특징적인 소견이다.
(3)건락괴사(caseous necrosis)
건락괴사(치즈괴사)는 응고괴사의 한 형태로 결핵결절의 중심부에서 흔히 관찰되며 원인은 결핵균의 세포벽에 함유된 지질다당류 때문에 발생한다. 괴사 부위는 치즈나 크림과 같이 회백색이고 괴사중심은 호산성의 과립상 응고물로 채워져 있으며 괴사 주위는 육아종성 염증세포로 둘러 싸여 있다. 건락괴사는 응고괴사와는 다르게 조직의 형태가 완전히 소실된다.
(4) 지방괴사(fat necrosis)
지방괴사는 지질분해효소(lipase)가 췌장의 실질조직이나 복강 안으로 흘러나와 췌장과 복강에 있는 지방조직을 괴사시키는 것으로 급성췌장염(acute pancreatitis)에서 흔히 발생한다.
(5)괴저괴사(gangronous necrosis)
괴저괴사는 괴사의 특징적인 유형은 아니지만 혈액공급이 상실된 후 일어나는 광범위한 괴사이다. 이 경우 응고괴사의 형태를 보이는데 응고괴사로 남아 있으면 건성괴저라 하고 여기에 세균감염이 겹쳐 세균과 백혈구에 의한 액화작용이 일어나면 습성괴저라고 한다.
2. 세포자멸사
괴사가 수동적인 세포의 죽음이라면 세포자멸사는 능동적인 세포의 죽음으로 세포막이나 세포소기관 등이 정상적인 형태를 유지하면서 우선 핵내 염색질이 응집하여 세포 전체가 위축 되어 단편화되고 세포자살소체를 형성하여 세포자살로 이어지는 경우이다. 이 과정에서 세포막은 손상되지 않으므로 다량의 세포 내 효소가 세포 밖으로 방출되는 경우도 없으며 주위에 염증반응을 일으키는 경우도 없다. 즉, 세포가 변형되어 포식으로 처리될 때까지 세포막은 온전하게 남아 있다. 이런 점이 세포막의 손상으로 세포 안에 있던 효소가 주위 조직을 소화하여 숙주의 염증반응을 유발하는 괴사와는 근본적으로 다르다.
세포자멸사의 정보전달경로는 수용체를 통한 외인성 경로와 사립체를 통한 내인성 경로가 있다. 외인성 경로는 외부자극에 의해 Fas ligand가 Fas 와 결합하여 FADD(Fas Associated protein with Death Domain)와 복합체를 형성하고 이 복합체는 caspase-3를 활성화시키며 활성화된 caspase-3는 세포자멸사를 유도한다. 내인성 경로는 세포질에 있던 Bax가 사립체로 유입되면 cytochrome c가 방출되어 아포프토솜(apopto some)을 형성하고 caspase-3를 활성화시켜서 세포자멸사를 유도한다. 그러나 Bcl-2는 Bax와 반대로 작용하여 세포자멸사를 억제한다. Bcl-2/Bax비율은 세포자멸사를 결정하는 중요한 인자이다.
*FADD: Fas-associated protein with death domain 208개의 아미노산으로 구성된 23kDa 단백질
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