Pathologie Evelien Floor
H2 Cellulaire responsen op stress en toxische
stimuli
Inleiding tot pathologie
Pathologie is de studie van structurele, biochemische en functionele veranderingen in cellen, weefsels
en organen die ten grondslag liggen aan ziekte. De vier aspecten van een ziekteproces dat de basis
vormt van de pathologie zijn de oorzaak (etiologie), de biochemische en moleculaire mechanismen
van zijn ontwikkeling (pathogenese), de structurele veranderingen geïnduceerd in de cellen en
organen van het lichaam (morfologische veranderingen), en de functionele gevolgen van deze
veranderingen (klinische manifestaties).
De etiologie of de oorzaak kan verdeeld worden in twee groepen: genetisch en opgelopen.
Pathogenese refereert naar de reeks van cellulaire, biochemische en moleculaire gebeurtenissen die
volgen na de blootstelling van cellen of weefsels aan een schadelijk middel. Morfologische
veranderingen refereert naar de structurele veranderingen in cellen of weefsels die ofwel
karakteristiek zijn voor een ziekte ofwel diagnostisch zijn voor een etiologisch proces. Klinische
manifestaties zijn in feite de symptomen van de ziekte en het verloop ervan.
Overzicht: cellulaire responsen op stress en schadelijke stimuli
Het lichaam behoudt altijd een steady state
genaamd homeostase. Adaptaties zijn
omkeerbare functionele en structurele
reacties op veranderingen in fysiologische
toestanden en sommige pathologische
stimuli, waardoor nieuwe maar gewijzigde
stabiele toestanden ontstaan. De cel kan
deze stimuli overleven en blijft
functioneren.
Als de grenzen van adaptieve responsen
worden overschreden of als cellen worden
blootgesteld aan schadelijke agentia of
stress, essentiële voedingsstoffen worden
ontzien of worden aangetast door mutaties
die essentiële cellulaire processen
aantasten, volgt een reeks van
gebeurtenissen die cel schade wordt
genoemd. Cel schade is reversibel tot op
een bepaald punt, zo niet dan volgt celdood.
Adaptaties van cellulaire groei en differentiatie
Adaptaties zijn reversibele veranderingen in de grootte, het aantal, het fenotype, de metabole
activiteit of functies van cellen als reactie op veranderingen in hun omgeving. Dergelijke adaptaties
kunnen verschillende vormen aannemen.
Hypertrofie
Hypertrofie houdt in een toename in de grootte van cellen wat resulteert in een toename van grootte
van het aangedane orgaan. De toename in grootte ontstaat door extra synthese van intracellulaire
componenten/eiwitten. Hypertrofie kan fysiologisch en pathologisch zijn. Fysiologische hypertrofie
wordt veroorzaakt door toename in functionele vraag of door stimulatie van hormonen en
groeifactoren. De meest voorkomende stimulus voor hypertrofie van spieren is verhoogde werklast.
1
,Pathologie Evelien Floor
Hyperplasie
Hyperplasie is een toename in het aantal cellen in een orgaan of weefsel als gevolg van een stimulus.
Hyperplasie en hypertrofie kunnen getriggerd worden door dezelfde stimulus en komen dus ook vaak
samen voor. Hyperplasie kan alleen plaatsvinden als het weefsel cellen bevat die kunnen delen. Het is
het resultaat van groeifactor gestuurde proliferatie van volwassen cellen en in sommige gevallen het
resultaat van een verhoogde afgifte van nieuwe cellen uit weefselstamcellen.
Hyperplasie kan ook fysiologisch en pathologisch zijn. Fysiologische hyperplasie als gevolg van de
werking van hormonen of groeifactoren treedt op in verschillende omstandigheden: wanneer er
behoefte is aan het verhogen van de functionele capaciteit van hormoongevoelige organen of wanneer
er behoefte is aan compenserende verhoging na beschadiging of resectie. De meeste vormen van
pathologische hyperplasie worden veroorzaakt door overmatige of ongepaste acties van hormonen of
groeifactoren die op target cellen werken.
Atrofie
Atrofie is een afname in grootte van een orgaan of weefsel als gevolg van een toename in celgrootte
en aantal. Atrofie is een resultaat van een afname in eiwitsynthese en een toename in eiwitafbraak in
cellen. Er kan ook een toename zijn in autofagie.
Atrofie kan ook weer fysiologisch en pathologisch zijn. Fysiologische atrofie is normaal tijdens de
ontwikkeling. Pathologische atrofie kan ontstaan door een afname in gebruik, verlies van innervatie,
te weinig voeding en druk.
Metaplasie
Metaplasie is een reversibele verandering waarin een gedifferentieerd celtype (epitheel) wordt
vervangen door een ander celtype. Metaplasie ontstaat niet door een verandering in fenotype van een
al gedifferentieerde cel maar door herprogrammering van stamcellen in het normale weefsel.
Cel schade en celdood
Cel schade ontstaat wanneer cellen zo veel stress hebben dat ze niet langer in staat zijn om zich aan
te passen of wanneer cellen worden blootgesteld aan inherent beschadigende middelen of wanneer
ze lijden aan intrinsieke afwijkingen. Cel schade kan voorbij een onomkeerbaar stadium gaan en
resulteren in celdood.
• Reversibele cel schade is enkel het geval in vroege stadia of milde vormen van schade. De
functionele en morfologische veranderingen zijn reversibel wanneer de stimulus wordt weg
gehaald.
• Celdood vindt plaats bij irreversibele schade waaraan de cel niet kan herstellen. Er zijn twee
vormen van celdood: necrose en apoptose.
o Necorse is een ongereguleerde vorm van celdood wat resulteert in schade aan
celmembranen. Hierdoor komen lysosomale enzymen in het cytoplasma terecht waar
ze de cel afbreken. Cellulaire componenten lekken ook door het beschadigde
plasmamembraan wat zorgt voor een ontstekingsreactie.
o Apoptose vindt plaats wanneer het DNA of de eiwitten van de cel onherstelbaar
beschadigd worden. Apoptose is een gereguleerd proces gedreven door genetische
pathways. Cellulaire componenten lekken niet weg waardoor er geen
ontstekingsreactie plaatsvindt.
o Necrose is altijd een pathologisch proces terwijl apoptose een normaal proces is die
niet per se geassocieerd wordt met cel schade.
Oorzaken van cel schade
De meeste schadelijke stimuli voor cellen kunnen worden gegroepeerd in de volgen de categorieën:
• Zuurstofgebrek (hypoxie)
o Ischemie (verminderde bloedstroom)
2
, Pathologie Evelien Floor
o Bloedarmoede
o Koolmonoxidevergiftiging
o Ernstig bloedverlies
• Fysische agentia
o Extreme temperaturen
o Plotselinge verandering in atmosferische druk
o Straling
• Chemische middelen en medicijnen
o Insecticiden
o Herbiciden
o Vergif
o Te veel glucose
o Te veel zout
o Alcohol
o Asbest
• Infectieuze agentia
o Virussen
o Bacteriën
o Schimmels
o Parasieten
• Genetische ontregeling
o Down syndroom
o Gen substituties
o Deficiëntie van eiwitten
• Immunologische reacties
o Auto-immuniteit
• Voedingsonevenwichtigheden
o Anorexia
o Atherosclerose
o Obesitas
o Deficiëntie van vitaminen
Morfologische veranderingen bij cel schade
Reversibele cel schade wordt gekarakteriseerd door zwelling van de cel en de organellen, bobbelig
worden van de plasma membraan, losraken van ribosomen van het ER en klontering van nucleaire
chromatine. Deze morfologische veranderingen zijn geassocieerd met verminderde ATP productie,
verlies van celmembraanintegriteit,
defecten in eiwitsynthese, schade
aan het cytoskelet en DNA-schade.
Als de schadelijke stimulus afneemt
kan de cel de schade herstellen en
terugkeren naar zijn normale vorm.
Bij persisterende schade ontstaat
irreversibele schade en vindt
celdood plaats. In de tabel zijn de
verschillende kenmerken van
necrose en apoptose zijn te zien in
de tabel.
3
H2 Cellulaire responsen op stress en toxische
stimuli
Inleiding tot pathologie
Pathologie is de studie van structurele, biochemische en functionele veranderingen in cellen, weefsels
en organen die ten grondslag liggen aan ziekte. De vier aspecten van een ziekteproces dat de basis
vormt van de pathologie zijn de oorzaak (etiologie), de biochemische en moleculaire mechanismen
van zijn ontwikkeling (pathogenese), de structurele veranderingen geïnduceerd in de cellen en
organen van het lichaam (morfologische veranderingen), en de functionele gevolgen van deze
veranderingen (klinische manifestaties).
De etiologie of de oorzaak kan verdeeld worden in twee groepen: genetisch en opgelopen.
Pathogenese refereert naar de reeks van cellulaire, biochemische en moleculaire gebeurtenissen die
volgen na de blootstelling van cellen of weefsels aan een schadelijk middel. Morfologische
veranderingen refereert naar de structurele veranderingen in cellen of weefsels die ofwel
karakteristiek zijn voor een ziekte ofwel diagnostisch zijn voor een etiologisch proces. Klinische
manifestaties zijn in feite de symptomen van de ziekte en het verloop ervan.
Overzicht: cellulaire responsen op stress en schadelijke stimuli
Het lichaam behoudt altijd een steady state
genaamd homeostase. Adaptaties zijn
omkeerbare functionele en structurele
reacties op veranderingen in fysiologische
toestanden en sommige pathologische
stimuli, waardoor nieuwe maar gewijzigde
stabiele toestanden ontstaan. De cel kan
deze stimuli overleven en blijft
functioneren.
Als de grenzen van adaptieve responsen
worden overschreden of als cellen worden
blootgesteld aan schadelijke agentia of
stress, essentiële voedingsstoffen worden
ontzien of worden aangetast door mutaties
die essentiële cellulaire processen
aantasten, volgt een reeks van
gebeurtenissen die cel schade wordt
genoemd. Cel schade is reversibel tot op
een bepaald punt, zo niet dan volgt celdood.
Adaptaties van cellulaire groei en differentiatie
Adaptaties zijn reversibele veranderingen in de grootte, het aantal, het fenotype, de metabole
activiteit of functies van cellen als reactie op veranderingen in hun omgeving. Dergelijke adaptaties
kunnen verschillende vormen aannemen.
Hypertrofie
Hypertrofie houdt in een toename in de grootte van cellen wat resulteert in een toename van grootte
van het aangedane orgaan. De toename in grootte ontstaat door extra synthese van intracellulaire
componenten/eiwitten. Hypertrofie kan fysiologisch en pathologisch zijn. Fysiologische hypertrofie
wordt veroorzaakt door toename in functionele vraag of door stimulatie van hormonen en
groeifactoren. De meest voorkomende stimulus voor hypertrofie van spieren is verhoogde werklast.
1
,Pathologie Evelien Floor
Hyperplasie
Hyperplasie is een toename in het aantal cellen in een orgaan of weefsel als gevolg van een stimulus.
Hyperplasie en hypertrofie kunnen getriggerd worden door dezelfde stimulus en komen dus ook vaak
samen voor. Hyperplasie kan alleen plaatsvinden als het weefsel cellen bevat die kunnen delen. Het is
het resultaat van groeifactor gestuurde proliferatie van volwassen cellen en in sommige gevallen het
resultaat van een verhoogde afgifte van nieuwe cellen uit weefselstamcellen.
Hyperplasie kan ook fysiologisch en pathologisch zijn. Fysiologische hyperplasie als gevolg van de
werking van hormonen of groeifactoren treedt op in verschillende omstandigheden: wanneer er
behoefte is aan het verhogen van de functionele capaciteit van hormoongevoelige organen of wanneer
er behoefte is aan compenserende verhoging na beschadiging of resectie. De meeste vormen van
pathologische hyperplasie worden veroorzaakt door overmatige of ongepaste acties van hormonen of
groeifactoren die op target cellen werken.
Atrofie
Atrofie is een afname in grootte van een orgaan of weefsel als gevolg van een toename in celgrootte
en aantal. Atrofie is een resultaat van een afname in eiwitsynthese en een toename in eiwitafbraak in
cellen. Er kan ook een toename zijn in autofagie.
Atrofie kan ook weer fysiologisch en pathologisch zijn. Fysiologische atrofie is normaal tijdens de
ontwikkeling. Pathologische atrofie kan ontstaan door een afname in gebruik, verlies van innervatie,
te weinig voeding en druk.
Metaplasie
Metaplasie is een reversibele verandering waarin een gedifferentieerd celtype (epitheel) wordt
vervangen door een ander celtype. Metaplasie ontstaat niet door een verandering in fenotype van een
al gedifferentieerde cel maar door herprogrammering van stamcellen in het normale weefsel.
Cel schade en celdood
Cel schade ontstaat wanneer cellen zo veel stress hebben dat ze niet langer in staat zijn om zich aan
te passen of wanneer cellen worden blootgesteld aan inherent beschadigende middelen of wanneer
ze lijden aan intrinsieke afwijkingen. Cel schade kan voorbij een onomkeerbaar stadium gaan en
resulteren in celdood.
• Reversibele cel schade is enkel het geval in vroege stadia of milde vormen van schade. De
functionele en morfologische veranderingen zijn reversibel wanneer de stimulus wordt weg
gehaald.
• Celdood vindt plaats bij irreversibele schade waaraan de cel niet kan herstellen. Er zijn twee
vormen van celdood: necrose en apoptose.
o Necorse is een ongereguleerde vorm van celdood wat resulteert in schade aan
celmembranen. Hierdoor komen lysosomale enzymen in het cytoplasma terecht waar
ze de cel afbreken. Cellulaire componenten lekken ook door het beschadigde
plasmamembraan wat zorgt voor een ontstekingsreactie.
o Apoptose vindt plaats wanneer het DNA of de eiwitten van de cel onherstelbaar
beschadigd worden. Apoptose is een gereguleerd proces gedreven door genetische
pathways. Cellulaire componenten lekken niet weg waardoor er geen
ontstekingsreactie plaatsvindt.
o Necrose is altijd een pathologisch proces terwijl apoptose een normaal proces is die
niet per se geassocieerd wordt met cel schade.
Oorzaken van cel schade
De meeste schadelijke stimuli voor cellen kunnen worden gegroepeerd in de volgen de categorieën:
• Zuurstofgebrek (hypoxie)
o Ischemie (verminderde bloedstroom)
2
, Pathologie Evelien Floor
o Bloedarmoede
o Koolmonoxidevergiftiging
o Ernstig bloedverlies
• Fysische agentia
o Extreme temperaturen
o Plotselinge verandering in atmosferische druk
o Straling
• Chemische middelen en medicijnen
o Insecticiden
o Herbiciden
o Vergif
o Te veel glucose
o Te veel zout
o Alcohol
o Asbest
• Infectieuze agentia
o Virussen
o Bacteriën
o Schimmels
o Parasieten
• Genetische ontregeling
o Down syndroom
o Gen substituties
o Deficiëntie van eiwitten
• Immunologische reacties
o Auto-immuniteit
• Voedingsonevenwichtigheden
o Anorexia
o Atherosclerose
o Obesitas
o Deficiëntie van vitaminen
Morfologische veranderingen bij cel schade
Reversibele cel schade wordt gekarakteriseerd door zwelling van de cel en de organellen, bobbelig
worden van de plasma membraan, losraken van ribosomen van het ER en klontering van nucleaire
chromatine. Deze morfologische veranderingen zijn geassocieerd met verminderde ATP productie,
verlies van celmembraanintegriteit,
defecten in eiwitsynthese, schade
aan het cytoskelet en DNA-schade.
Als de schadelijke stimulus afneemt
kan de cel de schade herstellen en
terugkeren naar zijn normale vorm.
Bij persisterende schade ontstaat
irreversibele schade en vindt
celdood plaats. In de tabel zijn de
verschillende kenmerken van
necrose en apoptose zijn te zien in
de tabel.
3
