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壊死（古代ギリシャ語の νέκρωσις （nékrōsis） 「死」に由来）は、自己分解によって生体組織内の細胞が早期に死滅する細胞傷害の一種である。[1]「壊死」という用語は19世紀半ばに生まれ、一般的には現代病理学の創始者の一人とみなされるドイツの病理学者ルドルフ・ヴィルヒョウに由来する。 [2]壊死は、感染や外傷など、細胞または組織の外部要因によって引き起こされ、細胞成分の無秩序な消化を引き起こす。対照的に、アポトーシスは自然に発生するプログラムされた標的細胞死の原因である。アポトーシスは生物に有益な効果をもたらすことが多いが、壊死はほとんどの場合有害であり、致命的となる可能性がある。[3]
壊死による細胞死は、アポトーシスシグナル伝達経路に従わず、むしろさまざまな受容体が活性化され、細胞膜の完全性が失われ[4]、細胞死の産物が細胞外空間に制御不能に放出されます[1]。これにより、周囲の組織で炎症反応が開始され、白血球と近くの食細胞が引き寄せられ、食作用によって死んだ細胞が除去されます。しかし、白血球によって放出された微生物損傷物質は、周囲の組織に付随的な損傷を引き起こします[5] 。この過剰な付随的な損傷は、治癒プロセスを阻害します。したがって、壊死を治療しないと、細胞死の部位またはその近くに、分解する死んだ組織と細胞破片が蓄積します。典型的な例は壊疽です。このため、多くの場合、壊死組織を外科的に除去する必要があり、この処置はデブリードマンと呼ばれます。[要出典]
分類
不可逆的な細胞損傷と壊死の進行を示す構造的兆候には、密集と遺伝物質の進行性の破壊、細胞膜と細胞小器官の破壊などがある。[6]
形態学的パターン
壊死には6つの特徴的な形態学的パターンがある：[7]
- 凝固性壊死は、死んだ組織にゼラチン状の物質が形成されることを特徴とし、組織の構造は維持されており、[7]光学顕微鏡で観察することができます。凝固はタンパク質の変性の結果として起こり、アルブミンが硬く不透明な状態に変化します。[6]この壊死パターンは、梗塞などの低酸素（低酸素）環境で典型的に見られます。凝固性壊死は主に腎臓、心臓、副腎などの組織で発生します。[6]この形態の壊死は、重度の虚血によって最も一般的に引き起こされます。[8]
- 液化壊死（または凝集壊死）は、凝固壊死とは対照的に、死んだ細胞が消化されて粘性の液体の塊を形成することを特徴とする。[7]これは、炎症反応を刺激する能力があるため、細菌、または時には真菌感染症に典型的である。壊死した液体の塊は、死んだ白血球の存在によりしばしばクリーム色がかった黄色であり、一般的に膿として知られている。[7]脳内の 低酸素性 梗塞は、脳に結合組織がほとんどなく、消化酵素と脂質が大量に含まれているため、細胞が自身の酵素によって容易に消化されるため、このタイプの壊死として現れる。[6]
- 壊疽性壊死は、ミイラ化した組織に似た凝固壊死の一種であると考えられる。下肢および消化管の虚血に特徴的である。乾性壊疽とガス壊疽の両方がこのタイプの壊死を引き起こす可能性がある。死んだ組織の重複感染が起こると、液状壊死が起こる（湿性壊疽）。[9]
- 乾酪壊死は凝固壊死と液化壊死の組み合わせと考えられ、[6]典型的には結核菌（例：結核）、真菌、および何らかの異物によって引き起こされます。壊死組織は白く砕けやすく、固まったチーズのように見えます。死んだ細胞は崩壊しますが、完全に消化されず、顆粒状の粒子が残ります。[6]顕微鏡検査では、特徴的な炎症境界に囲まれた不定形の顆粒状の破片が見られます。 [7]一部の肉芽腫には、この壊死パターンが含まれます。[10]
- 脂肪壊死は脂肪組織の特殊な壊死であり、[10]膵臓などの脂肪組織に対する活性化リパーゼの作用によって生じます。膵臓では、膵酵素が腹腔内に漏れ出し、脂肪鹸化によってトリグリセリドエステルを脂肪酸に分解して膜を液化する急性膵炎を引き起こします。[ 7 ]カルシウム、マグネシウム、またはナトリウムがこれらの病変に結合して、白亜質の物質を生成します。[6]カルシウム沈着は顕微鏡的に特徴的で、X線検査で確認できるほど大きい場合があります。[8]肉眼では、カルシウム沈着はざらざらした白い斑点として見えます。[8]
- フィブリノイド壊死は、通常、免疫介在性の血管損傷によって引き起こされる特殊な形態の壊死です。これは、抗原と抗体の複合体、いわゆる免疫複合体が動脈壁内に沈着することで特徴付けられます[ 7 ] 。フィブリン[ 7 ]
壊死の他の臨床分類
- 壊死には、壊疽（重度の低酸素症を患った手足に対して臨床診療で使われる用語）、ゴム腫壊死（スピロヘータ感染による）、出血性壊死（臓器または組織の静脈排出の閉塞による）など、非常に特殊な形態もあります。[出典が必要]
- 筋壊死は、傷害、低酸素症、または感染により個々の筋線維が死滅することです。一般的な原因には、自発的な糖尿病性筋壊死（別名糖尿病性筋梗塞）とクロストリジウム筋壊死（別名ガス壊疽）があります。[11]
- クモの咬傷によっては壊死に至ることもあります。米国では、ドクイトグモ（ Loxosceles 属）の咬傷のみが確実に壊死に進行します。他の国では、南米のチリドクイトグモなど、同じ属のクモも壊死を引き起こすことが知られています。イエローサックスパイダーとホボスパイダーが壊死性の毒を持っているという主張は実証されていません。[要出典]
- デバネズミ（Spalax属）では、壊死のプロセスが、多くの生物で通常使用される体系的なアポトーシスの役割に取って代わっています。デバネズミの巣穴で一般的な低酸素状態では、通常、細胞がアポトーシスを起こします。細胞死の傾向が高まったことに適応して、デバネズミは、細胞がアポトーシスを起こすのを防ぐために、腫瘍抑制タンパク質p53（人間でも使用されている）の変異を進化させました。人間の癌患者も同様の変異があり、デバネズミは細胞がアポトーシスを起こすことができないため、癌にかかりやすいと考えられていました。しかし、一定時間が経過すると（ロチェスター大学で行われた研究によると 3 日以内）、デバネズミの細胞は、アポトーシスの抑制によって引き起こされた細胞の過剰増殖に反応して、インターフェロン ベータ（通常は免疫系がウイルスに対抗するために使用）を放出します。この場合、インターフェロンβは細胞の壊死を引き起こし、このメカニズムは盲目モグラネズミの癌細胞も殺します。このような腫瘍抑制メカニズムのおかげで、盲目モグラネズミや他のモグラネズミは癌に抵抗力があります。[12] [13]
原因
壊死は外部要因または内部要因により発生する可能性があります。
外部要因
外的要因としては、機械的外傷（細胞の破壊を引き起こす身体への物理的損傷）、感電、[14]血管の損傷（関連組織への血液供給を妨げる可能性がある）、虚血などが挙げられる。[15]熱的影響（極端に高い温度または低い温度）は、細胞、特に骨細胞の破壊による壊死を引き起こすことが多い。[16]
壊死は化学的外傷によっても起こる可能性があり、アルカリ性化合物と酸性化合物はそれぞれ影響を受けた組織に液化壊死と凝固壊死を引き起こします。このような症例の重症度は、化合物の濃度、影響を受けた組織の種類、化学物質への曝露の程度など、複数の要因によって大きく異なります。
凍傷では結晶が形成され、残った組織と体液の圧力が高まり、細胞が破裂します。[17]極端な状況では、組織と細胞は膜と細胞質の破壊の無秩序なプロセスによって死滅する可能性があります。[18]
内部要因
壊死を引き起こす内部要因には、栄養失調症（臓器の一部における神経活動の欠陥により栄養障害を引き起こす疾患）、神経細胞の損傷および麻痺などがある。膵酵素（リパーゼ）が脂肪壊死の主な原因である。[15]
壊死は、補体系、細菌毒素、活性化ナチュラルキラー細胞、腹膜 マクロファージなどの免疫系の構成要素によって活性化される可能性がある。[1]免疫バリア（腸粘膜）を持つ細胞における病原体誘発壊死プログラムは、炎症の影響を受けた表面を介した病原体の侵入を軽減する可能性がある。 [1]毒素や病原体は壊死を引き起こす可能性がある。ヘビ毒などの毒素は酵素を阻害し、細胞死を引き起こす可能性がある。[15]壊死性創傷は、 Vespa mandariniaの刺傷によっても発生することがある。[19]
病的状態は、サイトカインの不十分な分泌によって特徴付けられる。一酸化窒素（NO）と活性酸素種（ROS）もまた、細胞の激しい壊死を伴う。[15]壊死状態の典型的な例は虚血であり、これは酸素、グルコース、およびその他の栄養因子の急激な枯渇をもたらし[20]、内皮細胞および周辺組織（ニューロン、心筋細胞、腎細胞など）の非増殖細胞の大規模な壊死を誘発する。[1]最近の細胞学的データによると、壊死は病的イベント中に発生するだけでなく、何らかの生理学的プロセスの要素でもあることが示唆されている。 [15]
一次Tリンパ球および免疫応答の他の重要な構成要素の活性化誘導性細胞死はカスパーゼ非依存であり、形態学的には壊死性である。そのため、現在の研究者らは壊死性細胞死は病理学的プロセスだけでなく、組織再生、胚形成、免疫応答などの正常なプロセスでも起こり得ることを実証している。 [15]
病因
経路
最近まで、壊死は制御されていないプロセスであると考えられていました。[21]しかし、生物内で壊死が発生する可能性のある経路は2つあります。[21]
これら2つの経路のうち最初の経路は、最初に腫瘍形成を伴い、細胞の腫脹が起こる。[21]影響を受けた細胞はその後、ブレブ形成に進み、続いて核の収縮が起こる核濃縮が起こる。[21]この経路の最終段階では、細胞核が細胞質に溶解し、これを核溶解と呼ぶ。[21]
2番目の経路は、アポトーシスと出芽の後に起こることが示されている壊死の二次形態である。[21]これらの壊死の細胞変化では、核が断片に分解される（核崩壊として知られる）。[21]
組織病理学的変化
壊死における核の変化とその変化の特徴は、DNA が分解される方法によって決まります。
壊死におけるその他の典型的な細胞変化には以下のものがあります。
- H&E染色による標本における細胞質好酸球増多。[22]細胞質のより暗い染色として観察される。
- 電子顕微鏡で見ると細胞膜は不連続に見えます。この不連続な膜は細胞のブレブ形成と微絨毛の喪失によって引き起こされます。[7]
より大きな組織学的スケールでは、偽柵状組織（偽柵状組織）は典型的には壊死組織を囲む細胞増殖帯である。偽柵状壊死は悪性腫瘍を示唆する。[23]
処理
壊死の原因は多岐にわたるため、治療は壊死がどのように起こったかに基づいて行われます。壊死の治療には通常、2 つの異なるプロセスが含まれます。通常、壊死の根本的な原因を治療してから、死んだ組織自体に対処する必要があります。[引用が必要]
- デブリードマンとは、外科的または非外科的手段によって死んだ組織を除去することであり、壊死に対する標準的な治療法である。壊死の重症度に応じて、皮膚の小さな部分を除去することから、影響を受けた手足や臓器を完全に切断することまでの範囲となる。壊死組織の化学的除去は別の選択肢であり、タンパク質分解、線維素分解、またはコラーゲナーゼに分類される酵素デブリードマンが、死んだ組織のさまざまな成分を標的とするために使用される。[24] 特定の症例では、壊死組織と感染を除去するために、ルシリア・セリカータの幼虫を使用した特別なウジ療法が採用されている。[25]
- 心筋梗塞を含む虚血の場合、組織への血液供給が制限されると低酸素症と活性酸素種（ROS）の生成が起こり、タンパク質や膜と反応して損傷を与えます。抗酸化治療はROSを除去するために適用できます。[26]
- 物理的外傷や化学火傷などの物理的要因によって生じた傷は、細菌感染や炎症を防ぐために抗生物質や抗炎症薬で治療できます。傷を感染から清潔に保つことも壊死の予防になります。
- 化学物質や毒性物質（医薬品、酸、塩基など）が皮膚と反応して皮膚が剥がれ、最終的には壊死を引き起こします。治療では、有害物質を特定して使用を中止し、その後、感染予防や、場合によっては抗炎症薬や免疫抑制剤などの免疫抑制療法の使用を含む創傷の治療を行います。 [27]ヘビに噛まれた例では、抗毒素を使用することで毒素の拡散を阻止し、抗生物質を投与して感染を阻止します。[28]
壊死の最初の原因が止まった後でも、壊死組織は体内に残ります。アポトーシス経路が無効になっているため、細胞物質の自動分解とリサイクルを伴うアポトーシスに対する体の免疫反応は、壊死性細胞死によって引き起こされません。[29]
植物では
カルシウムが不足するとペクチンが合成できず、細胞壁が結合できず分裂組織の形成が妨げられます。その結果、茎や根の先端、葉の縁が壊死します。[30]例えば、シロイヌナズナでは植物病原体によって組織の壊死が起こることがあります。[31]
ソノラ砂漠のサワロやカルドンなどのサボテンは、壊死斑の形成を定期的に経験します。Drosophila mettleriと呼ばれる双翅目の一種は、 P450解毒システムを発達させ、これらの斑点で放出された滲出液を巣作りと幼虫の餌として利用することを可能にしました。[32]
参照
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外部リンク
ウィキメディア・コモンズには壊死に関連するメディアがあります。
- 毒物学の難問 #018—スピード違反の人生
- 海中・高圧医療協会。「壊死性軟部組織感染症」。2008 年 7 月 5 日時点のオリジナルよりアーカイブ。2008年7 月 25 日閲覧。
- 好中球の二次壊死