2 Allgemeines zu Zellschädigungen

Der Zelltod ist eines der wichtigsten Ereignisse in der Pathogenese von Krankheiten in einem Organ. Die Ursachen für den Zelltod können unterschiedlicher Natur sein. Hierzu gehören die Ischämie (mangelnde Durchblutung), Infektionen, Toxine und Immunreaktionen. Der Zelltod ist aber auch Bestandteil der normalen Organfunktion und wichtig in der Embryonalperiode, bei der Entwicklung von Organen und bei der Aufrechterhaltung der geweblichen Homöostase.

Ursachen der Zellschädigung

Die Ursachen einer Zellschädigung reichen von einer groben Krafteinwirkung bei einem Trauma bis hin zu einem Gendefekt bei einer bestimmten Stoffwechselstörung. Die meisten schädigenden Reize lassen sich in den folgenden Kategorien gruppieren:

Hypoxie (Sauerstoffmangel) stört die Atmungkette und ist damit eine wichtige und häufige Ursache für Zellschädigung und -tod. Die Hypoxie ist von der Ischämie abzugrenzen, die durch den Verlust der Blutversorgung in einem Gewebe gekennzeichnet ist. Hierzu zählt sowohl eine gestörte arterielle Perfusion als auch ein reduzierter venöser Abfluss. Während die Ischämie die häufigste Ursache der Hypoxie ist, kann ein Sauerstoffmangel auch aufgrund einer unzureichenden Sauerstoffversorgung des Blutes (z.B. bei Lungenentzündung) oder aber auch durch Verringerung der Sauerstoffsättigung des Blutes (z.B. bei Blutverlust, Anämie oder Kohlenmonoxid (CO)-Vergiftung) entstehen. Da CO eine ca. 400-fach höhere Affinität zu Hämoglobin aufweist als Sauerstoff, kann es die O2-Bindung stark beeinträchtigen.

Chemische Substanzen
Sehr viele chemische Substanzen können Zellen schädigen. Selbst harmlose Agentien wie Glukose oder Salz in hohen Dosen, die das osmotische Gleichgewicht stören, können Zellschädigungen oder Zelltotod zur Folge haben. Sauerstoff kann bei hohem Partialdruck ebenfalls eine toxische Wirkung entfalten.
Gifte verursachen schwere Schäden auf zellulärer Ebene, indem sie die Durchlässigkeit der Zellmembran, die osmotische Homöostase oder die Integrität eines Enzym stören. Potenziell toxische Substanzen finden sich täglich in unserer Umwelt wie Luftschadstoffe, Insektizide, CO, Asbest oder Ethanol. Auch Medikamente können bei einzelnen Patienten zu Zell- oder Gewebsschäden führen, insbesondere bei falscher Dosierung und bereits bestehender Leber- und/oder Niereninsuffizienz.

Infektionen
Die Spanne möglicher Infektionserreger ist groß. Sie reicht von submikroskopischen Viren bis hin zu meterlangen Bandwürmern; größenmäßig dazwischen liegen Rickettsien, Bakterien, Pilze und Protozoen. Die vielfältigen Möglichkeiten, durch die infektiöse Erreger eine Schädigung verursachen können, werden bei der akuten Entzündung behandelt.

Immunologischen Reaktionen
Obwohl das Immunsystem den Körper gegen pathogene Mikroben schützt, können Immunreaktionen auch in Zellen und Geweben Schäden hervorrufen. Beispiele hierfür sind Autoimmunreaktionen, die sich gegen das eigene Gewebe richten und allergische Reaktionen gegen Stoffe aus der Umwelt. Häufig sind genetisch empfängliche Personen betroffen.

Genetische Defekte
Genetische Defekte können zu pathologischen Veränderungen führen. Dies betrifft angeborene Fehlbildungen (z.B. Down-Syndrom) oder Erkrankungen, die auf einer einzelnen Genmutation beruhen (wie z.B. bei der Sichelzellanämie). Genetische Fehler können dazu führen, dass Zellschädigungen auftreten weil ein Mangel an funktionellen Proteinen, wie z. B. Enzymen bei angeborenen Stoffwechselstörungen oder die Akkumulation falsch gefaltete Proteine den Zelltod auslösen können. Unterschiede in der genetischen Ausstattung können auch einen Einfluss auf die Empfindlichkeit der Zellen bezüglich Schädigung durch Chemikalien und andere toxische Umweltfaktoren haben.

Ernährungsstörungen
In Entwicklungsländern ist die Mangelernährung nach wie vor eine der Hauptursachen für Zellschädigung. Protein- oder Kalorienmangel bei der armen Bevölkerung sind nur zwei Beispiele. Aber auch in den Industrieländern mit hohem Lebensstandard sind Vitaminmangelerscheinungen nicht ganz selten. Daneben spielt auch die Fehlernährung eine wichtige Ursache bei der Morbidität und Mortalität. Zum Beispiel erhöht Hyperalimentation deutlich das Risiko für einen Typ-2-Diabetes. Ernährung, die reich ist an tierischen Fetten, begünstigt die Entwicklung der Arteriosklerose und zeigt einen statistischen Zusammenhang mit degenerativen Erkrankungen und mit Krebs.

Physikalische Einwirkungen
Trauma, extreme Temperaturen, ionisierende Strahlung, elektrischer Strom, und plötzliche Änderungen des atmosphärischen Drucks können schwere Zellschädigungen verursachen.

Alterungsvorgänge
Zellalterung führt zu Veränderungen in der Replikation und Reparaturfähigkeit einzelner Zellen und Gewebe. All diese Veränderungen können letztendlich zu Zellschädigungen und damit zum Zelltod und zum Tod des Gesamtorganismus führen.