Zusammenfassung
In den letzten Jahren richtet sich das Hauptforschungsinteresse auf die organspezifischen intrazellulären Stressreaktionen als mögliche Pathomechanismen des Organversagens. In dieser Übersicht werden aktuelle Erkenntnisse der Reaktionsmuster auf zellulären Stress, unter besonderer Berücksichtigung der Hypoxie, der oxidativen Schädigung durch Sauerstoffradikale (ROS), des Hitzeschocks und nach mechanischem Stress dargestellt. Generell scheinen verschiedene Stressgenprogramme abhängig von Zelltyp und Art der Schädigung zur Zytoprotektion aktiviert zu werden, die jedoch bei fulminanter oder protrahierter Stimulation Apoptose bzw. Nekrose induzieren. Als guter Indikator für Zellstress reagieren relativ früh die Mitochondrien auf Hitzeschock und oxidativen Stress mit Veränderung ihrer Membranintegrität, Schwellung und Verlust von Zytochrom c in das Zytoplasma. Diese Veränderungen können vitalmikroskopisch analysiert und durch neue histomorphologische Methoden (pH-, Kalzium-Imaging) quantifiziert werden. Die ischämisch/anoxische Stressreaktion ist durch anaerobe Glykolyse und verminderte Proteinsynthese, Expression von “hypoxia associated proteins”, Akutphase- und Hitzeschockproteine charakterisiert. Allgemein führen Ischämie und ATP-Mangel unter pH-Veränderung zu einem Zerfall des Aktinskeletts und der assoziierten Strukturen. Dabei lösen sich die Zellen häufig aus dem Gewebsverband und sterben ab. Pharmakologische Interventionen, die modulierend in die Apoptosekaskade eingreifen, weisen auf zukünftige therapeutische Optionen hin.
Summary
Multiple organ failure remains the major cause of death in critically ill patients. In view of therapeutic strategies, current research activites focus on the cellular response to different kinds of cellular stress (hypoxia, oxidative damage and mechanical distress) in the pathogenic sequelae of organ failure. The cellular stress reactions are characterized by induction of adaptive programs of gene expression (e.g. acute phase proteins, heat shock proteins, hypoxia-associated proteins) to protect the cells from energy depletion and cell death. Generally, the mitochondria are early indicators of cellular stress showing a loss of cytochrome c and a breakdown of the transmembrane potential. Shortage of ATP and decrease of pH can be observed in the cytoplasm which leads to a disintegration of the cytoskeleton. As a consequence, the cell becomes spherical and separates from the surrounding cells. Depending on the acuity of the stressor, the cell dies due to necrosis or apoptosis. Dysregulation of the balance of apoptosis and necrosis in different organs seems to be an important mechanism in the development of organ failure. New insights into the cellular mechanisms during organ dysfunction promote the development of new diagnostic (e. g. optical and spectroscopic) and pharmacological tools leading to a better prevention and therapy of organ failure.
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Koch, T., Funk, R. Zelluläre Dysfunktion in der Pathogenese des Organversagens Neue Erkenntnisse durch molekular- und zellbiologische Methoden. Anaesthesist 50, 742–749 (2001). https://doi.org/10.1007/s001010100201
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DOI: https://doi.org/10.1007/s001010100201