细胞的死亡
衰老细胞的最终结局是死亡。细胞衰老主要表现在对环境变化适应能力及维持细胞内环境稳定能力的下降。引起细胞死亡的原因很多,如周围环境因子超过一定的强度便可造成其死亡。非生物因素中的温度、压力及化学毒素等也是引起细胞死亡的常见因素。细菌和病毒可直接干扰细胞的代谢,危及细胞的生命。病毒是一种值得注意的因子,在正常机体内它可以潜伏下来,待机体抵抗能力下降时便开始活动,与细胞争夺生命所必须的物质,从而造成细胞的死亡。营养缺乏也可造成细胞死亡。至于机体本身的神经和内分泌功能失调更是造成细胞死亡的重要原因。细胞中对损伤最敏感的是细胞核。在细胞核内有着维持生命活动的核酸以及控制核酸活动的核蛋白系统,它们控制着酶和蛋白质的生成。如果细胞核内的基因和基因控制系统出现问题,合成反应便中断,细胞的生长和分裂将停止。这时细胞核将核酸和蛋白质的降解产物释放入细胞质中,导致内质网的小管开始水肿,线粒体嵴破裂,三磷酸腺苷比正常细胞大而数量减少。同时,组织液渗入细胞质使细胞肿胀,细胞核不着色,核膜破裂并将核内物质释放入细胞中,最后导致细胞发生自溶而死亡。
细胞的死亡
细胞的衰老,可引向细胞的死亡,细胞死亡是细胞生命现象的停止。细胞死亡的类型,可归纳为生理性死亡与病理性死亡两大类。这里仅讨论生理性死亡。
细胞死亡与个体死亡 单细胞动物的细胞死亡即个体死亡。多细胞动物的细胞死亡与个体死亡,虽然有密切关系,但二者并不相等也不平行。个体死亡时,并不意味着该机体的所有细胞均立即停止生命活动。例如人的心脏停止跳动后,气管上皮的纤毛仍可继续摆动,白细胞仍能作变形运动,死后10h的皮肤仍可作植皮用,有的表皮细胞可继续存活122h以上。因此,在不少情况下可发现,人死之后胡须仍可继续增长。用培养的方法可把机体的细胞保存下来,使其继续生长繁殖;也可以用超低温(-196℃)冷藏法,将细胞长期冷冻保存,待需要时再使其复苏,继续进行培养。
活体内的细胞并非全部活着,无论青年或老年机体内,均存在着大量衰老、死亡细胞,例如人的表皮角化细胞、退化的卵泡细胞、衰老的血细胞等。即使胚胎的体内,也同样存在大量衰老、死亡细胞,例如胸腺皮质的淋巴细胞,退化中的脊索、中肾管、副中肾管等。细胞寿命的长短,与其本身的分裂能力与分化程度有密切关系。从发生学角度,可将人体细胞分为如下三类五型。
终末细胞 又分以下两型。
(1)长寿终末细胞(高分化长寿命终末细胞):此类细胞在胚胎时期或初生后不久即分化成熟,以后不再分裂,随机体一起发育、成长、衰老、死亡,其寿命可基本与机体寿命等长。例如神经细胞、骨胳肌细胞和心肌细胞等。此类细胞分化程度高,存在时间久,是研究细胞老化过程的主要对象。
(2)短寿终末细胞(高分化短寿命终末细胞):此类细胞于分化成熟后,不再进行分裂,在机体内存在一段时期后,即逐渐衰老死亡。例如:红细胞、白细胞和上皮细胞等。
增殖休止细胞 (G0期细胞、高分化暂停分裂细胞) 此类细胞分化成熟后,在一般情况下不再进行分裂,与机体一同发育、衰老、死亡。但遇到特殊情况时 (如脏器受损伤或部分切除等),可以恢复分裂能力,形成新细胞。例如肝、肾、甲状腺、甲状旁腺、唾液腺的上皮细胞、内皮细胞和成纤维细胞等。
增殖期细胞 又分以下两型。
(1)增殖期分化细胞(连续分裂分化细胞): 此类细胞在不断分裂的同时,分化为结构和功能不同的新细胞。例如初级精母细胞、次级精母细胞、卵母细胞、早幼红细胞和早幼粒细胞等。
(2)增殖期不分化细胞(分裂而不分化细胞): 此类细胞在机体发育过程中,不显衰老现象,也不发生分化,可以不断分裂增殖产生同样的新细胞,例如未分化间充质细胞、造血干细胞、精原细胞和表皮基细胞等。肿瘤细胞及单细胞动物也具有此类细胞的增殖特征。
细胞死亡的生理因素 其主要因素可归纳为以下六种。
失去分裂能力 有些细胞在机体发育过程中,失去分裂能力,在一定的发育阶段,呈现累积性生理功能减退现象,最后因代谢活动终止而死亡,这是最常见的细胞死亡过程。此类细胞有的寿命很长,最后与机体一同死亡,但多数细胞在老化过程中自行解体,或被巨噬细胞所吞噬。
失去细胞核 某些细胞在成熟过程中失去了细胞核,因而丧失了复制遗传物质和产生维持细胞正常代谢所需要的蛋白质与酶的能力,终于逐渐衰老死亡。例如哺乳类的红细胞。
细胞质过少 有些细胞在分裂过程中,由于发生不均等分裂,获得的细胞质过少,因而细胞器贫乏,不能维持细胞的正常代谢活动,细胞很快退化而死亡。例如卵母细胞分裂产生的极体。
生理性丢失 某些细胞虽具有完备的结构与旺盛的代谢功能,但因处于特殊的位置,容易脱落或因移位而失去营养物质的供应来源,因而逐渐衰老、死亡、或丢失。前者如小肠绒毛尖端的上皮细胞;后者如游离到消化、呼吸道的白细胞及未受精的卵与精子等。
产生不溶性物质过多 有些细胞在发育过程中,产生不溶性蛋白质或脂褐质等。当这些物质逐渐积累增多时,细胞器随之相应减少,从而导致细胞代谢活动降低,逐渐失去正常生理功能而退变死亡。例如表皮的角化细胞和神经细胞等。
生理性退变 机体在发育过程中,因受遗传因素的调控,某些细胞或结构在发生之后,并不形成永久性器官,甚至完全不发挥作用,即逐渐退变死亡。例如,胸腺皮质的一些淋巴细胞,在胸腺皮质形成时,即开始退变死亡。初生儿的卵巢内,大约有50万个卵泡 (主要由卵母细胞及卵泡细胞组成),但人的一生仅排卵400个左右,其余绝大部分卵泡,均在发育过程中退化(闭锁)消失。胚胎时期某些反映系统进化的结构,在一定的发育阶段即自行退化消失。例如脊索、男性的副中肾管和女性的中肾管等。
细胞死亡的标志 细胞死亡的根本标志是其生命活动的不可逆性终止,但真正停止生命活动的具体时间很难确定。因为细胞生命活动的停止,一般是逐渐进行的,而且细胞的各种功能消失的时间先后不一。即使细胞遭受到不可修复的损伤,其某些功能仍可能持续一定时间。例如,把组织磨碎到细胞膜完全破裂时,其氧化、呼吸、酵解功能虽然迅速降低了,但并不是完全立即停止。
细胞死亡的形态标志,因细胞种类及死亡原因而不同。其一般特征主要是:伪足消失(缩回);细胞质混浊; 出现脂肪小滴或发生空泡;线粒体膨大、溶解; 细胞核结构不清,发生固缩或碎裂等现象。这些结构退变现象,有些是导致细胞死亡的改变,有些则可能属于细胞死后的变化,两者的绝对区别,有时比较困难。在实际工作中,常用活体染色法鉴别细胞的死活。因为活细胞容易被中性红染色,死细胞容易被台盼蓝染色。
细胞在死亡过程中,一般是先呈现功能变化及细胞化学变化,然后才出现可见的形态学变化。
细胞死亡后的去向 组成人体的细胞大约有1018个左右,其中多数处于不断新生与死亡的动态平衡过程中。例如,人的红细胞120天左右更新一代,粒细胞10天左右即更新一代。一般估计人体内每秒钟可能有108个细胞死亡,并可能有相应数目的细胞新生。在机体生长发育阶段,新生细胞多于死亡细胞,在衰老阶段则死亡细胞常多于新生细胞。活体内细胞死亡后的去向,主要有以下四方面。
自行解体 一般细胞死亡之后,均因受酶的作用逐渐自行溶解。这些解体的细胞,对邻近细胞可能产生物理、化学刺激,影响其代谢功能与活动。其所释放的无用物质,被分解消失或排出体外;其中的活性物质,如蛋白质、肽、氨基酸、核酸和核蛋白等,则可被机体其他细胞所摄取并重新利用。衰老的红细胞破坏后,其血红蛋白分解出来的胆绿素,经过网状细胞及肝细胞,可进一步转化成为胆红素。
被吞噬 衰老或死亡的细胞整体或其碎片,以及细胞内溶解度较低的代谢产物,如色素等,均可被巨噬细胞吞噬,这是机体清除衰老、死亡细胞及异物的主要而且普遍的方式。机体内的巨噬细胞,不仅在其所处的组织内,而且常常游走到浆膜腔、肺泡腔及一切需要的部位,去吞噬、消除有害于机体的异物。
碎解为分泌物 全浆分泌腺的腺细胞,发育成熟后细胞破裂,整个细胞转变为分泌物排出体外。例如,皮脂腺的基底细胞,在分裂、成熟过程中,逐渐移到表层,最后细胞破裂成为皮脂。
脱落排出 上皮细胞衰老、死亡之后,一般均脱落到所在器官的管腔内,并被排出体外。例如,消化、呼吸、泌尿和生殖道的粘膜上皮脱落之后,分别随粪、尿、痰及其他分泌物排出。子宫内膜上皮随固有膜一同排出。表皮的角质层细胞,在生理或病理情况下,经常有规律地逐层脱落。