Деструкція клітини, що виникає при літичній інфекції, називається цитопатичним ефектом (ЦПЕ), або цитопатичною дією віруса (ЦПД). Звичайно, ці терміни застосовують для позначення морфологічних змін в інфікованих клітинах, хоч вірусна інфекція клітин супроводжується не лише пошкодженням клітинної структури, але й пригніченням синтетичних процесів і порушенням функціональної активності. В зараженій клітині відбувається зміна метаболізму, що зумовлено синтезом вірусоспецифічних макромолекул, активацією або гальмуванням ферментних систем клітини, пошкодження її хромосомного апарату та органел.
Вірус, який спричиняє цитопатичний ефект, називається цитопатогенним. Ця властивість характерна для більшості вірусів тварин, що лежить в основі патогенезу вірусних інфекцій і широко використовується в лабораторній діагностиці для індикації збудника в культурі клітин.
Цитопатичні зміни інфікованих вірусом клітин представлені специфічними і неспецифічними або мало специфічними ушкодженнями. До неспецифічних уражень відноситься мутне набухання клітини внаслідок порушення проникливості плазмолеми, маргинація хроматину, хромосомні аберації, пікноз ядер. Вакуолізація цитоплазми являється досить частою мало специфічною ознакою вірусної інфекції, проте в деяких випадках вона набуває настільки виражений і своєрідний характер, що вважається специфічною. Наприклад, одна із назв віруса SV -40 - вакуолізуючий вірус. Специфічними цитопатичними змінами заражених клітин є утворення вірусних включень і симпластів. Специфічні і неспецифічні процеси, що відбуваються в інфікованій клітині, можуть призвести до її деструкції та загибелі.
Причини цитопатичного ефекту і подальшої загибелі клітин різноманітні:
1) блокування клітинного генома на ранніх стадіях інфекції та пошкодження його в процесі інфекції;
2) порушення метаболізму клітинних макромолекул;
3) інтенсивне виснаження білкових та енергетичних ресурсів клітини внаслідок переключення її систем на синтез вірусоспецифічних макромолекул;
4) нагромадження великої кількості структурних вірусних білків, які мають цитотоксичну дію;
5) пошкодження лізосом і звільнення лізосомальних ферментів, які спричиняють аутолізису клітини;
6) порушення структури плазматичної мембрани і лізис клітини в результаті інтенсивного виходу віріонів потомства.
Всі ці причини пошкодження клітин проявляються та поєднуються певним чином при різних вірусних інфекціях.
Існує принципове розходження між внутрішньоклітинним паразитизмом вірусів і інших патогенних організмів. При вивченні цитопатології вірусних інфекцій застосовують гістохімічні методи і фарбування вірусних включень (ДНК-вмістних — при фарбуванні по Фельгену, РНК-вмістних — по Браше). При люмінесцентній мікроскопії застосовують акридиновий жовтогарячий, котрий, взаємодіючи з нуклеїновими кислотами, викликає поліхроматичну флюоресценцію як у при життєво пофарбованих, так і у фіксованих препаратах, ДНК, оброблена акридиновим жовтогарячим, флюоресциює яскраво-зеленим світлом, а РНК — рубіново-червоним. Зелене світіння спостерігається у випадку присутності в ураженій клітині ДНК-вмістних вірусів чи реовірусів, що містять двоспіральну РНК.
Цитопатичний ефект (цитопатогенна дія, ЦПД) вірусу. ЦПД - специфічна морфологічна деструкція (руйнування) і функціональна патологія заражених вірусами клітин, які культивуються поза організмом. Вірус, що викликає цитопатичний ефект, називають цитопатогенним. Розрізняють три типи цитопатичного ефекту вірусів: цитолітичний, трансформуючий, індуктивний.Цитолітичний ефект характеризується загальною деструкцією чи розчиненням (лізисом) клітини, якому передують морфологічні зміни (перебудова базофільних структур ядер клітин, згущення цитоплазми, округлення і зморщування тіла клітин, втрата їх зв'язку з навколишніми клітинами і пікноз ядер). Деструкція кліток супроводжується руйнуванням мітохондрій. Клітини, що дегенерують, відшаровуються від скла, і через 20—26 годин заражена культура представляє мережу синцитіальних елементів, а через 40—48 годин на склі зберігаються одиничні веретеноподібні й клітини з відростками. Цитолітичний ефект спостерігається при зараженні первинних клітинних культур нирок теляти і поросяти вірусами ящуру чи хвороби Ауескі. Для інших вірусів (поліомієліту і західного енцефаломієліту коней) цитопатогенна дія виявляється зморщуванням клітин, злипанням ядерних структур і виходом цитоплазми з кліток. Повільний розвиток цитолітичного ефекту характерно для вірусів віспи, припинення мітозу і розриви деяких хромосом заражених клітин - для вірусів герпесу. У культурі клітин, зараженої вірусом чуми великої рогатої худоби, утворюються симпласти, що містять десятки і сотні ядер.
При трансформуючому ефекті, заражена вірусом клітка не гине, а здобуває здатність до необмеженого розмноження.
Індуктивний цитопатичний ефект характеризується здатністю інфікованих клітин продукувати інтерферон.
Цитопатичний ефект зараженої культури визначають візуально, гістохімічними методами, різними методами фарбування. Феномен цього ефекту використовують для діагностики, ідентифікації і титрування вірусів у культурі клітин.
Раннім проявом цитопатичної дії є пригнічення мітозів у культурі клітин. Віруси сімейства Herpesviridae здебільшого придушують мітоз відразу. При міксовірусній інфекції придушення мітозу менш виражене, якщо клітина пройшла профазу. Онкогенні віруси (наприклад, вірус саркоми Рауса), навпаки, підсилюють мітотичну активність клітин.
Який механізм амітозу (придушення мітозу) клітин під впливом вірусів? РНК-вмістимі віруси блокують транскрипцію ДНК клітини за допомогою вірусіндукованих ранніх білків, які припиняють синтез іРНК на ДНК-матриці і запобігає їх реплікацію. Під впливом ДНК-вмістимих вірусів амітоз настає внаслідок конкуренції між вірусними і клітинними ДНК-полімеразами.
Цитопатогенна дія залежить від виду вірусу і чутливості до нього культури клітин. Цитопатична дія вірусів постійно враховується при діагностиці вірусних хвороб, тому що її можна нейтралізувати специфічною сироваткою, тим самим ідентифікувати вірус, який викликає ЦПД.
При ряді вірусних інфекцій у клітинах з'являються характерні для даного захворювання клітинні включення. Виявлення їх має діагностичне значення (віспа, сказ, аденовіруси й ін.). По місці локалізації включення можуть бути цитоплазматичними (віспа) чи ядерними (адено-, герпесвіруси), по природі - представляти скупчення віріонів (віспа) чи продукт реакції клітини на вірусну інфекцію, по тінкторіальним властивостям - базофільні чи еозинофільні, по морфології - тільця типу А і В.
Біохімічні і цитохімічні зміни при вірусних інфекціях. Під впливом вірусів у клітині відбувається зміна метаболізму, яка обумовлена синтезом вірусних нуклеїнових кислот і білків (у тому числі ензимів) вірусу, чи активацією пригнічення існуючих ферментних систем клітини і вторинних процесів у виді ушкодження ядерного хромосомного апарата клітини, і клітинних органел.
Цитохімічні зміни в клітині, інфікованої вірусами, відносяться до всіх її компонентів: нуклеїновим кислотам, білкам, ліпідам, вуглеводам, ферментам, неорганічним з'єднанням. Відбувається перебудова окремих ланок метаболізму клітин. Дихання клітини порушується в більш пізній стадії розвитку вірусу, коли в клітині настають дегенеративні і цитопатичні процеси.
Дані про вплив вірусів на вуглеводний обмін інфікованої клітини суперечливі. Ліпідний обмін змінюється в залежності від того, чи містять віруси у своєму складі ліпіди.
Про мутагенну дію вірусів на клітини. Не тільки вірулентні, але і деякі аттенуйовані вакцинні штами вірусів здатні індукувати мутації в клітинах людини і тварин. Звичайно мутагенність вакцин оцінюється шляхом вивчення цитогенетичних порушень у культурах клітин людини чи тварин. Вакцини здатні індукувати як структурні аберації хромосом (розриви, обміни), так і зміни в числі хромосом. Багато вчених медичного напрямку піднімають питання про цитогенетичні наслідки комплексної вакцинопрофілактики, особливо дітей першого року життя. Цікаво, що введення імунних сироваток цілком придушує мутагенну дію вірусу, більшість інактивованих вакцин мутагенною дією не володіють.
Варто мати на увазі, що використання живих вакцин супроводжується введенням в організм чужорідного генетичного матеріалу. Прагнення звільнитися від нього привело до створення розщеплених (Split) вакцин, що містять лише протективний антиген вірусу, не здатний індукувати мутацію.