Mechanizmy procesów

zapalnych

Dr hab. n. med. Ewa Bryl

Seminarium – Wydział Lekarski

- 2011/2012

Definicje....

1. Zapalenie – ostre i przewlekłe

2. Czynniki powodujące zapalenie

3. Komórki biorące udział w zapaleniu

4. Chemiczne mediatory zapalenia

CHEMICZNE MEDIATORY ZAPALENIA

1. Aminy wazoaktywne

2. Kininy

3. Metabolity kwasu arachidonowego

4. Cytokiny

5. Czynnik aktywujący płytki
(PAF)

6. Tlenek azotu (NO)

7. Dopełniacz

8. Czynniki krzepnięcia i
fibrynolizy

Chemiczne mediatory zapalenia - 1

 Działanie podobne do histaminy

Aminy wazoaktywne:

- HISTAMINA

 Powoduje wrażenie świądu

 Produkt komórek tucznych (mastocytów)

 Zwiększa przepuszczalność ścian naczyń

 Powoduje skurcz mięśniówki gładkiej

 Pobudza wydzielanie gruczołowe

- SEROTONINA

 Produkt płytek krwi

Chemiczne mediatory zapalenia - 2

• Główny mediator

BÓLU

• Rozszerzanie tętniczek
• Wzrost przepuszczalności naczyń
• Skurcz mięśni gładkich

- KININY

- Obecne we krwi jako białka prekursorowe
(kininogeny)

- Aktywowane przez proteazy (kallikreiny)

 Najważniejszy przedstawiciel:

BRADYKININA

Działani
e:

Plasma

Proteases

D-Dimers

Fibrin degradation
products (FDP)

Metabolity kwasu arachidonowego

Fosfolipidy błony komórkowej

Kwas
arachidonowy

Prostanoi
dy

Prostacyclina PGI

2

Tromboxan A

2

Cyclooksygenaz

a

• Rozszerza
naczynia
krwionośne,

• Hamuje agregację
płytek

• Skurcz naczyń
krwionośnych,

• Sprzyja agregacji
płytek

Prostaglandy
ny

5-HPETE

5-HETE

PHETE &
HETE

5-Lipoksygenaza

Fosfolipaza A

2

Rozszerzenie naczyń
krwionośnych

Nasilenie obrzęku

Sterydy

Aspiryna
NSAID’s

X

X

Inhibitory 5-LO

X

Leukotrieny
(LTA4)

Skurcz mm. oskrzeli,
nadwrażliwość oskrzeli,
zwiększenie produkcji śluzu
Wzrost przepuszczalności
naczyń krwionośnych
Chemotaksja (D4 dla
eozynofilów)

LTD4

LTE4

LTB4

hydrolaza

LTC4

Synthaza LTC4

Chemotaktycznie na
neutrofile

Aktywacja neutrofilów
(uwalnianie lizosomów
i wolnych rodników)

Zwiększenie
przepuszczalności
naczyń krwionośnych

Antagoniści
receptora
LTD4

X

Antagoniści
receptora LTB4

X

Metabolity kwasu arachidonowego

• Udział w każdym aspekcie ostrego zapalenia

• Skuteczne leki przeciw-zapalne działają na ścieżkę AA

:

- Aspiryna i

N

iesterydowe

L

eki

P

rzeciw

Z

apalne (

NLPZ

)(Anti-

Inflammatory Drugs (NSAID’s) – ścieżka cyklooksygenazy

- Sterydy, działają częściowo hamując fosfolipazę A2

Scieżki kwasu arachidonowego -

Podsumowanie

Lipoksygenaza:

HETE, PETE,
Leukotrieny:

Skurcz

(mm. naczyń i oskrzeli)

Cyclooksygenaza:

Prostaglandyny -

OBRZĘK

Prostacyclina

vs

TXA2

• Naczynia krwionośne:

Rozszerzenie

vs

Skurcz

• Agregacja płytek:

Hamowanie

vs

Sprzyjanie

Chemiczne mediatory zapalenia - 4

CYTOKINY

Definicja:

- polipeptydy wydzielane przez komórki

- regulują zachowanie innych komórek

- działają autokrynnie, parakrynnie albo endokrynnie



Cytokiny PROZAPALNE

- IL-1
- IL-6
- TNFα



Cytokiny PRZECIWZAPALNE

- IL-10
- TGFβ



Czynniki wzrostowe

-

IL-2

- IL-3
- CSF…



Chemokiny

-

IL-8

- MIP-1, MIP-1β
- MCP-1

Produkty bakteryjne,
kompleksy immunologiczne,
toksyny, uszkodzenia
mechaniczne itd..

Aktywacja
makrofagów i
innych komórek

IL-1/TNF/IL-6

Reakcje ostrej fazy

Gorączka

Senność

Apetyt

Białka ostrej fazy

Efekty hemodynamiczne
(wstrząs)

Neutrofilia

Śródbłonek

Adherencja leukocytów

Synteza PGI

Aktywność prokoagulacyjna

Aktywność anty-koagulacyjna

IL-1, IL-8, IL-6, PDGF

Fibroblasty

Proliferacja

Synteza kolagenu

Kolagenaza

Proteaza

Synteza PGE

Leukocyt
y

Sekrecja cytokin

Aktywacja

Aktywacja komórek

Czynnik aktywujący płytki (pochodna acetylowa

fosfatydylocholiny)

Skurcz
mięśni
gładkic
h

Aktywacja
płytek

Uwolnienie ziarnistości

Agregacja i adhezja

Produkcja eikozanoidów

Naczynia
krwionośn
e

Skurcz
większych
naczyń

Rozszerzenie
naczyń
przedwłosowatych

Wzrost

przepuszczalności
kapilar

Aktywacja

neutrofilów i
makrofagów

Chemotaksja

Produkcja
wolnych
rodników

Chemiczne mediatory zapalenia - 5

CZYNNIK AKTYWUJĄCY PŁYTKI KRWI (PAF)

*

*

100 do 10 000 razy silniejsze od histaminy

*

Acetylotransfera
za

Chemiczne mediatory zapalenia - 6

• konstytutywną (śródbłonki naczyń; aktywność

rośnie pod wpływem cytokin prozapalnych)

• indukowaną (makrofagi, pod wpływem

cytokin prozapalnych, np. TNFα)

TLENEK AZOTU (NO)

 Syntetyzowany przez enzym – syntazę tlenku

azotu

(NOS)

 Bardzo silny czynnik rozszerzający naczynia

tętnicze

nitraty

 Udział w patogenezie wstrząsu septycznego

Chemiczne mediatory zapalenia - 7

DOPEŁNIACZ

 Uszkadzanie komórek (MAC)

 Chemotaksja (C5a)

Anafilaksja – uwalnianie histaminy

(C3a, C5a)



Opsonizacja (C3b)

Krzepnięcie i fibrynoliza

 Aktywowane przez uszkodzenie tkanki

(naczyń)

 Czynniki osoczowe i płytkowe

 Stymulacja gojenia

Systemowe (uogólnione) objawy ostrego

zapalenia

• Gorączka (wzrost ciepłoty ciała)

– Pirogeny endogenne: IL-1, TNF-alfa, IL-6

– Pirogeny egzogenne

• Leukocytoza

– Neutrofilia

– Limfocytoza

– Eozynofilia

• Odpowiedź „ostrej fazy”

– Białka ostrej fazy (CRP)

– Odczyn opadania erytrocytów (OB.)

– Anoreksja

– Wzrost degradacji białek mięśni

• Posocznica

• DIC

• Wstrząs septyczny

• Wstrząs

• Rola tlenku azotu

TYPOWE

RZADKIE

Posocznica - podział

Zakażenie

Zespół uogólnionej reakcji zapalnej
(SIRS)

Posocznica

Ciężka
posocznica

Wstrząs
septyczny

Zespół niewydolności
wielonarządowej

Zgon

Inne czynniki wywołujące proces

zapalny

DIC

Posocznica – klasyczny podział

SIRS (zespół uogólnionej reakcji zapalnej):

- hiper- lub hipotermia (>38

o

C lub <36

o

C)

- tachykardia (akcja serca > 90/min)
- hiperwentylacja >20 oddechów/min lub PaCO2 < 32 mmHg
- leukocyty > 12 000 komórek/ul lub < 4000komórek /ul

Posocznica

- SIRS + dowód na infekcję

Ciężka posocznica

Posocznica + dysfunkcja jednego (lub więcej)
narząd(u)/ (ów)

Wstrząs septyczny

Ciężka posocznica + obniżone ciśnienie
krwi

PIRO system - staging

P

–

P

redisposing conditions

I

– the nature and extend of the

I

nsult

R

– the nature and magnitude of the host

R

esponse

O

– the degree of concomitant

O

rgan

dysfunction

Posocznica – jako zaburzenie

homeostazy reakcji zapalnej

Reakcja zapalna:

- odpowiednio zlokalizowana odpowiedź na
uszkodzenie spowodowane przez czynniki biologiczne,
fizyczne, chemiczne....

- odpowiednie zahamowanie odpowiedzi po
wyeliminowaniu czynnika powodującego uszkodzenie.

Rozwój

posocznicy

spowodowany jest

znacznym

zaburzeniem równowagi reakcji na czynnik
uszkadzający

z błędnym kołem aktywacji kaskady

krzepnięcia, fibrynolizy i zapalenia.

Czynniki etiologiczne posocznicy

INFEKCYJNE

• Bakterie Gram (+) i (–)
• Grzyby
• Pasożyty (malaria)

NIEINFEKCYJNE

– masywny uraz
– zapalenie trzustki
– duże zabiegi

chirurgiczne
(jama brzuszna,
serce)

Infekcja bakteryjna



Działanie toksyczne produktów

bakterii na komórki (enzymy,

egzotoksyny, endotoksyny)



LPS i inne pirogeny egzogenne



Rozpad bakterii w wyniku reakcji

obronnych organizmu - DOPEŁNIACZ

Etiologia posocznicy 2

Gram (-):

- E.coli
- Klebsiella species
- Pseudomonas
aeruginosa

Infekcje:

- płuc
- układu moczowego
- krwi
- jamy brzusznej

Gram (+):

- Staphylococci (S.
aureus)

- Streptococci (Strep.
pyogenes, Strep.
pneumoniae

Infekcje:

- Skóry i tkanek
miękkich

- układu oddechowego
- krwi (cewniki
wewnątrznaczyniowe)

Patogeneza posocznicy I – Aktywacja

nieswoistej odpowiedzi immunologicznej

Produkty bakterii:

Endotoksyny

Egzotoksyny

Stymulacja nieswoistej odpowiedzi

immunologicznej

I aktywacja komórek śródbłonka

Bacterie są rozpoznawane
przez:

- Neutrofile

- Monocyty

- Układ dopełniacza

• Występują na komórkach

fagocytujących i komórkach
prezentujących antygeny

• Rozpoznają wzorce molekularne

(cząsteczki) charakterystyczne dla
patogenu (np. bakterii) (pathogen
associated molecular patterns -
PAMP), między innymi:

• Endotoksyny/LPS,
• Białko szoku termicznego

hsp60,

• Peptydoglikany ścian

bakterii,

• Niemetylowane CpG DNA...

• Aktywują makrofagi 

FAGOCYTOZA, produkcja CYTOKIN

Receptory

Toll-Like (TLR)

– niezbędny warunek

nieswoistej obrony przed infekcją, element

patomechanizmu posocznicy

Receptor TREM-1

TREM-1

(triggering receptor expressed on myeloid cells)

–

amplifikuje odpowiedź inicjowaną przez TLR i wzmacnia
produkcję czynników prozapalnych.

Obecny na powierzchni:

neutrofilów i monocytów

,

zwiększenie ekspresji pod
wpływem bakterii i fragmentów
ścian bakteryjnych, LPS i kwasu
lipoteichowego (LTA).

- Produkcję cytokin prozapalnych:

TNF, IL-1β, IL-8, MCP-1 (monocyte chemotactic protein)

-

Degranulację neutrofilów z uwolnieniem MPO

-

Zwiększenie ekspresji receptorów adhezyjnych na powierzchni

monocytów i neutrofilów - większa adhezja do kom. śródbłonka oraz macierzy
pozakomórkowej.

Pobudzenie TREM-1
powoduje:

TREM-1

DAP1
2

Fagocytoza

Aktywacja
układu
dopełniacza

Rozpad bakterii

Fagocytoza

Aktywacja komórek – sekrecja czynników biologicznie

czynnych

Patogeneza posocznicy II – wynik aktywacji

nieswoistej odpowiedzi immunologicznej

- Nieswoistej odpowiedzi
immunologicznej

Normalny
śródbłonek

Aktywowany
śródbłonek

Sekrecja:

- Cytokin prozapalnych: interleukiny 1 (IL-1), TNF, interleukiny 6 (IL-6), interleukiny
8 (IL-8);

- PAF; Eikozanoidów; NO, wolnych rodników tlenowych; chemokin, MIF

- HMGB1 (high-mobility group box protein 1)

- Komórek
śródbłonka

Stymulacja

:

Znaczenie pozakomórkowego HMGB1 w

odpowiedzi wrodzonej – sygnał alarmowy

HMGB1

stymuluje monocyty

i makrofagi – działa poprzez
receptor RAGE (receptor for
advanced glycation end
products) i TLR2,4.

Skutek: zwiększona
produkcja – cytokin
prozapalnych.

Źródło: makrofagi lub zniszczone tkanki (uwalnianie z
komórek).

Udział HMGB1 w odpowiedzi prozapalnej

w różnych narządach.

Śródbłonek naczyń

– indukuje

ekspresję VCAM-1, ICAM-1 i RAGE
oraz sekrecję TNF, IL-8, MCP
(monocyte chemoattractant protein-
1) i PAI-1 (plasminogen activator
inhibitor -1) i tkankowego aktywatora
plazminogenu

Enterocyty

– zwiększa

przepuszczalność enterocytów i
przemieszczanie bakterii z przewodu
pokarmowego do węzłów chłonnych
(u myszy in vivo).

TNF i HMGB1 – rola w śmiertelności w

posocznicy

Okno terapeutyczne

Wczesne mediatory

Późne mediatory (>24 h)

Obserwacja: zwiększone stężenia HMGB1 w surowicy pacjentów z
posocznicą, zwiększony poziom – korelacja ze śmiertelnością

.

Potencjalne cele terapeutyczne blokujące

działanie HMGB1 w posocznicy

Posocznica – systemowa odpowiedź

zapalna

• Przyczyna – masywne uszkodzenie tkanki

(infekcyjne lub nie)

• Odpowiedź:

– gwałtowna sekrecja dużych ilości cytokin

prozapalnych:

• TNF, IL-1, IL-6, IL-8, MIF

– Sekrecja PAF, wolnych rodników, NO,

eikozanoidów.

• Konsekwencje –

USZKODZENIE ŚRÓDBŁONKA

Patogeneza posocznicy III- Uszkodzenie

śródbłonka i zaburzenia krzepnięcia

Stan
zdrowia

Stan
zapalny

Zaburzenia krzepnięcia i
fibrynolizy

Mediator

y

• HISTAMINA
• PAF

•

Ciężka posocznica

• Wstrząs septyczny

• Niewydolność
wielonarządowa

+ U

og

óln

ien

ie

rea

kcji

TNF, IL-1

Wolne rodniki

Metabolity
kwasu
arachidonoweg
o

Dopełniacz

+

Związek między reakcją zapalną a zaburzeniami

krzepnięcia

Białko C

– osoczowe białko, proteaza serynowa, która

odgrywa istotną rolę w utrzymaniu normalnej homeostazy.

Białko C jest aktywowane przez trombinę i działa zwrotnie

hamując kaskadę krzepnięcia

....... oraz pośrednio

zwiększa

fibrynolizę

poprzez hamowanie inhibitora aktywatora

plazminogenu -1 (PAI-1).

Główny cel działania aktywowanego białka C to

mikrokrążenie...

Ale hamuje ona także produkcję

cytokin prozapalnych

(TNF, IL-1 i IL-6),

jak również skutki działania TNF na

śródbłonek

,

utrzymując jego integralność i hamując apoptozę komórek
śródbłonka.

Rola białka C

Uszkodzony

śródbłonek

Trombomoduli
na

Trombina

Białko C

Aktywacja
białka C

Działanie przeciwkrzepliwe

:

hamuje czynniki krzepnięcia Va i

VIIIa oraz PAI-1

Działanie przeciwzapalne

:

hamuje produkcję TNF, IL-1, IL-6 w

monocytach, zmniejsza interakcje neutrofilów z komórkami
śródbłonka

Działanie ochronne na śródbłonek

:

hamuje uszkodzenie

śródbłonka

X

X

X

Posocznica

-

Niskie poziomy

aktywowanego
białka C (mała
synteza i wzrost
konsumpcji oraz
zmniejszenie
ekspresji
trombomoduliny
na kom.
śródbłonka
przez cytokiny
prozapalne (TNF
i IL-1).

X

Patogeneza posocznicy IV - Uogólnienie

procesów zapalnych, uszkodzenia śródbłonka i

zaburzeń krzepnięcia

Uogólnione uszkodzenie śródbłonka

+

Uogólniony proces zapalny

+

Uogólnione zaburzenia krzepnięcia

Ciężka posocznica

Wstrząs septyczny

Niewydolność wielonarządowa

Wstrząs septyczny

• spadek ciśnienia (NO) 

zaburzenia perfuzji

narządów niedotlenienie (hipoksja)  kwasica

mleczanowa

• NO

niewłaściwe zużycie tlenu w tkankach – dysoxia –

zmniejszone oddychanie mitochondrialne.

• wielonarządowe zaburzenia czynności:

• niedomoga nerek,

• uszkodzenie mięśniówki serca,

• ostry zespół zaburzeń oddechowych,

• niewydolność wątroby

• Zespół rozsianego wykrzepiania

wewnątrznaczyniowego (DIC)

ŚMIERĆ

Zaburzenia krzepnięcia i fibrynolizy w

posocznicy

D-
dimery

Czynniki indukujące systemową reakcję

zapalną

i

czynniki zmniejszające ich skutki

MIF (macrophage
migration inhibitory
factor)

TNF

IL-1

IL-6

Wolne rodniki

Indukowana iNOS

Hiperglikemia
indukowana stresem

Adenozyna

Aktywowane
białko C

Utlenione fosfolipidy

Omega-3-kwasy
tłuszczowe

Insulina

Podsumowanie zaburzeń u pacjentów z ciężką

posocznicą

Podwyższone parametry:

% pacjentów

D-dimery

99.7 %

Kompleksy trombina-antytrombina

95.5 %

IL-6

98.5 %

Wydłużony czas protrombinowy

93.5 %

Rozpuszczalna trombomodulina

72%

Obniżone parametry:

Białko C

87.6 %

Białko S

77.8 %

Antytrombina

81.7 %

Na podstawie badań PROWESS (Recombinant Human Activated Protein C Worldwide
Evaluation in Severe Sepsis), i publikacji: Kinasewitz et al., Critical Care April 2004

Zaburzenia u pacjentów z posocznicą: survivors

versus non-survivors

Survivors Non-survivors

D-dimer

<

D-dimer

Czas protrombinowy

<

Czas

protrombinowy

IL-6

<

IL-6

sTM

<

sTM

Antytrombina

>

Antytrombina

Białko C

>

Białko C

Białko S

>

Białko S

Kompleks trombina-antytrombina (TAT)

<

TAT

Inhibitor aktywatora plazminogenu (PAI)

<

PAI

Biomarkery koagulacji, fibrynolizy, uszkodzenia śródbłonka i

zapalenia u pacjentów z ciężką posocznicą

Biomarkery

Zakres

normy

Średni poziom u

pacjentów

Odsetek pacjentów

wykazujących

zaburzenia

Aktywność
prokoagulacyjna

D-dimer (ug/l)
TAT (ug/l)
F1.2 (nmol/l)

0-0.39

1-4.1

0.44-1.1

4.2

11

1.8

99.7%
95.5%
77.5%

Aktywność
antykoagulacyjna

Białko C (%)
Białko S (%)
AT (%)

81-173
60-155
80-120

48

36
59

87.6 %
77.8 %
81.7 %

Ogólne testy
krzepnięcia

Liczba płytek (10

9

/l)

PT (sekundy)
APTT (sekundy)

140-400

10.6-14.5

21-39

182

18.7

42.6

32.7 %

93.4 %

63.1 %

Uszkodzenie śródbłonka

sTM (ng/ml)

18-53

73

72 %

Marker zapalenia

IL-6

0.38-10.1

492

98.5 %

Aktywność
fibrynolityczna

PAI-1 (AU/ml)

4-37.8

34

44 %

Podsumowanie

 Różny stopień reakcji organizmu na ten sam

bodziec może warunkować różne skutki.

 Stopień nasilenia zaburzeń w posocznicy jest

uwarunkowany stopniem nasilenia reakcji zapalnej i
zakresem jej uogólnienia.

 Ciężkość objawów klinicznych i przeżywalność

pacjentów z ciężką posocznicą zależy od

wielkości

zaburzeń w ważnych życiowo układach
homeostatycznych

:

odpornościowym i krzepnięcia

oraz od stopnia uszkodzenia

komórek śródbłonka

.