Konspekt z Immunologii wysiłku, część druga
Magdalena Sobieska, rok akademicki 2006/2007
Tolerancja immunologiczna
polega na swoistym rozpoznaniu danego antygenu i na zaniechaniu reakcji na niego (jest to zatem jeden z trzech rodzajów odpowiedzi immunologicznej!).
Tolerancja może być centralna i obwodowa.
Tolerancja centralna polega na usuwaniu autoreaktywnych klonów limfocytów T w grasicy i autorektywnych limfocytów B w szpiku.
Tolerancja obwodowa polega na hamowaniu tych komórek, które wymknęły się spod centralnej kontroli, przez limfocyty T regulatorowe, na drodze delecji klonalnej, anergii lub supresji.
Odpowiedź na nowotwór
Podstawą działania układu immunologicznego jest rozróżnianie "własnego" od
"nie-własnego". Dlatego też główny problem immunologii nowotworów można sformułować następująco: czy na powierzchni komórek zmienionych nowotworowo występują antygeny, na tyle różne od innych antygenów występujących w ustroju, że mogą indukować odpowiedź immunologiczną.
Proces transformacji nowotworowej komórki nie jest jeszcze do końca wyjaśniony.
Związany jest on z aktywacją pewnych genów, tzw. protoonkogenów, które w
normalnej komórce biorą udział w regulacji procesów wzrostu i namnażania. Ich modyfikacja prowadzi do powstania tzw. onkogenów, których ekspresja wiąże się z niekontrolowanym wzrostem i zmianami nowotworowymi komórek.
Antygeny występujące na powierzchni komórek zmienionych nowotworowo można podzielić na dwie duże grupy - antygeny towarzyszące nowotworom (TAA - tumor associated antigens) i swoiste antygeny nowotworowe (TSA - tumor specific antigens).
Nowotwory wykazują ekspresję antygenów związanych z nowotworem [tumor-
associated antigens – TAA]) i powinny być obiektem ataku układu
immunologicznego. Jednak wydajne niszczenie nowotworów jest rzadkie. Wiele prac wykazało, że nowotwory stosują wiele strategii, albo unikając ekspresji TAA lub zapobiegając ich ekspresji w w kontekście cząsteczek kostymulujących. Sądzono zatem, że brak odpowiedzi na specyficzne TAA jest przede wszystkim procesem biernym: guzy nie prezentują TAA, albo APC nie stymulują dostatecznie odpowiedzi.
Ostatnio wykazano jednak, że brak odpowiedzi nie jest jedynie bierny, ale powodowany przez tolerancję TAA wywołaną przez guz. Przynajmniej częściowo odpowiadają za to komórki regulatorowe (Tregs).
TSA są grupą bardzo heterogenną, a część z nich mogą stanowić allele antygenów zgodności tkankowej, nie występujące normalnie u danego osobnika. Należy zwrócić uwagę, że choć antygeny te są nowe dla organizmu i mogą być wykorzystane przy próbach leczenia, to ich pojawianie należy uznać raczej za przejaw dysregulacji metabolizmu komórki, a nie za ekspresję antygenów swoistych dla określonego typu nowotworu.
Antygeny towarzyszą ce nowotworom (TAA) mogą występować na powierzchni normalnych komórek, ale ich ekspresja wzrasta na powierzchni komórek
nowotworowych. Do antygenów takich należy np. antygen karcinoembrionalny albo płodowo-nowotworowy (CEA - carcino-embryonic antigen). Chociaż znalazł on duże zastosowanie w diagnostyce nowotworów, to nie wydaje się, aby odgrywał on u ludzi znaczącą rolę obronną, gdyż najprawdopodobniej nie jest immunogenny dla
człowieka, a może nawet wykazywać właściwości immunosupresyjne.
Do głównych, choć nie jedynych, przyczyn niskiej immunogenności komórek nowotworowych, należą:
1. Pojawianie się wariantów komórkowych, nie wykazujących ekspresji antygenów towarzyszących nowotworom.
2. Obniżenie ekspresji antygenów MHC na powierzchni komórek, co wpływa ujemnie zarówno na prezentację peptydów limfocytom T, jak i na rozpoznawanie komórek docelowych.
3. Wydzielanie przez komórki nowotworowe rozpuszczalnych czynników hamujących odpowiedź immunologiczną, np. takich cytokin jak TGFβ lub IL-10.
4. Miejscowa indukcja tolerancji przez komórki nowotworowe, które nie wykazują ekspresji cząsteczek niezbędnych dla kostymulacji limfocytów.
5. Działanie komórek supresyjnych.
6. Ekspresja FasL.
Komórki T regulatorowe CD4+ (Tregs) odkryto ostatnio ponownie pod kątem ich udziału w hamowaniu odporności swoistej. Najczęściej charakteryzuje się je przez obecność cząsteczki CD25 (łańcuch α receptora dla IL-2). W warunkach homeostazy komórki te powstają w grasicy, ale prawdopodobnie potrzebują antygenu, żeby nabrać właściwości.
Po związaniu antygenu działają hamująco przez wydzielanie cytokin lub przez bezpośredni kontakt (cząsteczka CTLA-4). Komórki Tregs CD4+ CD25+ mogą także wywierać działanie supresyjne niezależne od antygenu.
Odrębną populacją komórek Treg są komórki Tr1 (IL-10hi, moderate IL-5,
transforming growth factor (TGF)-β and interferon (IFN)-γ, IL-2lo, and IL-4)).
Prawdopodobnie IL-15 jest kluczowa dla ich aktywacji. Komórki Tr1 cells wywierają supresję przez IL-10 i TGF-β.
Komórki Tregs CD4+ CD25+ pomagają w utrzymaniu obwodowej tolerancji, ale
szczegóły ich działania są mało poznane.
Komórki Tregs CD4+ CD25+ hamują zarówno komórki naiwne, jak i komórki pamięci.
Można je hodować in vitro.
Wiadomo, że układ immunologiczny wpływa i na powstanie, i na rozwój nowotworu (Shankaran et al., 2001).
Uważa się, że limfocyty T cytotoksyczne CD8+ (CTL) reprezentują najbardziej efektywną odpowiedź przeciwnowotworową. Próbowano je też zastosować w
badaniach nad szczepionką przeciwnowotworową.
Istnieją dwie linie komórek dendrytycznych.
Linia mieloidalna to przede wszystkim APC, sprawnie pobudzające odpowiedź
immunologiczną, podczas gdy DC pochodzenia limfoidalnego biorą udział w
indukowaniu tolerancji.
W obecności guza DCsy, które prezentują antygeny nowotworowe, indukują w
limfocytach raczej stan anergii niż aktywację. Zależy to od ilości antygenu: mało –
DCsy stymulują odpowiedź typu Th2, dużo – Th1, mało, ale długo – Treg.
Obecność przez długi czas małych dawek antygenu promuje powstanie swoistych wobec niego limfocytów Treg, co może być powodem przeżywania nowotworu.
Treg wywierają działanie supresyjne albo przez bezpośredni kontakt z komórkami efektorowymi, albo przez wytwarzanie supresyjnego środowiska, czyli produkcję IL-10, TGFβ lub IL-4.
Prowadzi to do tolerancji komórek nowotworu, a także do uogólnionej
immunosupresji.
Starsze ewolucyjnie niż limfocyty komórki NK dopasowały się do systemu odporności swoistej, gdy pojawił się on u ryb chrzęstnoszkieletowych. Historia badań nad 2
komórkami NK przypisywała im wiele ról, jedną z głównych wydaje się umożliwienie przeżycia płodu dzięki hamowaniu reakcji układu immunologicznego matki.
Wydaje się, że nowotwór wywiera na komórki NK podobne działanie, polegające na inaktywacji i kierowaniu reakcji w stronę odpowiedzi Th2. Przełamanie tej tolerancji i zabijanie komórek nowotworu jest możliwe, gdy komórki NK zostaną przekształcone w lymphokine-activated kilers (LAK) za pomocą mediatorów produkowanych przez komórki Th1. [Sinkovics JG, Horvath JC. Human natural killer cells: a comprehensive review. Int J Oncol. 2005 Jul;27(1):5-47.]
Immunizacja – szczepienia – krótka historia
Już w XII wieku Chińczycy zauważyli, że dzieci które przechorowały ospę nie zapadały na nią po raz drugi.
Wariolizacja
Świadome zakażanie małych dzieci od dzieci, które miały łagodny przebieg choroby.
Znacząco zmniejszono ogólną zachorowalność i śmiertelność.
Około roku 1000 starożytni Chińczycy praktykowali formę szczepienia poprzez wdychanie ususzonych krost ospowych. Około XV wieku powszechna stała się
praktyka nakłuwania skóry w miejscu nałożenia wysuszonych krost. Proces ten nazywa się wariolizacją i stał się on popularny na całym Środkowym Wschodzie.
Lady Mary Montague, żona ambasadora brytyjskiego do Imperium Osmańskiego, kazała zaszczepić swoje dzieci i uczyniła rzecz znaną w Anglii (od 1721 r.) Sposobu tego używano w Anglii i jej koloniach w Ameryce.
Zaniechano tego sposobu, ponieważ powodował śmierć u 1-2% szczepionych lub ludzi mających z nimi kontakt.
1796 r. angielski lekarz Edward Jenner stosuje szczepienie
Używa ospy krowianki do szczepienia przeciwko ospie prawdziwej
W 1796 r. szczepi ośmioletniego Jamesa Phippsa, płynem z krosty na ręku dójki, Sary Nelmes.
Stosuje termin "vaccination" pochodzący od łacińskiego vaccinus.
1879 r. Louis Pasteur uzyskał szczepionkę przeciwko cholerze.
Następnie przeciwko wąglikowi (anthrax) i wściekliźnie.
Rozwinęła się bierna immunizacja.
Szczepionka: produkt pochodzenia biologicznego, zawierający substancje zdolne do indukcji określonych procesów immunologicznych warunkujących powstanie trwałej odporności bez wywoływania działań toksycznych.
Szczepionki swoiste (godne polecenia) i nieswoiste (podejrzane!)
Szczepionki swoiste
Mono- lub poliwalentne (jeden lub wiele typów tego samego drobnoustroju).
Skojarzone – kilka drobnoustrojów (np. DiPerTe).
Cztery rodzaje, ze względu na sposób przygotowania antygenu:
Rodzaje szczepionek swoistych
zawierające żywe drobnoustroje o zmodyfikowanych właściwościach;
zawierające martwe drobnoustroje inaktywowane termicznie lub chemicznie;
zawierające oczyszczone produkty drobnoustrojów, np. antygeny powierzchniowe, inaktywowane toksyny;
zawierające produkty rekombinowanego DNA.
Atenuacja
Proces pozbawiania drobnoustroju właściwości chorobotwórczych (zjadliwości, wirulecji).
Może polegać na pasażowaniu, modyfikacji chemicznej bądź genetycznej.
Szczepionki zawierające żywe, atenuowane drobnoustroje są skuteczniejsze od zawierających martwe drobnoustroje lub ich produkty.
Przeciwwskazania do szczepień
1. Szczepienia należy odroczyć, gdy występuje:
- ostra choroba gorączkowa
- zaostrzenie choroby przewlekłej
- nasilona skaza krwotoczna
- okres pooperacyjny
- podanie immunoglobulin.
2. Szczepienia należy przerwać, gdy występuje:
- nadwrażliwość na jeden ze składników szczepionki
- poważny odczyn poszczepienny
3. Szczepienie należy poprzedzić specjalistyczną konsultacją w przypadku:
- klinicznie istotnych zaburzeń odporności
- przewlekłego postępującego schorzenia układu nerwowego
- choroby autoimmunizacyjnej
- ciąży
Niedobory immunologiczne
Objawy kliniczne badania laboratoryjne badania genetyczne ustalenie istnienia i rodzaju niedoboru.
Bez objawów niedobór jest zjawiskiem laboratoryjnym!
Podział niedoborów immunologicznych
Pierwotne – zwane również wrodzonymi, genetycznie uwarunkowane.
Wtórne – inaczej nabyte, są skutkiem działania czynnika zewnętrznego lub
współistniejącej choroby.
Wrodzone niedobory immunologiczne
ujawniają się klinicznie najczęściej w dzieciństwie.
Ich podział tradycyjnie opiera się na tym, jakich komórek lub układów dotyczą: limfocytów T, B, komórek NK, granulocytów czy składowych dopełniacza.
W wielu niedoborach defekt dotyczy wielu rodzajów komórek, np. w zespole
Wiskotta-Aldricha.
Niedobory z przewagą zaburzeń wytwarzania przeciwciał
1. Agammaglobulinemia sprzężona z chromosomem X (a. Brutona)
Całkowity brak przeciwciał i śladowa obecność limfocytów B w krążeniu;
Nawracające zakażenia bakteryjne dróg oddechowych, prowadzące do przewlekłego zapalenia zatok i zmian rozstrzeniowych oskrzeli.
Przyczyną śmierci jest często enterowirusowe zapalenie opon mózgowych i mózgu.
Terapia zastępcza polega na podawaniu przeciwciał.
2. Agammaglobulinemia dziedziczona autosomalnie recesywnie – podobny defekt, inna mutacja.
3. Pospolity zmienny niedobór odporności – CVID – wadliwe wytwarzanie
przeciwciał.
4. Izolowany niedobór IgA, najczęstszy wrodzony niedobór immunologiczny, nawet 1/700 żywych urodzeń, bardzo niskie stężenie IgA w surowicy, pozostałe klasy Ig prawidłowe.
5. Niedobór odporności związany z chromosomem X, ze zwiększonym stężeniem IgM – bardzo niskie stężenie IgG i IgA, przy wysokim lub normalnym stężeniu IgM.
6. Niedobór odporności ze zwiększonym stężeniem IgM, dziedziczony autosomalnie recesywnie, inny obraz kliniczny.
7. Niedobory podklas IgG.
8. Niedobór odporności ze zwiększonym stężeniem IgE (zespół Hioba): nawracające ropnie skóry, płuc i jamy brzusznej, nieprawidłowości w układzie kostno-szkieletowym, deformacje twarzy.
9. Przemijająca hipogammaglobulinemia niemowląt – po porodzie matczyne
przeciwciała stopniowo zanikają, a dziecko zaczyna wytwarzać znaczące ilości własnych dopiero około 3. miesiąca życia.
Nawet do 3. roku życia może się utrzymywać niskie stężenie przeciwciał, na granicy niedoboru.
Niedobory z przewagą defektu limfocytów T
1. Zespół Di George’a –
- wrodzony brak lub niedorozwój grasicy i przytarczyc, deformacje części twarzowej czaszki, wady serca i dużych naczyń;
- u 20% chorych zmniejszona liczba i/lub aktywność limfocytów T;
2. Selektywny niedobór limfocytów T ze zmniejszoną aktywnością fosforylazy nukleozydów purynowych.
Niedobory o charakterze mieszanym
1. Zespół Wiskotta-Aldricha
Krwawe biegunki lub wybroczyny
Zmniejszona liczba limfocytów T, prawidłowe stężenie przeciwciał, ale o małym zakresie rozpoznawanych antygenów, zakażenia układu oddechowego.
Egzema.
Dziedziczenie recesywne związane z chromosomem X – chorują chłopcy
Rola białka WASP
Reorganizacja cytoszkieletu i pobudzenie aktyny – stąd mutacje powodują
zaburzenia ruchu komórek, w tym migracji leukocytów, tworzenia synapsy
immunologicznej itp. To mogłoby tłumaczyć szerokie zaburzenia dotyczące układu immunologicznego, w tym zakażenia i nowotwory (zaburzenia nadzoru
immunologicznego).
Geneza zaburzeń prowadzących do trombocytopenii i egzemy nieznana.
2. Ciężkie złożone niedobory odporności: SCID, 10 postaci, bardzo różne
mechanizmy, podobny obraz kliniczny;
- głębokie upośledzenie odpowiedzi komórkowej i humoralnej
U 60 % chorych T(-) B(+);
- 20% T(-) B(-) NK(-);
- 20% T(-) B(-) NK(+).
Niedobory związane z zaburzeniami ekspresji MHC
1. Niedobór związany z brakiem ekspresji MHC klasy II – zespół nagich limfocytów; 2. Niedobór związany z brakiem ekspresji MHC klasy I.
Niedobory związane z zaburzeniami naprawy DNA
1. Ataksja teleangiektazja – u około 70% chorych występuje niedobór odporności z nawracającymi zakażeniami dróg oddechowych.
2. Zespół Nijmegan – nawracające zakażenia dróg oddechowych,
hipogammaglobulinemia i różnie nasilona limfopenia.
Niedobory związane z zaburzeniami czynności komórek żernych
mniejsza liczba komórek żernych lub zaburzenia ich czynności (chemotaksji, fagocytozy, zabijania drobnoustrojów),
nawracające zakażenia bakteryjne i grzybicze: zakażenia płuc, wątroby, kości, dziąseł, wrzodziejące zmiany śluzówki.
Wrodzone neutropenie
Ciężka wrodzona neutropenia,
- Zespół Shwachmanna-Diamonda
2. Przewlekła choroba ziarniniakowa – zaburzone mechanizmy zabijania
wewnątrzkomórkowego patogenów przez wolne rodniki.
3. Zespół Chediaka-Higashiego – zaburzona orientacja neutrofili podczas
chemotaksji.
4. Niedobory cząsteczek adhezyjnych.
5. Niedobory związane ze szlakiem IL-12 i INF-γ.
Niedobory dopełniacza
nawracające zakażenia bakteryjne i skłonność do chorób autoimmunizacyjnych.
Niedobór inhibitora C1 esterazy = ciągła niekontrolowana aktywacja dopełniacza na różnych własnych komórkach – obrzęk naczynioruchowy!!!
Wtórne niedobory odporności
spowodowane inną chorobą lub czynnikami zewnętrznymi;
znacznie częstsze niż wrodzone niedobory.
niedobory odporności mogą być związane ze stanami fizjologicznymi (ciąża) i wiekiem – noworodki i osoby w podeszłym wieku.
Najwięcej ludzi cierpi na niedobór odporności spowodowany niedożywieniem.
Niedobór wywołany niedożywieniem
niedożywienie powoduje częstsze infekcje, ma wpływ na przebieg i rokowanie takich chorób jak gruźlica, zapalenie płuc, odra, biegunki bakteryjne i wirusowe; w niedoborze kalorii najbardziej upośledzona jest odpowiedź komórkowa, funkcje fagocytarne, wytwarzanie cytokin, a także wydzielanie wydzielniczych IgA i czynność układu dopełniacza.
Inne wtórne niedobory
oprócz wirusa HIV immunosupresję powoduje wirus odry, powodując wtórne infekcje i dużą śmiertelność.
spośród chorób niezakaźnych powodujących wtórny niedobór odporności największe znaczenie mają choroby nowotworowe, przewlekła niewydolność nerek i cukrzyca; Jatrogenne niedobory odporności spowodowane są działaniami medycznymi (terapia lekami immunosupresyjnymi i cytotoksycznymi, promieniowaniem jonizującym) lub używaniem narkotyków i alkoholizmem.
Zespół nabytego niedoboru odporności: AIDS (acquired immunodeficiency
syndrome)
czynnik wywołujący chorobę – wirus ludzkiego niedoboru odporności – HIV (human immunodeficiency virus);
przewlekła choroba charakteryzująca się głębokim upośledzeniem czynności układu odpornościowego i różnorodnym obrazem klinicznym;
początek choroby niecharakterystyczny, przypominający grypę lub mononukleozę zakaźną (kilka tygodni).
potem trwający od kilku do kilkunastu lat okres klinicznie bezobjawowy;
u części chorych rozwija się zespół związany z AIDS (znaczna wiremia i limfopenia, którym towarzyszy gorączka, biegunka, powiększenie węzłów limfatycznych i utrata masy ciała).
końcowa faza choroby - pełnoobjawowy AIDS, obejmujący infekcje spowodowane przez drobnoustroje oportunistyczne, nowotwory (mięsak Kaposiego, chłoniak wywodzący się z limfocytów T, rak szyjki macicy), degeneracje ośrodkowego układu nerwowego (zespoły otępienne, zapalenie mózgu).
wirus HIV, wykorzystując cząsteczkę CD4 oraz receptory dla chemokin, jest w stanie zakazić praktycznie wszystkie komórki organizmu;
głównym celem ataku wirusa są komórki układu odpornościowego, przede wszystkim limfocyty T pomocnicze, makrofagi i komórki dendrytyczne.
naturalna droga zakażenia - kontakty seksualne, a pierwszym celem dla wirusa są komórki dendrytyczne obecne w błonach śluzowych i limfocyty Th;
komórki dendrytyczne przenoszą wirus z błony śluzowej do okolicznych węzłów chłonnych, a tam podczas prezentacji antygenów limfocytom T dochodzi do ich zakażenia;
jedna komórka dendrytyczna może zarazić w ciągu godziny kilkadziesiąt limfocytów T;
ponieważ komórkami aktywnie wytwarzającymi wirus są limfocyty T pomocnicze, dochodzi do ich niszczenia, zarówno bezpośrednio przez HIV, jak i przez limfocyty T
cytotoksyczne.
u pacjentów ze zdiagnozowanym pełnoobjawowym AIDS liczba limfocytów CD4+
spada o połowę;
istotnym mechanizmem eliminacji limfocytów jest indukcja apoptozy zarówno komórek zakażonych, jak i nie zakażonych;
HIV pobudza proliferację limfocytów, ale z drugiej strony niszczy miejsca dojrzewania komórek układu odpornościowego, czyli centralne (grasica, szpik) i obwodowe (węzły chłonne) narządy limfatyczne.
wirus indukuje silną odpowiedź immunologiczną, ale układ odpornościowy nie jest w stanie zahamować zakażenia;
podstawowe znaczenie w walce z HIV mają mechanizmy komórkowe odpowiedzi
immunologicznej – odpowiedź ze strony limfocytów T cytotoksycznych CD8+;
nie mogą one jednak powstrzymać replikacji HIV i rozwoju choroby (przyczyną jest ogromna zmienność wirusa i brak efektywnej pomocy ze strony limfocytów CD4+).
Zjawiska autoimmunologiczne
Podstawowym problemem w chorobach autoimmunizacyjnych jest przełamanie stanu tolerancji wobec własnych antygenów.
Reakcja może mieć charakter humoralny (obecność autoprzeciwciał) lub komórkowy (obecność autoreaktywnych limfocytów T).
O chorobie z autoagresji mówi się dopiero, gdy te przeciwciała lub komórki upośledzają czynność jakiegoś narządu.
Obecność autoreaktywności w ograniczonym zakresie jest prawidłowa!
Zapewnia usuwanie np. produktów rozpadających się komórek przez przeciwciała przeciwko DNA.
Autoreaktywne limfocyty T i B są elementem regulacji odpowiedzi immunologicznej, ale z reguły z tych klonów nie powstają komórki pamięci (np. limfocyty B mają odrębny fenotyp CD5+CD19+).
Kryteria rozpoznania choroby:
1. Obecność autoreaktywnych limfocytów lub autoprzeciwciał.
2. Określenie autoantygenu.
3. Uzyskanie modelu zwierzęcego choroby.
4. Podobne objawy kliniczne u chorego zwierzęcia.
Etiologia chorób autoimmunizacyjnych
1. Odpowiedź na antygeny sekwestrowane, neoantygeny, antygeny płodowe.
2. Odpowiedź na zmienione autoantygeny.
3. Reaktywność krzyżowa.
4. Powstanie zakazanego klonu limfocytów.
6. Czynniki genetyczne.
Czynniki sprzyjające wystąpieniu chorób autoimmunizacyjnych
• Endogenne:
o Geny MHC
o Inne geny (niedobory dopełniacza, cytokiny)
o Płeć: hormony płciowe
•
Egzogenne
o Uraz
o Infekcje wirusowe i bakteryjne
o Czynniki środowiskowe
Klasyfikacja chorób autoimmunizacyjnych u człowieka
Narządowo swoiste
Choroba Hashimoto
Choroba Gravesa-Basedowa
Niedokrwistość złośliwa
Choroba Addisona
Diabetes mellitus typu I
Myastenia
Pęcherzyca zwykła
Sclerosis multiplex
Układowe
Niedokrwistość autoimmunohemolityczna
Pierwotna marskość żółciowa
Colitis ulcerosa
Zespół Sjögrena
Polimyositis/dermatomyositis
Twardzina
Toczeń układowy
Narządowo swoiste choroby autoimmunizacyjne
Zdefiniowany antygen, ograniczony do tkanki lub narządu, zatem reakcja także związana z konkretnym narządem, np.
insulina lub dekarboksylaza kwasu glutaminowego (GAD) w cukrzycy typu I,
tyreoglobulina lub peroksydaza tarczycowa w chorobie Hashimoto,
Kolagen typu IV w zespole Goodpasture’a.
Podział chorób autoimmunologicznych według typu zachodzącej reakcji
•
Typu II – przeciwciała przeciwko antygenom komórkowym;
•
Typu III – choroba kompleksów immunologicznych;
•
Typu IV – reakcja ze strony limfocytów T.
Immunofluorescencja
•
Badanie pod mikroskopem świetlnym preparatu, który został wyznakowany
przeciwciałami z dołączonym związkiem świecącym w świetle widzialnym, po
wzbudzeniu światłem UV (taki związek nazywa się fluorochromem).
•
Najczęściej używane fluorochromy mogą świecić na zielono (FITC -
fluoresceina), czerwono (PE - fikoerytryna) lub na pomarańczowo.
Immunofluorescencja - zastosowanie
• Badanie obecności antygenów na komórkach lub w tkance.
• Badanie obecności przeciwciał przeciwko bakteriom, wirusom, pierwotniakom.
• Badanie obecności autoprzeciwciał przeciwko różnym strukturom
komórkowym lub tkankowym.
Uzupełnienie: Apoptoza - Programowana śmierć komórki
Opisana po raz pierwszy przez Kerra, Wylliego i Currie w 1972 r. Odkryli oni zmiany morfologiczne w umierających komórkach, polegające na powstawaniu z błony małych pęcherzyków, zawierających fragmenty cytoplazmy i pochłanianych
następnie przez makrofagi.
To odrywanie się pęcherzyków przypominało badaczom opadanie liści z drzew jesienią i odtąd grecki termin „apoptosis” zaczął nie tylko oznaczać właśnie opadanie liści, ale także planową śmierć komórki.
W rozwoju i degeneracji tkanek proliferacja i apoptoza zazębiają się. Dysregulacja lub zakłócenie któregoś z tych procesów może prowadzić do zaniku tkanki lub rozrostu nowotworowego.
W wielu chorobach, np. w raku, zaburzony jest nie tylko proces apoptozy.
Prawidłowa apoptoza w połączeniu z nadmierną proliferacją może dawać taki sam efekt, jak prawidłowa proliferacja z zaburzoną apoptozą. Trzeba zatem szczegółowo ustalić miejsce zaburzeń.
Trzeba zdawać sobie sprawę, że istnieją dwa rodzaje śmierci komórki: nekroza i apoptoza.
Nekrozę nazywa się czasem „śmiercią przypadkową” i powodują ją często czynniki chemiczne lub fizyczne. Prowadzą one do obrzmienia komórki i wreszcie do
pęknięcia jej błony. Organelle, takie jak mitochondria czy jądro komórkowe pozostają nietknięte i w całości wydostają się z komórki. W otaczającej tkance często powodują zapalenie.
W przeciwieństwie do nekrozy, apoptoza jest procesem ściśle regulowanym i nazywa się ją „programowaną śmiercią komórki”.
Kluczowym momentem jest uwolnienie z mitochondriów cytochromu c do cytoplazmy i załamanie potencjału błonowego mitochondriów. Aktywacja kaspaz prowadzi następnie do rozkładu białek związanych z apoptozą (np. białka PARP,
odpowiedzialnego za naprawę DNA i cytokeratyny 18, odpowiadającej za utrzymanie stabilności cytoszkieletu).
Kolejnym biochemicznym markerem apoptozy jest odwrócenie fosfatydyloseryny z wewnętrznej na zewnętrzną stronę błony.
Ostatecznym sygnałem jest fragmentacja DNA, potem następuje pakowanie
zawartości komórki w małe pęcherzyki błonowe i ich trawienie przez makrofagi.
Naturalna apoptoza dotyczy zwykle pojedynczych komórek, podczas gdy nekroza obejmuje zwykle pewien obszar tkanki.
Ciałka i komórki apoptotyczne są zwykle rozpoznawane i usuwane przez sąsiadujące komórki lub komórki żerne, zanim się rozpadną.
Pozwala to na szybkie pozbywanie się śmieci bez wywoływania procesu zapalnego, co wyraźnie odróżnia apoptozę od nekrozy.
System FasL –Fas receptor
Ligand dla Fas (CD95L, Apo-1L) to cytokina stanowiąca integralne białko błonowe limfocytów T i komórek NK, pojawiająca się także na powierzchni komórek
uprzywilejowanych immunologicznie (kom. oka, Sertolego itp.).
Funkcją jest indukowanie apoptozy komórek mających na powierzchni receptor Fas, głównie komórek nowotworowych i zakażonych wirusem.
Receptor Fas pojawia się także na aktywowanych limfocytach, przez co stają się one podatne na apoptozę, co jest elementem regulacji odpowiedzi immunologicznej.
Podobnie eliminowane są komórki immunologicznie kompetentne, które próbowałyby atakować oko lub jądro w przebiegu infekcji niektórymi wirusami.
Ciąża jako przeszczep semiallogeniczny
Antygeny ojcowskie (czyli połowa u dziecka) są dla matki nie-własne.
Muszą zatem istnieć mechanizmy umożliwiające przeżywanie dziecka w organizmie matki, mimo działania jej układu immunologicznego.
Zakłócenie tych mechanizmów może prowadzić do poronień na tle
immunologicznym.
Obecnie za najważniejsze mechanizmy immunologiczne warunkujące prawidłowy rozwój ciąży jako przeszczepu semiallogenicznego uważa się:
– słabą antygenowość trofoblastu,
– immunoregulacyjną rolę cytokin – przewaga odpowiedzi
immunologicznej typu Th2 nad Th1,
– immunoregulacyjne działanie progesteronu,
– immunoregulacyjną rolę przeciwciał blokujących,
– immunoregulację na poziomie doczesnej.
Przekazywanie odporności dziecku przez matkę
•
Podczas ciąży – przeciwciała klasy IgG przez łożysko.
(patologia: konflikt serologiczny)
•
Po urodzeniu: przeciwciała klasy IgA , a także monocyty z siarą i mlekiem.
(naturalne karmienie zmniejsza częstość alergii pokarmowych)
Związek między układem immunologicznym a układem nerwowym
komórki immunologiczne, dzięki olbrzymiej różnorodności receptorów mogą odbierać wewnętrzny obraz składników ciała i reagować na szczególne odchylenia w tym obrazie. W oparciu o wcześniejsze rozważania, należy przyjąć, iż informacja przetwarzana w UI może być przekazywana do OUN.
Szereg przekaźników uwalnianych przez komórki immunologiczne: cytokiny, pewne składowe dopełniacza, immunoglobuliny, histamina, serotonina, mediatory zapalenia, hormony grasicy, odgrywa rolę w komunikacji między UI i OUN.
Zależnie od typu stymulacji antygenowej w ustroju pojawiają się zarówno różne kombinacje aktywnych komórek limfoidalnych i dodatkowych, oraz ich rozpuszczalne produkty. Można przyjąć, że istnieje kod oparty o kombinację rozpuszczalnych przekaźników, informujący na bieżąco OUN o typie odpowiedzi immunologicznej.
Również informacja o miejscu, gdzie zachodzi odpowiedź może być przenoszona przez pobudzone włókna aferentne w „strategicznie zlokalizowanych” narządach limfoidalnych.
Z tego względu, przyjmując istnienie dróg aferentnych z UI do OUN, można uważać UI za czuciowy narząd receptorowy.
Immunosupresja powodowana stresem wiąże się z podniesieniem poziomu
glikokortykoidów (GK). Stres prowadzi do utraty masy ciała, atrofii grasicy, powiększenia nadnerczy, podniesienia poziomu TNFα w surowicy, podwyższenia liczby krążących neutrofilów, a obniżenia limfocytów.
Należy zwrócić uwagę na wytwarzanie w komórkach immunologicznych podczas
reakcji stresowej β-endorfin, modulujących szereg funkcji immunologicznych.
Rosnący poziom β-endorfin indukuje wytwarzanie cytokin Th typu 2. Mają one duże znaczenie w stresach krótkookresowych, mniejsze w stresie chronicznym.
Ryszard Bobowiec:
Rola układu neuro-endokrynowego w odpowiedzi ostrej fazy. W: „Białka ostrej fazy u zwierząt” Wydawnictwo Akademii Rolniczej w Lublinie, 2003
Efekty biologiczne wysiłku
W czasie wysiłku fizycznego obserwuje się wzrost wydzielania endogennych
peptydów opioidowych między innymi β-endorfiny. Przypuszcza się, że mogą one zmniejszać odczuwanie bólu mięśni jak i ogólne odczucie ciężkości pracy. Z
działaniem endorfin wiąże się uczucie zadowolenia i dobry nastrój występujący często po wysiłku u osób systematycznie trenujących. Fakt ten zaleca się
wykorzystywać jako czynnik wspomagający kontrolę emocji, a nawet uzupełniający leczenie zaburzeń emocjonalnych. Niektóre osoby po zaprzestaniu treningu skarżą się na pogorszenie samopoczucia. Zespół ten może przypominać objawy
towarzyszące przerwaniu przyjmowania narkotyków, bowiem osoby te
przyzwyczajone są do większego stężenia endogennych opiodów.
Autorzy niemieccy opisują związek między aktywnością ruchową a częstością infekcji górnych dróg oddechowych krzywą w kształcie litery “J”. Średnie ryzyko
zachorowania na infekcje górnych dróg oddechowych posiadają osoby nie trenujące.
Ich ryzyko zachorowania znajduje się w środkowej części krzywej. W dolnej części krzywej są osoby o najmniejszym ryzyku zachorowania – są to osoby uprawiające trening zdrowotny. Natomiast na szczycie krzywej znajdują się osoby o największym ryzyku zachorowania, tj. osoby przeciążone treningiem fizycznym.
Wydaje się, że dla każdego organizmu istnieje indywidualna wielkość aktywności ruchowej, która powoduje wzrost odporności organizmu. Przekroczenie jej w kierunku in plus powoduje spadek odporności, natomiast zbyt mała aktywność ruchowa nie wywołuje zmian.
Dotychczasowe wyniki badań potwierdzają hipotezę, że umiarkowany trening
wytrzymałościowy poprawia odporność, natomiast trening prowadzący do
przeciążenia organizmu – osłabia mechanizmy odpornościowe.
Opracowała mgr Joanna Konrad
Górski Jan “Fizjologiczne podstawy wysiłku fizycznego”, Warszawa: Wydawnictwo lekarskie PZL
Kubica Ryszard “Podstawy fizjologii pracy i wydolności fizycznej” wyd. III skrypt dla studentów Akademii Wychowania Fizycznego Kraków 1999
Marlecki Ireneusz “Wstęp do fizjologii wysiłku i treningu sportowego” Warszawa 1972
Marlecki Ireneusz “Zarys fizjologii wysiłku i treningu sportowego” Warszawa 1981
Zapotrzebowanie energetyczne podczas wysiłku
Sprint – 85% energii z przemian beztlenowych. Rozpad ATP, zużycie fosfokreatyny i beztlenowa glikoliza.
Bieg na 1000 metrów (ok. 10 min) – 20% energii z przemian beztlenowych. Powolne dołączenie fosforylacji oksydacyjnej, co powoduje spadek tempa biegu, ale umożliwia jego kontynuację.
Maraton - 5% energii z przemian beztlenowych. Nawet cały zapas ATP z organizmu nie wystarczyłby na pokrycie potrzeb (zapas 103 mole, potrzeba ok. 150 moli).
Zużywa się jednocześnie glikogen i kwasy tłuszczowe.
Na temat zmian w parametrach układu immunologicznego indukowanych wysiłkiem fizycznym i wytrenowaniem ukazały się setki doniesień.
Badania ogniskują się zasadniczo wokół pytania, czy wpływ wysiłku jest korzystny, czy zależy od jego intensywności i czasu trwania, i czy regularne podejmowanie wysiłku pozwala „wytrenować” układ immunologiczny.
Istnieje pogląd, iż wysiłek fizyczny zmniejsza odporność, zwłaszcza jeśli jest on nieproporcjonalny do możliwości organizmu.
Wydaje się, iż najciekawszym odkryciem ostatnich lat jest stwierdzenie, że wysiłek fizyczny o średnim poziomie intensywności powoduje u starszych osób korzystne zmiany w parametrach układu odpornościowego
Jednakże długotrwałe wykonywanie przez sportowców wyczerpujących
ćwiczeń fizycznych może wywoływać okresowe zaburzenia czynności układu
odpornościowego. Chodzi tu zwłaszcza o spadek liczby komórek NK i stężenia 11
immunoglobulin w surowicy. Rezultatem jest wzrost podatności na zakażenia i groźne dla życia wirusowe zapalenie mięśnia sercowego. Jeśli na dodatek zawodnik jest wystawiony na działanie wysokiej temperatury, obciążenie układu
odpornościowego wzrasta wielokrotnie. Przedstawione tezy znajdują potwierdzenie w obserwacjach klinicznych
Doniesienia można pogrupować wokół trzech zasadniczych stwierdzeń:
Przede wszystkim, ewentualne zaburzenia, a w każdym razie zmiany w badanych parametrach zależą od czasu i intensywności wysiłku; wysiłek maksymalny lub wyjątkowo długotrwały wywiera wpływ trwający długo (dni, tygodnie), a nie znikający po kilku godzinach.
Największe zmiany notowano u uprawiających dyscypliny wyczerpujące (maraton, pływanie długodystansowe).
Po drugie, główne obserwowane zmiany dotyczą parametrów odporności nieswoistej, przede wszystkim aktywności granulocytów; natomiast klinicznie uchwytne różnice dotyczą zwiększonej zachorowalności na infekcje wirusowe, głównie górnych dróg oddechowych (URTI).
Wreszcie – po trzecie – wydaje się, że wzrost zachorowalności nie zależy wyłącznie od możliwych do zmierzenia zmian w układzie immunologicznym, ale ma związek ze stresem, stężeniami neuroprzekaźników, szeregu hormonów stresu, katecholamin, itd., jako że porównywalny wysiłek w okresie treningowym nie wiąże się z taką zapadalnością jak podczas sezonu zawodów.
Distant stressors
Segerstrom & Miller, 2004. Psychological Stress and the Human Immune System: A Meta-Analytic Study of 30 Years of Inquiry. Psychological Bulletin, 130, 4.
Traumatyczne wydarzenia, które miały miejsce w odległej przeszłości (molestowanie w dzieciństwie, urazy wojenne, uwięzienie) mogą nadal wpływać
na układ immunologiczny, ze względu na swoje długotrwałe skutki emocjonalne i poznawcze.
Opis objął podobieństwa i różnice opisane w 293 pracach badawczych. Badania te dotyczyły w sumie 18.941 osób.
W sumie sytuacje stresowe miały słaby związek z różnymi opisanymi następstwami ze strony układu immunologicznego, zależnie od rodzaju stresu. Wydaje się np, że inny jest wpływ gniewu niż urazu.
Autorzy opisują, że najbardziej przewlekle działające stresory: te, które wpłynęły na zmianę tożsamości czy roli społecznej, były ponad możliwość kontrolowania czy wydawały się nie mieć końca, w największym stopniu wpłynęły na supresję odporności. W takiej sytuacji wszystkie parametry świadczące o funkcji układu immunologicznego wypadały poniżej normy.
Im dłużej trwał stres, tym bardziej układ immunologiczny zmieniał swoje działanie z dostosowania (takiego jak w ostrym stanie: walka lub ucieczka) na zmiany potencjalnie szkodliwe, z początku w zakresie odporności komórkowej, potem w zakresie całej funkcji immunologicznej. Wydaje się, że stresory, które wywracają świat do góry nogami i wydają się odbierać wszelką nadzieję na
przyszłość mają prawdopodobnie najgłębszy wpływ psychologiczny i fizjologiczny.
Autorzy wykazali także, że wiek i choroba także wpływały na podatność osoby na powodowane stresem zaburzenia układu immunologicznego. Wydaje się, że kiepski stan zdrowia i wiek pogarszają zdolność organizmu do samoregulacji.
Szczegółowe badania można pogrupować w następujące kategorie:
a) liczba i aktywność komórek NK,
b) liczba i aktywność granulocytów,
c) przesunięcia w zakresie subpopulacji limfocytów.
Uzupełnienie o komórkach NK
Fenotyp CD3-CD16+CD56+/-, przy czym CD56 to cząsteczka przylegania.
Pochodzą ze szpiku, prawdopodobnie z tej samej linii rozwojowej, co limfocyty T.
Na dojrzewanie i aktywację wpływają: IL-2, IL-12, IL-15 i IL-21.
Opisano dwie populacje: NK1, dojrzewające pod wpływem IL-12 i wydzielające głównie IFN-γ i NK2, dojrzewające pod wpływem IL-4 i wydzielające głównie IL-13.
Być może forma NK2 jest postacią niedojrzałą, a NK1 w pełni zróżnicowaną.
Krążenie komórek NK
Słabsze niż limfocytów T, prawdopodobnie raczej są komórkami osiadłymi w
tkankach, mogą się tam namnażać.
Stanowią aż 50% limfocytów wątroby, 10% limfocytów śledziony, 2-7% limfocytów węzłów chłonnych, 30% limfocytów płuc.
Komórki NKT
Limfocyty T mające typowe markery powierzchniowe komórek NK.
Mają ograniczone zdolności rozpoznawania antygenów.
Są zdolne do wydzielania dużych ilości IL-4 i IFN-γ
Komórki NK
Po porównaniu osób wytrenowanych i niewytrenowanych stwierdzono u
wytrenowanych większy procent CD16+, i ich wyższą aktywność cytotoksyczną
[Pedersen, 1989].
Pod wpływem treningu (po 15 tyg. ćwiczeń) nastąpiła poprawa aktywności komórek NK, co wiązało się z mniejszą zapadalnością na infekcje [Nieman, 1990].
Maratończycy w spoczynku mieli mniej granulocytów obojętnochłonnych, liczby innych komórek były porównywalne z grupą kontrolną nie-sportowców, notowano jedynie wyższą aktywność cytotoksyczną komórek NK [Nieman, 1995].
Pływacy po wysiłku wykazywali spadek liczby komórek NK [Gleeson, 1995]. Wydaje się, że to prostaglandyny mogą powodować spadek liczby komórek NK u osób
poddanych stresom [Pedersen, 1998].
Badania dzieci poddanych bardzo intensywnemu treningowi wykazały, że
wytrenowani mieli niższą aktywność komórek NK przed wysiłkiem, a po wysiłku u wszystkich można było zaobserwować wzrost liczby leukocytów, limfocytów i komórek NK (tych ostatnich aż o 395%) [Baas, 1996].
Te pozornie sprzeczne dane pokazują, że układ komórek NK jest bardzo
dynamiczny, a zmiany we krwi obwodowej nie do końca odzwierciedlają produkcję i być może magazynowanie w puli brzeżnej, śledzionie czy tkankach. Ich aktywność cytotoksyczna także nie jest miarodajnym parametrem zmian odporności pod
wpływem wysiłku.
Granulocyty
Produkcja reaktywnych pochodnych tlenowych przez granulocyty była większa po wysiłku, ale mniejsza u osób wytrenowanych niż w grupie kontrolnej [Smith, 1990].
U trenujących wyższa była spontaniczna (nie stymulowana) chemiluminescencja granulocytów obojętnochłonnych [Baj, 1994]. Rowerzyści halowi wykazywali po wysiłku wzrost chemotaksji granulocytów obojętnochłonnych i wyższe wartości w teście NBT [Fernandez, 1995].
Gimnastyczki w wieku 10-12 lat, badane zaraz po i 12 godz. po wysiłku wykazywały wzrost WBC (powrót do wartości wyjściowych po 24 godz.) granulocyty i limfocyty pozostawały podwyższone jeszcze w 24 godz. po wysiłku [Eliakim, 1997].
Funkcje granulocytów
Fagocytoza drobnoustrojów, zwłaszcza bakterii, wspomagana przez opsonizację.
Zabijanie sfagocytowanych bakterii w fagolizosomach.
Ziarnistości azurofilne – hydrolazy kwaśne, mieloperoksydaza, białka
kationowe, defensyny, elastaza.
Ziarnistości swoiste – laktorefyna, lizozym, kolagenaza IV, fosfolipaza A2.
Makrofagi i neutrofile posiadają zdolnośë usuwania obcych substancji, które dostały się do ustroju, a także własnych zużytych tkanek, czyli do fagocytozy.
Badanie fagocytozy jest ważnym elementem w badaniach stanu
czynnościowego neutrofilów.
Badania oceniające zdolnośë neutrofilów do fagocytozy są najczęściej
wykonywane dla określenia czynności neutrofilów we wrodzonych i nabytych
zaburzeniach funkcji tych komórek, zespołach mielodysplastycznych, czy też
dla oceny wpływu różnych środków mogących usprawnië upośledzoną
fagocytozę.
•
Niszczenie pochłoniętych bakterii może zachodzić przy udziale toksycznych pochodnych tlenowych, albo bez nich, a zwykle przez zastosowanie obu
metod.
•
Beztlenowe sposoby zabijania:
białka kationowe,
defensyny,
lizozym,
inne, np. laktoferyna, elastaza, MBP.
Neutrofil przybyły na miejsce toczącego się procesu zapalnego dysponuje
potencjałem toksycznym niezbędnym do zniszczenia pochłoniętych
mikroorganizmów (enzymy proteolityczne i produkty metabolizmu tlenowego).
Ocena metabolizmu tlenowego komórki daje odpowiedź co do skuteczności
degradacji pochłoniętego przez neutrofil materiału, czego nie daje ocena fagocytozy.
Do wykazania powstałego nadtlenku wodoru (H2O2) powszechnie stosuje się
dwuoctan 2’7’-dichlorofluorescyny (DCFH-DA). Jest to mała, niespolaryzowana i nie wykazująca właściwości fluorescencyjnych cząsteczka, która przenikając przez błonę komórkową rozprasza się wewnątrz komórki i tam ulega deacetylacji w
spolaryzowaną 2’7’-dichlorofluorescynę (DCFH);
Po aktywacji komórki i w obecności powstałego H2O2 jonów żelaza i peroksydazy związek ten utlenia się do 2’7’-dichlorofluoresceiny (DCF), fluorochromu emitującego sygnał fluorescencyjny (530 nm), który można zanalizowaë w cytometrze.
Cytometria przepływowa pozwala mierzyë efektywnośë wybuchu oddechowego w
pojedynczych komórkach i nie wymaga stosowania procedur izolacyjnych, które często zaburzają ich czynność.
Do aktywacji fagocytów, czyli stymulacji komórek in vitro używa się rozmaitych substancji, takich jak estry forbolu (PMA – 13-myristynian,13-octan forbolu).
Wydaje się zatem, że o ile jednorazowy wysiłek powoduje zawsze wzrost liczby i aktywności granulocytów (co prawdopodobnie jest efektem mobilizacji puli brzeżnej), o tyle regularne treningi powodują spadek ich liczby i zmniejszoną aktywność. Może to być wynikiem włączenia homeostatycznego hamowania, aby nie dopuścić do nadmiernego pobudzania granulocytów i zminimalizować ich ewentualne niszczące działania.
Zapalenie: to właśnie, co obserwuje lekarz jako objaw choroby
a także to, co sam chory odczuwa i co skłania go do szukania pomocy…
Ucieplenie (calor)
Zaczerwienienie (rubor)
Obrzęk (tumor)
Zaburzenie funkcji (functio laesa)
Zapalenie (łac. inflammatio, ang. inflammation, niem. Entzőndung) definiuje się jako reakcję unaczynionej tkanki na uszkodzenie
Faza naczyniowa m.o.z.
Miejscowe zaburzenie w mikrokrążeniu krwi i chłonki na skutek działania mediatorów chemicznych.
Rozszerzenie światła naczyń, wzrost przepuszczalności ścian naczyń włosowatych.
Ucieczka białek i płynu poza łożysko naczyniowe.
Zmiany naczyniowe w ostrym zapaleniu
Rozszerzenie naczyń
Spowolnienie krążenia (aż do zastoju krwi)
Zwiększona przepuszczalność ścian naczyń
Zwiększona przepuszczalność może wynikać z:
Skurczu komórek śródbłonka (pod wpływem histaminy)
Obkurczenia połączeń międzykomórkowych (pod wpływem cytokin)
Aktywności leukocytów
Wytworzenia nowych naczyń włosowatych
Komórki tuczne:
Zawierają histaminę, heparynę, TNF.
Uwalniają zawartość pod wpływem:
Urazu, zimna lub gorąca
Związania antygenu przez IgE na powierzchni
C3a lub C5a (anafilotoksyn)
Białek leukocytów
Neuropeptydów, w tym substancji P
Cytokin: IL-1, IL-8
Faza wysiękowa m.o.z.
Wzrost ciśnienia osmotycznego w przestrzeni pozanaczyniowej.
Gromadzenie zapalnego płynu wysiękowego w przestrzeni pozanaczyniowej lub jamach ciała.
Faza komórkowa m.o.z.
Napływ komórek z łożyska naczyniowego do miejsca zapalenia, pod wpływem
czynników chemotaktycznych.
Z początku przeważają granulocyty (neutrofile) i makrofagi.
Jeśli proces trwa dłużej lub jest powodowany szczególnymi czynnikami, pojawia się naciek limfocytarny.
Zespół reakcji unaczynionych tkanek, zachodzących od momentu uszkodzenia tkanki przez procesy naprawcze aż do całkowitego ustąpienia skutków zapalenia.
Klasyfikacja zapaleń według trzech kryteriów:
Czasu trwania
Rodzaju zmiany
Czynnika etiologicznego
Ropa: Półpłynna substancja powstająca w miejscu reakcji zapalnej, głównie w odpowiedzi na bakterie.
Zawiera neutrofile, włóknik, płyn tkankowy i resztki obumarłych komórek.
Jest silnie bakteriobójcza…
Jej powstanie powodują zwłaszcza niektóre bakterie, np. gronkowiec złocisty Staphylococcus aureus
Cellulitis: Rozsiany naciek tkanki, szczególnie tkanki podskórnej, przez neutrofile; 15
Stymulowany szczególnie przez Streptococcus;
Z powodu wytwarzanych przez komórki toksyn może się zmienić w niszczące
martwicze zapalenie tkanki łącznej;
Jest przejawem nieskutecznej reakcji gospodarza na zakażenie.
Mediatory zapalenia:
Aminy wazoaktywne
Kininy
Pochodne kwasu arachidonowego
I wiele innych, ale częściowo już omówionych, np. układ dopełniacza, układ krzepnięcia i fibrynolizy, czynnik aktywujący płytki, substancje wydzielane przez neutrofile i monocyty/makrofagi.
Aminy wazoaktywne
Głównie histamina i serotonina. Efekt każdej z nich zależny od receptora, na jaki działa.
Histamina
Trzy typy receptora: H1, H2 i H3.
We wczesnej fazie zapalenia rolę odgrywa głównie pobudzenie przez receptor H1: wzrost przepuszczalności naczyń, obrzęki, skurcz mięśni gładkich oskrzeli.
Pobudza eozynofile, komórki NK i limfocyty supresorowe, hamuje proliferację i cytotoksyczność limfocytów T, a także produkcję przeciwciał.
Znaczenie biologiczne
Ograniczenie reakcji zapalnej do fazy nieswoistej, żeby reakcja zakończyła się miejscowo (nie uległa uogólnieniu) i nie angażowała odpowiedzi swoistej.
Szczególne znaczenie w zakażeniach pasożytniczych i w alergii.
Serotonina
Efekt biologiczny też zależy od rodzaju receptora.
Neuroprzekaźnik w OUN.
Pobudza wydzielanie i perystaltykę przewodu pokarmowego.
Aktywacja płytek, skurcz dużych naczyń, skurcz oskrzeli.
Rozszerzenie małych naczyń, zwiększenie agregacji płytek.
Kininy
Układ kalikreina-kininogen-kininy odpowiada fizjologicznie za przepływ krwi przez nerki.
Aktywacja kalikreiny po uszkodzeniu tkanek, powstanie kinin z kininogenu.
Skurcz pozanaczyniowych mięśni gładkich, rozszerzenie naczyń, spadek ciśnienia krwi.
Pobudzenie receptorów nocyceptywnych: wywołanie uczucia bólu.
Najlepiej poznana kinina: bradykinina
Nonapeptyd, czas półtrwania wynosi kilka sekund.
Pobudza komórki endotelium do produkcji prostacykliny i NO.
Pobudza komórki nacieku (neutrofile, makrofagi, limfocyty T) do produkcji cytokin zapalnych.
Pochodne kwasu arachidonowego
Estry kwasu arachidonowego są obecne w fosfolipidach błony komórkowej. Pod wpływem fosfolipaz uwalnia się kwas arachidonowy, który podlega dalszym
przekształceniom.
Pod wpływem cyklooksygenazy (syntazy prostaglandyny H) powstają prostanoidy i tromboksan.
Pod wpływem lipooksygenaz powstają leukotrieny i lipoksyny.
Prostaglandyny
Odkryte w latach 30 XX wieku w prostacie ( glandula prostatae), stąd nazwa; Lokalne hormony regulujące procesy zapalne, przepływ krwi, transport jonów przez błonę, modulujące przekaźnictwo w synapsach.
Z czasem opisano, że należą do eikozanoidów (gr. εικοσι = 20), czyli związków dwudziestowęglowych o 4 wiązaniach nienasyconych.
Tromboksan TXA2.
Wytwarzany w płytkach krwi, powoduje agregację płytek, krzepnięcie krwi i skurcz naczyń.
Tromboksan A2 jest aktywny, ale bardzo nietrwały (czas półtrwania 30 sekund).
Na drodze hydrolizy powstaje z niego tromboksan B2, który jest nieaktywny.
Efekty biologiczne
PGF2 i TXA2 powodują skurcz mięśni gładkich, zwężenie naczyń, agregację płytek.
PGD2 PGE2 PGI2 powodują rozszerzenie naczyń krwionośnych, indukcję gorączki, ból.
W komórkach nacieku powodują wzrost cAMP i spadek cGMP, co hamuje syntezę cytokin zapalnych.
PGE2 hamuje limfocyty T, produkcję przeciwciał i makrofagi.
Efekty biologiczne leukotrienów
LTC4, LTD4 i LTE4 powodują silny skurcz naczyń i wzrost ich przepuszczalności.
LTB4 silny czynnik chemotaktyczny i aktywujący dla neutrofilów i eozynofilów, najsilniejszy antagonista nocyceptorów bólu przewlekłego.
Lipoksyny hamują cytotoksyczność komórek NK.
Niezbędne nienasycone kwasy tłuszczowe
Dwie główne kategorie: omega-3 i omega-6 (ω-3 i ω-6).
Najważniejsze kwasy ω-3: alfa-linolowy, eikozapentaenoikowy i
dokosaheksaenoikowy.
Najważniejsze kwasy ω-6: linolenowy, gamma-linolenowy, dihomogammalinolenowy i arachidonowy
Źródła NNKT
Omega-3: ryby i niektóre oleje roślinne (w tym oliwa).
Omega-6 (głównie kwas linolenowy): ziarna, orzechy, nasiona, warzywa; kwas arachidonowy w tłustych częściach mięsa.
Znaczenie biologiczne
Rodziny NNKT omega-6 i omega-3 konkurują o fosfolipazę (PLA2), która
przekształca fosfolipidy błony, a także o cyklooksygenazy i lipooksygenazę.
Właściwa równowaga pomiędzy ich zawartością w diecie sprzyja zatem kontroli nad powstawaniem eikozanoidów.
Prawidłowa proporcja omega-6 do omega-3 powinna wynosić 1:1. Zachodnia dieta zawiera natomiast proporcję pomiędzy 25 a 40 omega-6 do 1 omega-3.
Równowaga NNKT
NNKT omega-3 są punktem wyjścia syntezy substancji przeciwzapalnych. Sprzyja to obniżeniu ciśnienia krwi i stężenia lipidów w osoczu, a także działa
przeciwzakrzepowo.
NNKT omega-6 dają początek substancjom zarówno nasilającym, jak i
zmniejszającym zapalenie. Działają korzystnie, jeśli są w równowadze z omega-3, ale ich przewaga nasila procesy zapalne.
Reakcja ostrej fazy
Odpowiedź całego organizmu na uszkodzenie, uraz, zakażenie – nawet nikłe i tylko lokalne.
Uruchamiana przez substancje wydzielone z makrofagów aktywowanych w miejscu zadziałania uszkadzającego bodźca.
Podlega centralnej regulacji przez ośrodkowy układ nerwowy.
Uzupełnienie: Nadwrażliwość
Stan spaczonej odpowiedzi immunologicznej, prowadzący do uszkodzenia tkanek i zapoczątkowujący proces chorobowy [wg W. Lasek: Nadwrażliwość, W:
Immunologia, Red.: J.Gołąb, M. Jakóbisiak, W. Lasek, Warszawa 2002]
Podział nadwrażliwości
wg Gella i Coombsa: IV typy
I – reakcja z alergenem wywoływana przez IgE na powierzchni komórek tucznych i bazofilów; efekt biologiczny wynika z działania mediatorów – histaminy, leukotrienów, kinin.
II – reakcja IgM i IgG z antygenami powierzchni komórek; komórki są niszczone w reakcji aktywacji dopełniacza, przez fagocytozę lub ADCC.
III – odkładanie kompleksów immunologicznych w naczyniach i tkankach; aktywacja dopełniacza prowadzi do niszczenia tkanek.
IV – reakcja limfocytów Tc, Th i makrofagów na antygeny; tkanki są niszczone na drodze efektu cytotoksycznego lub przez cytokiny.
Nadwrażliwość typu I – IgE zależna
Wiąże się ze zjawiskiem atopii (gr. ατοπος = dziwny) czyli genetycznie
uwarunkowanej skłonności do nadmiernej syntezy IgE.
Niewspółmiernie mała dawka antygenu wywołuje bardzo burzliwe reakcje.
Przykładami są katar sienny, astma, atopowe zapalenie skóry, wstrząs
anafilaktyczny.
Pojęć „alergia” i „nadwrażliwość typu I” można używać zamiennie
Rozpoznanie alergii
•
Obecność swoistych przeciwciał IgE w surowicy
•
Dodatnie testy skórne
•
Objawy kliniczne
Teorie wyjaśniające genezę alergii
1. Czynniki genetyczne – jeśli jedno z rodziców ma alergię, dziecko ma 40%
szans na nią, gdy oboje – 60% szans…
Dziedziczenie zdecydowanie wielogenowe, w tym allele układu HLA, geny kodujące IL-4, receptor dla IgE, gen dla IFN-γ itd.
2. Czynniki środowiskowe: brak treningu immunologicznego, m.in. brak kontaktu z niektórymi drobnoustrojami (produkującymi endotoksynę) i przesunięcie równowagi w układzie immunologicznym w kierunku Th2 – hipoteza higieniczna;
Westernizacja: przetworzona żywność, utwardzone tłuszcze roślinne, a brak nienasyconych kwasów tluszczowych, lepsze warunki życia, czystość, spaliny z silników Diesla, dym papierosowy.
3. Ekspozycja na alergen: większa w dzieciństwie zmniejsza częstość alergii; Dzieci miejskie wystawiane tylko czasem na duże dawki alergenów łatwiej chorują na alergie.
Niekorzystna jest sezonowość występowania (Skandynawia – oczyszczanie
powietrza przez śnieg…)
4. Przeciwciała matczyne przekazane podczas ciąży i naturalnego karmienia: zdecydowanie ochronny efekt.
Mleko matki zawiera IgA, a także TGF-β, który hamuje odpowiedź immunologiczną u dziecka.
Sztuczne karmienie zwiększa częstość alergii pokarmowych.
1. Natychmiastowa – anafilaktyczna – kilka-kilkanaście minut.
•
Termin anafilaksja jest przeciwieństwem profilaksji: prób uzyskania odporności psa na toksynę ukwiału (Portier i Richet, 1902); zamiast niewrażliwości
osiągnęli błyskawiczne zejście po drugim podaniu alergenu…
•
Pokrzywka, świąd, obrzęk, w skrajnych przypadkach wstrząs anafilaktyczny.
2. Reakcja póżna (Late-phase reaction, LPR) – nie mylić z DTH!
•
6-10 godzin od kontaktu z alergenem.
•
Błony śluzowe gdo lub ddo, skóra.
•
Czynnikami wywołującymi są głównie leukotrieny, PAF, IL-1, IL-4 i TNF-α.
•
Skuteczne są GKS, a nie działają leki antyhistaminowe.
Odczulanie
•
Swoista immunoterapia – SIT.
•
Podawanie początkowo małych, potem rosnących dawek alergenu w celu
wywołania tolerancji.
•
Podanie może być podskórne lun podjęzykowe.
•
Jest możliwa, jeśli alergen jest znany…
•
Zaleca się ją zwłaszcza osobom uczulonym na jady owadów.
Wpływ wysiłku fizycznego na układ immunologiczny – cd.
Po wysiłku notowano spadek liczby wszystkich limfocytów T, w tym głównie T CD4+, a wzrost liczby komórek NK, najbardziej po ciężkim lub długotrwałym wysiłku, po 30
min. zmiany te zanikały [Kendall, 1990].
Podobnie inni autorzy odnotowali spadek liczby wszystkich limfocytów T, a wzrost stężeń IgA, IgG, IgM [Nehlsen, 1991].
Po 40 tygodniach intensywnego biegania (5 x 8 km na tydzień) stwierdzono, że liczba limfocytów nie uległa zmianie, podobnie liczba limfocytów T, natomiast zmieniła się proporcja CD4/CD8 na skutek wzrostu odsetka komórek CD3+CD8+ i spadku
odsetka komórek CD3+CD4+ [Kawada, 1992].
Krótki maksymalny wysiłek powodował wzrost liczby leukocytów, w tym wzrost liczby monocytów i limfocytów, spadek stosunku CD4/CD8, nie wywoływał natomiast zmiany liczby granulocytów; u osób niewytrenowanych notowano więcej komórek CD8+, a u wytrenowanych odsetkowo mniej komórek CD25+ po stymulacji [Gray, 1992].
Wysiłek podczas treningu powodował spadek liczby komórek CD3+ i CD4+,
obniżenie stężenia IL-2, spadek odpowiedzi limfocytów na stymulację fMLP i PMA, a wzrost proliferacji pod wpływem PHA i przeciwciała monoklonalnego Mono-aCD3
[Baj, 1994].
Stymulacja limfocytów
Prawidłowo antygen pobudza mniej niż 1% limfocytów (przez TCR) danej populacji.
Mitogeny są w stanie pobudzić wiele klonów limfocytów dzięki oddziaływaniu na węglowodany glikoprotein i glikolipidów ich powierzchni.
Mitogenami są na przykład przeciwciało przeciwko CD3, konkanawalina A (ConA), fitohemaglutynina (PHA), mitogen szkarłatki (PWM).
Superantygeny
Produkowane przez niektóre bakterie, mykoplazmy, wirusy, pasożyty, niektóre rośliny.
Superantygeny mogą pobudzać wiele klonów limfocytów, reagując tylko z
zewnętrzną częścią domeny V łańcucha β, czyli dany superantygen pobudzi
wszystkie limfocyty T z danym typem łańcucha β, zarówno limfocyty T CD4+ jak i CD8+. Tak pobudzone limfocyty wchodzą w stan anergii lub giną.
Masowe wydzielanie cytokin przez tak pobudzone limfocyty wywołuje na przykład objawy zatrucia pokarmowego przy zakażeniu gronkowcami.
Kiedy zbadano czas normalizacji parametrów, poddając ćwiczących wysiłkowi po 24 min na rowerze treningowym przez 5 dni, do 80% wysiłku maksymalnego, można było stwierdzić, że efekt natychmiastowy mijał po 3 godz. (i był
prawdopodobnie związany z pobudzeniem układu sympatycznego, co wiązało się ze wzrostem stężenia norepinefryny), natomiast efekt średnio odległy polegał na niewielkim wzroście odsetka komórek CD19+ i CD3+CD4-CD8- [Grazzi, 1992].
W 36 godzin po wysiłku nie obserwowano różnic co do liczby komórek CD3+, CD19+ ani proporcji CD4/CD8; u osób wytrenowanych notowano wyższą liczbę
leukocytów i granulocytów, a także komórek NK, natomiast niższą liczbę limfocytów.
U osób wytrenowanych obserwowano także wzrost ekspresji łańcucha β receptora dla IL-2 [Rhind, 1994].
Przedłużony trening powodował produkcję IL-1, spadek stężenia IL-2
(prawdopodobnie wzrost ekspresji łańcucha β receptora powoduje większy wychwyt tej interleukiny); średni wysiłek podnosił aktywność NK, a duży ją obniżał; sugerowano uszkodzenie mięśni szkieletowych jako przyczynę powstawania reakcji zapalnej [Shepard, 1994]. Tezie tej zaprzeczyły kolejne badania, wykazujące, że nie dochodzi do uszkodzenia mięśni mierzonego zmianą aktywności CPK [Brenner, 1999].
Opisywano też wzrost liczby leukocytów i granulocytów, wśród limfocytów zaś komórek CD8+ i CD4+, ze spadkiem proporcji CD4/CD8 [Rebeco, 1998].
Gimnastyczki w wieku 10-12 lat, badane zaraz po i 12 godz. po wysiłku, wykazywały wzrost liczby WBC (powrót do wartości podstawowych po 24 godz.) natomiast liczby granulocytów i limfocytów pozostawały podwyższone jeszcze w 24 godz. po wysiłku.
Zmiany w subpopulacjach limfocytów obejmowały wzrost liczby limfocytów T, Th, Tc i komórek NK – przy czym liczby te powracały do wartości wyjściowych po 24 godz.
Nie notowano zmian w stężeniach IgA, IgM, IgE, IgG całkowitej ani jej podklas
[Eliakim, 1997].
Biegacze po 2 m-cach treningu wykazywali wzrost stężenia sICAM-1 i cechy
zagrożenia alergią: wzrost CD20+CD23+, CD4+CD45RO+, wzrost sIL-2R i ICAM1
[Baum, 1994].
Do odrębnych efektów zaliczyć można zmiany stężeń immunoglobulin: pływacy po wysiłku mieli mniej IgA, IgM, IgA w ślinie, ze spadkiem stężenia IgG2 [Gleeson, 1995], natomiast notowano po wysiłku wzrost stężenia ACTH i β-endorfin
[Fernandez, 1995]. Ponadto notowano po wysiłku spadek liczby eozynofili,
limfocytów i stężenia IgM o 20-35%, wzrost wydzielania IL-6 i GM-CSF [Boyum, 1996]. Jelitowa produkcja IgA i IgM nie spadała po maratonie [Nilssen, 1998].
Cytokiny
“Polipeptydy produkowane podczas aktywacji i fazy efektorowej odpowiedzi
immunologicznej, zarówno wrodzonej, jak i nabytej, które służą przenoszeniu informacji i regulacji reakcji”
– Cytokiny regulujące odpowiedź nieswoistą;
– Cytokiny regulujące odpowiedź swoistą;
– Cytokiny regulujące hematopoezę.
Próby poprawy parametrów odporności za pomocą suplementacji substancji spożywczych były badane na przykładzie podawania posiłku bogatotłuszczowego: powodowało to wzrost stężenia IL-2, a spadek wydzielania IL-1, IL-6, TNF
[Venkatraman, 1997]. Poprawiało także badane parametry podawanie napojów
bogatych w węglowodany [Nieman, 1999].
Podobnie zatem jak w przypadku granulocytów efekt natychmiastowy (przemijający) wiąże się jedynie z przesunięciami pomiędzy spoczynkowymi komórkami puli
brzeżnej i magazynów, być może śledzionowych, a krwią obwodową, natomiast do odległych efektów należy zmniejszona zdolność limfocytów do aktywacji, a zatem również hamujący wpływ nieznanych czynników.
Oprócz rodzaju i czasu trwania wysiłku, a także stopnia wytrenowania na wyniki ma istotny wpływ również wiek badanych, jako że u młodszych sportowców zmiany są nieco inne i wytrenowanie zdaje się tu wywierać mniejszy wpływ hamujący.
Jedną z prób wyjaśnienia tego zjawiska jest hipoteza, że ponieważ to brak IFN
gamma wywołuje supresję w układzie immunologicznym, a wysiłek praktycznie znosi wydzielanie IFN, obserwowane u sportowców spadki odporności są właśnie
pochodną tego zjawiska [Northoff, 1998].
Odrębną kwestią jest oddzielenie efektu czysto fizycznego wysiłku od wpływu stresu psychicznego: zobrazowały to badania nad okresami treningu i sezonu zawodów, pokazujące wzrost liczby granulocytów obojętnochłonnych, spadek liczby limfocytów T CD4+, spadek aktywności limfocytów T i aktywności granulocytów
obojętnochłonnych, ale brak zmian komórek NK. Wszystkie te zmiany cofały się po sezonie zawodów.
Podstawową podkreślaną przez autorów zmianą są zaburzenia funkcji granulocytów
[Bury, 1998]. Wpływ stresu może wiązać się ze zmianami wywoływanymi przez katecholaminy [Takanara, 1999].
Wnioski z prac magisterskich
Badano krew obwodową w czterech kolejnych próbkach: po przyjściu na badania, po 30 minutach odpoczynku, po wysiłku submaksymalnym i znowu po 30 minutach
odpoczynku.
Na podstawie przeprowadzonej analizy wpływu wysiłku na wybrane wykładniki można stwierdzić, że wszystkie badane parametry hematologiczne (liczba
erytrocytów, stężenie hemoglobiny, Ht, liczba leukocytów) ulegają zmianie pod wpływem wysiłku fizycznego.
Nawet jeżeli w badaniach statystycznych różnice te nie są znamienne, co może wynikać z różnorodności grupy badanej, jej niewielkiej liczebności, bądź osobniczej reakcji na wysiłek, to można powiedzieć z całą pewnością, że obserwowane zmiany są zależne od wysiłku.
Najmniej zmieniającym się parametrem był hematokryt. Wydaje się, że organizm stosuje swoistą kompensację w odpowiedzi na rosnącą liczbę komórek krążących we krwi obwodowej i dostosowuje objętość krwi krążącej, tak, by całkowita proporcja pozostała niezmieniona.
Jest to zgodne z danymi literaturowymi, wymieniającymi zmiany hematologiczne i hemodynamiczne zachodzące organizmie pod wpływem wysiłku fizycznego. Można te zmiany tłumaczyć wyrzutem krwi z zapasów śledzionowych, a w przypadku
leukocytów uruchomieniem puli brzeżnej.
Badane parametry biochemiczne okazały się różnić w przypadku aktywności
transaminaz, głównie transaminazy asparaginianowej. Może to sugerować jej uwalnianie z pracujących mięśni pod wpływem submaksymalnego wysiłku. W
wykonanych badaniach próbka powysiłkowa jednoznacznie różniła się od pozostałych.
Stężenie białka całkowitego wydawało się zmieniać równolegle ze wszystkimi innymi badanymi parametrami. Mimo obserwowanych wahań, nie dało się jednoznacznie go powiązać z wysiłkiem ani spoczynkiem. Podwyższone jego stężenie znalazło się w jednej z utworzonych reguł i opisywało sytuację po wysiłku. Prawdopodobnie jednak obserwowane zmiany są jedynie wynikiem przesunięć objętości krwi krążącej.
Można zatem powiedzieć, że opisywane wcześniej w jednej z prac magisterskich zmiany były wyrwane z całego kontekstu procesów zachodzących pod wpływem
wysiłku, i że znamienność statystyczna różnic nie jest dowodem związku
przyczynowo-skutkowego między badanymi zjawiskami.
Praca magisterska: Jacek Lechowicz – WYKORZYSTANIE TEORII ZBIORÓW
PRZYBLIśONYCH DO ANALIZY WPŁYWU WYSIŁKU FIZYCZNEGO NA
WYBRANE PARAMETRY HEMATOLOGICZNE I BIOCHEMICZNE, Poznań 2003
Ćwiczenia w podwyższonej temperaturze
•
Wzrost IL-6, nikły wzrost CRP, wzrost MPO w surowicy, a bez zmiany IL-8.
•
Dłuższe i bardziej obciążające ćwiczenia powodowały bardziej nasiloną
reakcję.
•
Wydaje się, że ciepło nasilało obciążenie układu krążenia i hormonalnego, a nie immunologicznego.
Sygnał niebezpieczeństwa
Apoptoza fizjologicznie zachodząca i indukowana w czasie odpowiedzi
immunologicznej nie wywołuje reakcji zapalnej. W takim razie zmuszenie komórek np. nowotworowych do apoptozy może spowodować, że nie będzie na nie
odpowiedzi swoistej.
Okazuje się jednak, że apoptoza może też przebiegać z indukcją reakcji zapalnej.
Zależy to od ekspresji na powierzchni apoptotycznych komórek tzw. sygnału o niebezpieczeństwie (danger signal).
Wydaje się, że tym sygnałem może być ekspresja niektórych białek szoku
termicznego, przez co DC pochłaniają takie komórki apoptotyczne sprawniej i wydajniej prezentują antygeny limfocytom (mają więcej cząsteczek przylegania: CD40, CD80, CD86 i MHC klasy II), wydzielając przy tym więcej IFNγ i IL-12, co sprzyja indukcji odpowiedzi cytotoksycznej.
Taką reakcję wywołują zestresowane, a nie natywne komórki nowotworowe.
Mechanizm ten prawdopodobnie pozwala układowi immunologicznemu dostosować odpowiedź do warunków (apoptoza fizjologiczna czy komórek nowotworowych,
poinfekcyjna itp.)