WYKŁAD II 24 II 2010

Mechanizmy odczynu zapalnego.

Jedną z cech żywego ustroju jest zdolność do reagowania na działanie czynników uszkadzających. Reakcja ta przebiega jako:

1. odpowiedź ogólna (układ nerwowy i dokrewny)

2. odpowiedź miejscowa, czyli odczyn zapalny

zapalenie (miejscowy odczyn obronny) – zespół zjawisk wywołanych przez miejscowe zaburzenia w krążeniu i mezenchymie, spowodowany miejscowym, uszkadzającym działaniem czynnika patogennego (patogenu).

Celem biologicznym zapalenia jest lokalizacja, a następnie eliminacja patogenu i usunięcie następstw działania szkodliwego czynnika.

Czynniki powodujące rozwój zapalenia:

• biologiczne (bakterie, wirusy, grzyby i inne mikroorganizmy);

• mechaniczne (uderzenie, przecięcie, rozszarpanie, itd.);

• fizyczne:

• miejscowe działanie spadku (odmrożenia) lub wzrostu (oparzenia) temperatury

• promieniowanie (jonizujące, nadfioletowe, podczerwone, laserowe, itd.)

• chemiczne (silne kwasy, zasady, inne);

• reakcje immunologiczne;

• przerwanie dopływu krwi do tkanki (np. martwica);

• brak pewnych czynników fizjologicznych (np. spadek poziomu estrogenów w okresie przekwitania może być przyczyną stanów zapalnych narządu rodnego).

Cechy zapalenia:

• rubor – zaczerwienienie tkanki (skóra)

• tumor – obrzmienie tkanki

• calor – wzrost ciepłoty

• dolor – ból

• functio laesa – upośledzenie czynności

Odpowiedź zapalna jest procesem ciągłym, który zachodzi w 2 fazach:

• ostrej – trwa sekundy lub minuty (jeśli godziny, to nie dłużej niż 10); w tej fazie zachodzą zmiany umożliwiające fagocytom dostanie się do obszaru uszkodzenia;

• przewlekłej – trwa kilka dni, tygodni, a nawet miesięcy; w tej fazie trwa usuwanie tkanek zniszczonych i naprawa powstałych uszkodzeń.

Na ostry odczyn zapalny składają się głównie:

• reakcja naczyniowa:

• zmiana szerokości naczynia

• zmiana przepływu krwi

• zmiana przepuszczalności ściany naczyń

• reakcja komórkowa

Reakcja naczyniowa.

Zmiana szerokości naczynia:

• krótkotrwały skurcz naczyń – spowodowany jest działaniem katecholamin i serotoniny, które szybko są następnie rozkładane przez monoaminooksydazy;

• rozszerzenie naczyń – wynika z działania mediatorów zapalenia: bradykinina, histamina, PGE₂, PGI₂, czy NO, a także odruch aksonowy; prowadzi do:

• zwiększonego przepływu krwi przez tkankę (przekrwienie czynne) i wynikające z niego zaczerwienienia

• miejscowego wzrostu temperatury

Zmiana przepływu krwi:

• wzrost prędkości przepływu (zwężenie naczyń)

• spowolnienie przepływu (rozszerzenie naczyń)

Zmiana przepuszczalności ściany naczyń:

• obkurczenie komórek śródbłonka i powstanie między nimi szczelin (głównie histamina i leukotrieny);

• uszkodzenie bezpośrednie (toksyny);

• wzmożone przenikanie leukocytów przez ścianę naczynia (transcytoza);

• tworzenie nowych naczyń (angiogeneza).

• rozszerzenie naczyń

• zwiększenie przepuszczalności ściany naczynia zastój krwi wysięk

• zmiany śródbłonka naczyń

Wysięk zapalny tworzy się pod wpływem:

• wzrostu ciśnienia hemodynamicznego w naczyniach przedwłosowatych i włosowatych (równowaga Starlinga);

• wzrostu przepuszczalności ściany naczyniowej dla białka;

• rozpadu wielkocząsteczkowych białek tkankowych;

• wzrostu ciśnienia onkotycznego w płynach tkankowych.

Równanie Starlinga – warunki fizjologiczne:

6-8

< 5

t ż

t ż

ciśnienie hemodynamiczne krwi (w mm Hg)

ciśnienie hydrostatyczne płynu tkankowego (w mm Hg)

ciśnienie koloidoosmotyczne płynu tkankowego (w mm Hg)

ciśnienie onkotyczne białek krwi (w mm Hg)

ciśnienie resorpcyjne / ciśnienie filtracyjne (w mm Hg)

Równanie Starlinga – zapalenie:

6-8

< 5

t ż

ciśnienie hemodynamiczne krwi (w mm Hg)

ciśnienie hydrostatyczne płynu tkankowego (w mm Hg)

ciśnienie koloidoosmotyczne płynu tkankowego (w mm Hg)

ciśnienie onkotyczne białek krwi (w mm Hg)

ciśnienie resorpcyjne / filtracyjne (w mm Hg)

Wysięk ma działanie rozcieńczające na substancje drażniące wywołujące zapalenie. Zawiera dużo fibrynogenu, z którym tworzy się włóknik.

Włóknik:

• powoduje zespolenie tkanek;

• stanowi barierę przeciw wirusom i bakteriom;

• usprawnia fagocytozę.

Wysięk przyczynia się do:

• obrzmienia tkanki;

• bólu;

• upośledzenia czynności.

ból – najbardziej znany objaw zapalenia. Występuje w wyniku pobudzenia receptorów neuronów czuciowych (nocyreceptorów) przez bodźce uszkadzające (tj. bodźce nocyceptywne).

Do wyzwolenia bólu w ognisku zapalnym przyczyniają się:

• mediatory zapalenia (np. bradykinina), które bezpośrednio pobudzają receptory nocyceptywne, pobudzają także uwalnianie histaminy i substancji P;

• kwaśny odczyn wysięku (nadmiar jonów H⁺) drażni nagie zakończenia nerwowe;

• wzrost poziomu jonów K⁺ w wysięku (tam, gdzie jest zaawansowany proces rozpadu komórki, łatwiej dochodzi do wyzwolenia potencjałów we włóknach czuciowych – bólowych);

• enzymy proteolityczne lizosomów rozpadłych leukocytów (trawią one tkanki i nagie zakończenia nerwowe), a także te (np. proteazy) wywierające bezpośredni lub/i pośredni wpływ na komórki odczynu zapalnego, tj. neutrofile, makrofagi, limfocyty;

• wzrost ciśnienia śródtkankowego (mniej istotny).

Reakcja komórkowa.

Komórki i elementy krwi biorące udział w procesie zapalnym:

• komórki krwi:

• leukocyty wielojądrowe pochodzenia szpikowego (granulocyty obojętnochłonne – neutrofile)

• granulocyty kwasochłonne (eozynofile)

• granulocyty zasadochłonne (bazofile)

• limfocyty, monocyty i płytki krwi

• białka osocza (głównie syntetyzowane przez wątrobę):

• czynniki krzepnięcia

• kininogeny i składniki dopełniacza

• komórki ścian naczyń:

• komórki śródbłonka

• komórki mięśniowe gładkie

Komórki i elementy tkanki łącznej biorące udział w procesie zapalnym:

• komórki tkanki łącznej:

• komórki tuczne (mastocyty)

• makrofagi tkankowe

• fibroblasty (syntetyzujące elementy macierzy pozakomórkowej)

• macierz pozakomórkowa tkanki łącznej, która składa się z:

• włóknistych białek strukturalnych (np. kolagen i elastyna)

• proteoglikanów (glikozoaminoglikany połączone z białkami)

• glikoprotein adhezyjnych (np. fibronektyna)

Do składników morfotycznych wysięku zaliczamy:

• neutrofile, które uległy marginacji przechodzą ruchem ameboidalnym przez ścianę naczynia (emigracja), Ajko pierwsze przybywają do miejsca zapalenia pełniąc w nim rolę mikrofagów (T¹/₂ ok. 10h);

• monocyty, które jako następne opuszczają naczynie i w ognisku zapalnym stają się makrofagami (T¹/₂ ok. 40h);

• erytrocyty, które opuszczają naczynie przez otwory po leukocytach – proces ten ułatwiany przez wzrost ciśnienia hemodynamicznego i wzrost przepuszczalności ściany naczynia; jest to przechodzenie bierne – diapedeza.

W odczynie zapalnym dochodzi do leukocytozy – zwiększenie zawartości leukocytów (przede wszystkim neutrofilów) we krwi krążącej – co wynika z tzw. „przesunięcia w lewo”, tj. wzrostu liczby form pałeczkowatych i pojawienie się postaci młodocianych (przejście młodych neutrofilów z rezerwy szpikowej do krwi krążącej).

Reakcja komórkowa:

• neutrofile – mikrofagi (40-70% 85%)

• monocyty – makrofagi (2-7% 1-1,5%)

• limfocyty T, B, NK (20-40% 14-15%)

• bazofile (0,1-1,8% leukocytów; wydzielanie histaminy i heparyny);

• eozynofile (0,5-4% leukocytów; niszczenie obcych białek).

Podłożem wędrówki leukocytów do ogniska zapalnego jest chemotaksja.

Czynniki chemotaktyczne:

• składniki aktywacji układu dopełniacza (C3a-C5a);

• leukotrieny (LTBu);

• chemotaktyczny czynnik dla eozynofilów (ECF-A, eosinophil chemotactic factor-A);

• chemotaktyczny czynnik dla neutrofilów (CINC-1, cytokine induced neutrophil chemoattractant-1);

• chemotaktyczny czynnik dla monocytów (MCP-1, monocyte chemotacticprotein-1);

• czynnik aktywujący płytki krwi (PAF);

• kalikreina, kininy;

• interleukiny (IL-8, IL-1);

• czynnik martwicy guza (TNFa).

białka adhezyjne – białka receptorowe; do nich należą glikoproteiny zbudowane z 3 części:

• krótkiej – umieszczonej w cytoplazmie komórki;

• środkowej – umieszczonej w błonie komórkowej;

• zewnątrzkomórkowej – która jest podstawą podziału na 3 podstawowe grupy receptorowych cząstek adhezyjnych:

• selektyny

• selektyna E (CD62E) – obecna na komórkach śródbłonka

• selektyna P (CD62P) – obecna na komórkach śródbłonka i płytkach krwi

• selektyna L (CD62L) – obecna na większości leukocytów, głównie na granulocytach i limfocytach oraz innych krwinkach białych

• integryny – heterodimeryczne glikoproteiny zbudowane z połączonych ze sobą łańcuchów α i β – pochodzą z limfocytów i monocytów

• integryny β1 – składają się z 9 różnych łańcuchów α i 1 wspólnego łańcucha β (biorą udział w wiązaniu komórek do macierzy pozakomórkowej)

• integryny β2 – utworzone są z 3 różnych łańcuchów α: 11a, 11b lub 11c oraz wspólnego łańcucha β; CD11a, b, c / CD18 (uczestniczą w adhezji leukocytów do komórek śródbłonka i ich przechodzenia przez ścianę naczynia)

• integryny β3 (cytoadhezyny) – obejmują 2 rodzaje receptorów o jednakowym łańcuchu β₃ [CD61] (wpływają na interakcje między płytkami krwi i neutrofilami)

• glikoproteiny budową przypominające immunoglobuliny (receptory immunoglobulinowe)

• ICAM-1, 2, 3 (intercellular adhesion molecules) – międzykomórkowe cząstki adhezyjne

• VCAM-1 (vascular cell adhesion molecule-1) – cząstka adhezyjna komórek naczyń

• PECAM-1 (platelet – endothelial cell adhesion molekule-1) – płytkowo-śródbłonkowa cząstka adhezyjna

W procesie rekrutacji leukocytów w miejscu zapalenia wyróżnia się następujące etapy:

• aktywację komórek śródbłonka wzmagającą ekspresję selektyn (CD62P – pod wpływem, np. histaminy, czy trombiny; CD62E – pod wpływem IL-1, TNFa i LPS) oraz ligandu L-selektyny;

• toczenie się leukocytów, w którym biorą udział selektyny (E i P) wiążące się luźno z glikoproteinowymi ligandami na leukocytach oraz L-selektyna i jej ligand;

• adhezję zachodzącą w rezultacie wzrostu powinowactwa integryn do śródbłonkowych cząstek adhezyjnych (ICAM-1, VCAM-1) wywołanego działaniem mediatorów zapalenia (chemokiny, składnik C5a układu dopełniacza, PAF);

• przechodzenie między komórkami śródbłonka przy udziale interakcji z PECAM-1.

Pary komplementarnych cząstek adhezyjnych występujących na komórkach śródbłonka i leukocytach:

ŚRÓDBŁONEK	LEUKOCYT	FUNKCJA
P-selektyna (CD62P)	glikoproteina – ligand L-selektyny	toczenie się (neutrofile, monocyty, limfocyty)
CD34 – ligand L-selektyny	L-selektyna (CD62L)	toczenie się (neutrofile, monocyty, limfocyty)
E-selektyna (CD62E)	glikoproteina – ligand E-selektyny	toczenie się (neutrofile, monocyty, limfocyty)
VCAM-1	integryny β2	adhezja (eozynofile, monocyty, limfocyty)
ICAM-1	integryny β2	adhezja i przechodzenie przez ścianę (neutrofile, monocyty, limfocyty)
PECAM-1 (CD31)	PECAM-1 (CD31)	zatrzymanie, przechodzenie przez ścianę (neutrofile, monocyty, limfocyty)

Fagocytoza:

1. chemotaksja

1. opsonizacja

1. przyleganie ziarnistości

1. tworzenie wypustki

1. wchłanianie i wytwarzanie fagolizosomu

1. trawienie (neutralizacja i rozkład pochłoniętego materiału):

• enzymatyczne:

• proteolazy

• kolagenazy

• fosfatazy obojętne

• wytwarzanie reaktywnych metabolitów tlenu (efekt bójczy wywierany przez wolne rodniki):

• nadtlenek wodoru (H₂O₂)

• rodnik hydroksylowy (OH^.)

• rodnik podchlorawy (OCl^.)

• anionorodnik ponadtlenkowy (O₂^.)

• tlenek azotu (NO)

Następstwa ostrego zapalenia:

• rozejście – gdy uszkodzenie jest niewielkie, po ustąpieniu procesu zapalnego dotknięta nim tkanka wraca do stanu sprzed uszkodzenia zarówno pod względem histologicznym, jak i czynnościowym;

• bliznowacenie lub włóknienie – następstwo rozległego uszkodzenia tkanki. Dodatkowo masywny wysięk włóknikowy, który nie zostanie całkowicie wchłonięty, ulega organizacji z wrastaniem tkanki łącznej i włóknieniem. W przypadku zakażeń bakteryjnych i grzybiczych może powstać ropień, który prowadzi do zniszczenia tkanek – jedynym możliwym sposobem zaniku ropnia jest bliznowacenie;

• progresja do zapalenia przewlekłego – może być następstwem zapalenia ostrego lub skutkiem, np. reakcji immunologicznych na antygeny własne. W zależności od rozległości uszkodzenia oraz zdolności uszkodzonych tkanek do odrostu, następstwem może być regeneracja i powrót do stanu pierwotnego lub bliznowacenie.

zapalenie przewlekłe – proces zapalny o długim (tygodnie, miesiące, lata) czasie trwania, w którym jednocześnie zachodzą procesy zapalenia aktywnego, uszkodzenia tkanek i ich gojenia.

Zapalenie przewlekłe cechują:

• naciek z komórek jednojądrowych (makrofagów, limfocytów i komórek plazmatycznych);

• niszczenie tkanek (z obecnością komórek zapalnych);

• naprawa z tworzeniem nowych naczyń krwionośnych (angiogeneza) i włóknieniem.