Zakażenia, Patologia



0x01 graphic


0x01 graphic

Układ odpornościowy

Układ odpornościowy stanowi 1/10 masy ciała. W jego skład wchodzi śledziona, grasica, węzły chłonne, szpik, migdałki, kępki Payera, wątroba.

Bariery immunologiczne

  1. fizykochemiczna - skóra, śluzówki, pot, wydzieliny gruczołów, pH płynów ustrojowych

  2. komórkowa

    1. fagocyty - komórki obdarzone właściwościami żernymi. Można podzielić je na dwie grupy:

      • fagocyty krążące - granulocyty (obojętno, kwaso i zasadochłonne), monocyty

      • fagocyty osiadłe w tkankach - makrofagi, komórki Kupffera w wątrobie, komórki mikrogleju

  3. limfocyty B, T

  • humoralna - immunoglobuliny, opsoniny, układ dopełniacza (grupa termolabilnych białek osocza biorąca udział w chemotaksji, fagocytozie i hemolizie).

  • Wstrząs septyczny - patofizjologia i leczenie

    Definicja wstrząsu septycznego

    1. Infekcja - zjawisko mikrobiologiczne charakteryzujące się odpowiedzią zapalną na obecność mikroorganizmów w normalnie sterylnym organizmie gospodarza.

    2. Bakteriemia - jest to stan w którym stwierdza się obecność bakterii we krwi, przy czym nie muszą być obecne kliniczne wykładniki zakażenia (~ wiremia, fungemia).

    3. SIRS (Systemic Inflammatory Response Syndrome) - zespół uogólnionej odpowiedzi zapalnej do której dochodzi w przebiegu różnych stanów klinicznych, takich jak infekcja zapalenie trzustki, niedotlenienie, uraz wielonarządowy, uszkodzenie tkanek, wstrząs krwotoczny i inne. SIRS przejawia się dwoma lub więcej z wymienionych:

  • Sepsa (posocznica) - ogólnoustrojowa odpowiedź zapalna na zakażenie. Rozpoznanie sepsy wymaga stwierdzenia co najmniej dwóch kryteriów SIRS oraz zakażenia.

  • Ciężka sepsa in. zespół septyczny (sepsis syndrome) - posocznica do której dołączyły się objawy kliniczne wywołane niedostateczną perfuzją narządową, np. kwasica mleczanowa, oliguria, zaburzenia psychiczne

  • Wstrząs septyczny - zespół septyczny oraz zaburzenia krążenia (ciśnienie skurczowe poniżej 90 mmHg lub spadek większy niż 40 mmHg)

  • Etiologia

    Za wystąpienie wstrząsu septycznego odpowiedzialne mogą być różne patogeny, w tym bakterie G(+) i G(-), wirusy, riketsje i grzyby. Do najczęściej wywołujących wstrząs należały dotychczas bakterie G(-), a w szczególności Escherichia coli, Klebsiella i Pseudomonas aeruginosa. Ogniska zakażenia znajdowano zwykle w układzie moczowo - płciowym, przewodzie pokarmowym i płucach. W ostatnich latach wzrasta jednak znaczenie bakterii G(+) w etiologii wstrząsu septycznego, przy czym podkreśla się wyższą śmiertelność, niż w przypadku bakterii G(-). Do G(+) bakterii najczęściej spotykanych we wstrząsie należą Staphylococcus aureus, Streptococcus pneumoniae, Enterococcus faecium, a pierwotnym źródłem zakażenia okazują się rany skóry, zakażone tkanki miękkie oraz cewniki donaczyniowe.

    Do przyczyn wzrastającej częstości zakażeń bakteriami G(+) należy zaliczyć:

    Do czynników ułatwiających wystąpienie wstrząsu septycznego należą:

    Wieloletnie badania potwierdzają decydującą rolę mikroorganizmów w rozwoju wstrząsu septycznego. Coraz częściej jednak podkreśla się znaczącą rolę zaburzeń immunologicznych (patologiczna reakcja na zakażenie), co w obserwacjach klinicznych wyraża się słabą korelacją pomiędzy rozległością zakażenia, a prawdopodobieństwem wystąpienia wstrząsu.

    Mediatory wstrząsu septycznego

    Dzieli się je na egzogenne (tj. produkowane przez mikroorganizmy) oraz endogenne (wytwarzane przez zaatakowany ustrój). Z mediatorów egzogennych najlepiej poznano endotoksynę (lipopolisacharyd związany ze ścianą komórki bakterii gram (-) i uwalniany z chwilą jej rozpadu) oraz uwalniane przez bakterie gram (+) egzotoksyny (np. gronkowcowa enterotoksyna B). Do mediatorów endogennych należą m.in. cytokiny, eikosanoidy, kininy.

    Gdy drobnoustroje zaczynają się namnażać w ognisku infekcji, zarówno bakteryjne produkty (metabolizmu i rozpadu) jak i mediatory zapalne (leukotrieny, czynniki dopełniacza, cytokiny, kompleksy antygen-przeciwciało) powodują migrację granulocytów obojętnochłonnych i monocytów do tego obszaru. Gromadzenie się leukocytów w obszarze zapalenia jest ułatwione dzięki wydzielaniu przez komórki śródbłonka naczyniowego selektyn, czyli substancji adhezyjnych. Po pojawieniu się w ognisku zapalnym, leukocyty rozpoznają i fagocytują zopsonizowane bakterie i grzyby. Zabijanie bakterii odbywa się dzięki wytwarzaniu wysoce toksycznych i niestabilnych pochodnych tlenu oraz transportowi różnych substancji bakteriobójczych z ziarnistości lizosomalnych do wodniczek fagocytujących. Procesowi temu towarzyszy uwalnianie rozmaitych cytokin z makrofagów (monocytów tkankowych) w obszarze ogniska zapalnego.

    Inicjacja odpowiedzi zapalnej układa się następująco: liczne stymulatory egzogenne (endotoksyna, egzotoksyna) jak i endogenne (np. aktywowany dopełniacz, produkty uszkodzenia komórki ... i inne) są w stanie pobudzać monocyty i makrofagi do syntezy kachektyny (TNF-α) i interleukiny-1β, które to cytokiny odgrywają kluczową rolę w rozwoju SIRS.

    Funkcja tych cytokin polega na ograniczaniu uszkodzeń, zwalczaniu organizmów patogennych, eliminacji obcych patogenów i wspomaganiu procesów naprawczych.

    Z tymi procesami koegzystuje aktywność przeciwzapalna, wyrażająca się obecnością w osoczu ciał przeciwzapalnych, które albo bezpośrednio blokują wiązanie prozapalnych mediatorów do powierzchniowych receptorów (receptorowy antagonista IL-1, rozpuszczalny receptor TNF, receptorowy antagonista leukotrienu B4) albo wykazują własne działanie przeciwzapalne (IL-4, IL-10, TGF-β).

    Za uszkodzenie komórek i tkanek w procesie SIRS odpowiedzialne są aktywowane immunocyty, włączając granulocyty, makrofagi i limfocyty. Komórki te wywołują dysfunkcję narządową poprzez migrację z krwią do miejsc odległych od ogniska pierwotnego. Stąd ich funkcja immunologiczna jest zarówno protekcyjna, poprzez niszczenie czynnika zakaźnego, jak i uszkadzająca poprzez uwalnianie do światła włośniczek toksycznych enzymów i wolnych rodników.

    1. Endotoksyna

    Endotoksyna jest lipopolisacharydem (LPS) związanym ze ścianą komórki bakterii G(-) i uwalnianym z chwilą jej rozpadu. Po uwolnieniu ze ściany komórkowej wiąże się najpierw z produkowanym przez wątrobę białkiem ostrej fazy, a następnie kompleks ten aktywuje granulocyty i makrofagi, które uwalniają całą kaskadę mediatorów endogennych (cytokiny, eikosanoidy, proteazy, wolne rodniki, NO). LPS aktywuje ponadto układ krzepnięcia i fibrynolizy.

    1. Egzotoksyna

    W ostatnich latach wzrósł do prawie 50% udział bakterii G(+) w etiologii wstrząsu septycznego. Głównym mediatorem, uwalnianym przyżyciowo przez komórkę bakteryjną gram (+), jest egzotoksyna. Aktywuje ona przede wszystkim limfocyty, które następnie uwalniają kaskadę mediatorów endogennych.

    1. Eikosanoidy

    Są metabolitami kwasu arachidonowego (niezbędny kwas tłuszczowy pochodzący z rozpadu fosfolipidu błon komórkowych) i zalicza się do nich prostaglandyny i tromboksan (szlak cyklooksygenazy) oraz leukotrieny (szlak lipooksygenazy). Źródłem eikosanoidów są neutrofile, makrofagi, płytki krwi, komórki tuczne i komórki śródbłonka naczyniowego.

    0x01 graphic

    W warunkach ograniczonego dostępu tlenu następuje napływ jonów Ca do cytozolu i aktywacja fosfolipazy A2 która z kolei powoduje „wyłuskiwanie” z komórek endothelium kwasu arachidowego, jednego z głównych składników błon komórkowych, który następnie ulega lipooksgenacji i cyklooksygenacji - powstają leukotrieny, prostaglandyny (w endothelium) i tromboksan (w trombocytach).

    PGI2 - prostacyklina - produkowana jest przez śródbłonek naczyniowy. Powoduje ona:

    TxA2 - syntetyzowany w trombocytach, jest środkiem najsilniej kurczącym naczynia i pobudzającym płytki krwi do agregacji

    PGD2 - uwalniana jest głównie przez komórki tkanki płucnej, silnie kurczy naczynia i oskrzela, hamuje agregację trombocytów

    PGF2α - silnie kurczy naczynia, głównie mózgowe

    PGE2 - stymuluje miejscowy i ogólny odczyn zapalny, najważniejsza prostaglandyna pośrednicząca w odczynie zapalnym.

    Leukotrieny LTC4, D4 i E4 - pobudzają do chemotaksji i agregacji granulocyty, zwiększają przepuszczalność endothelium 1000 razy silniej od histaminy, powodują kurcz mięśni gładkich drzewa oskrzelowego, kurcz naczyń krwionośnych płuc, nerek, naczyń wieńcowych i mózgowych.

    --> W [Author:SG] warunkach fizjologicznych głównym źródłem prostanoidów produkowanych przez śluzówkę żołądka, komórki nerek, płytki krwi i śródbłonek naczyniowy jest COX-1. COX-2 pojawia się w toku procesów zapalnych, indukowana przez endotoksynę albo cytokiny prozapalne (TNF, IL-1) i to jej aktywność, a nie COX-1, jest odpowiedzialna za produkcję znacznych ilości prostaglandyn wywołujących objawy zapalenia, takie jak ból, wzrost przepuszczalności naczyń, obrzęk, gorączka.

    1. Wolne rodniki i nadtlenki

    2. Układ kinin

    kininogen (α2 globulina osoczowa syntetyzowana w wątrobie) - w formę czynną (kininy) przechodzi pod wpływem kalikreiny (uwalnianej z limfocytów lub powstającej pod wpływem aktywnego czynnika Hagemana, układu dopełniacza albo endotoksyny)

    Kininy pobudzają do aktywacji fosfolipazę A2, czego następstwem jest wzmożona produkcja prostaglandyn PGI2 i PGE2 (produkcja leukotrienów nie jest pobudzana)

    1. Układ endogennych endorfin

    receptory opiatowe w mózgu (μ, δ, κ) zlokalizowane są w układzie limbicznym, podwzgórzu, przysadce, rdzeniu kręgowym, odpowiadają za emocje, ból, reakcje wegetatywne

    μ - mają powinowactwo do β-endorfiny i do opiatów. Odpowiadają za analgezję i depresję oddechową

    δ - mają powinowactwo do leu-enkefaliny i odpowiadają za spadek ciśnienia spowodowany rozszerzeniem naczyń

    κ - dinorfina - odpowiada za sedację

    1. Cytokiny

    Jest to grupa białek uwalnianych głównie z limfocytów i makrofagów, które działają modulująco na układ immunologiczny. Głównymi cytokinami uwalnianymi we wstrząsie, przede wszystkim pod wpływem endotoksyny, zakażeń bakteriami G(+), urazu, niedotlenienia, są:

    1. Białka ostrej fazy

    1. Czynnik aktywujący płytki (PAF)

    syntetyzowany głównie przez makrofagi płucne, pod wpływem niedotlenienia, urazu, endotoksyny. Spełnia funkcję lokalnej hemostazy. Aktywność jego przejawia się w

    Pod wpływem endotoksemii PAF jest produkowany miejscowo w jelitach, powoduje zmiany martwicze i uszkodzenie ściany jelit.

    1. Tlenek azotu (NO)

    Fizjologicznie NO pełni wiele ról: jest neuroprzekaźnikiem w OUN, kontroluje napięcie naczyń krwionośnych, współdziała w niszczeniu komórek bakteryjnych i nowotworowych. Mediatory zapalne stymulują intensywną produkcję NO przez komórki śródbłonka, kardiocyty, makrofagi i granulocyty obojętnochłonne. Tworzy się mechanizm błędnego koła - NO nasila z kolei uwalnianie cytokin z komórek fagocytarnych.

    Udowodniono, że uogólniona wazodilatacja oraz pogorszenie funkcji komór serca we wstrząsie septycznym spowodowane są w dużej części nadmierną produkcją NO. Nadmiar tlenku azotu w sercowych miocytach stymuluje cyklazę guanylową, która hamując wewnątrzkomórkowe przesunięcia jonów wapnia osłabia kurczliwość mięśnia sercowego. Ponadto zalew NO zaburza mitochondrialny łańcuch oddechowy, co prowadzi do zmniejszenia produkcji ATP w mięśniu sercowym.

    1. Atrial Natriuretic Factor

    2. Układ dopełniacza

    Aktywacja dopełniacza jest brzemienna w skutki, ponieważ prowadzi do wewnątrznaczyniowego pobudzenia neutrofili, które po adhezji do śródbłonka włośniczkowego uwalniają śródnaczyniowo zawartość swoich ziarnistości (proteazy, eikosanoidy, rodniki tlenowe). Prowadzi to do uszkodzeń włośniczek i parenchymy co wyraża się zmianami strukturalnymi narządów, a w konsekwencji zaburzeniami wymiany gazowej w płucach i na poziomie tkankowym. Aktywacja neutrofili jest wyjściową przyczyną uogólnionego odczynu zapalnego (SIRS) prowadząc do zaburzeń wielonarządowych.

    1. Układ krzepnięcia i fibrynolizy

    2. Antytrombina III

    3. Białko C

    1. Fibronektyna

    2. Myocardial Depressant Factor

    Pojawia się w niedokrwionym obszarze trzewnym, szczególnie w hipoperfundowanej trzustce. Działa depresyjnie na siłę skurczu mięśnia sercowego.

    Hemodynamika wstrząsu septycznego

    Faza „ciepła”

    Uwalnianie toksyn bakteryjnych do krążenia powoduje początkowo spadek oporu krążenia systemowego i wzrost rzutu minutowego serca. Odpowiedzialnością za spadek oporu obciąża się tlenek azotu, histaminę i bradykininę. Ta hyperdynamiczna („ciepła”) faza wstrząsu septycznego może być słabo wyrażona u chorych z hypowolemią oraz jawną lub ukrytą niewydolnością serca.

    Od początku wstrząsu septycznego stwierdza się wyraźny spadek frakcji wyrzutowej komór oraz wzrost objętości końcoworozkurczowej i końcowoskurczowej obu komór, którym to zmianom towarzyszy zwykle zwiększony rzut minutowy. Ten skojarzony obraz dilatacji komór i hiperdynamii krążenia, tak charakterystyczny dla wstrząsu septycznego, jest nazywany „nadkompensowaną” niewydolnością mięśnia sercowego. Nadkompensacja odbywa się kosztem rezerw czynnościowych, stąd stan mięśnia sercowego sprzed wystąpienia wstrząsu jest istotnym czynnikiem warunkującym pojawienie się fazy „ciepłej”.

    Faza „zimna”

    W miarę rozwoju wstrząsu septycznego dochodzi do stopniowego spadku rzutu serca, spowodowanego zarówno zmniejszeniem nawrotu żylnego jak i pogorszeniem stanu myokardium. Uwalniane obficie katecholaminy obkurczają zwieracze zawłośniczkowe, a mediatory zwiększają przepuszczalność naczyń, co prowadzi najpierw do sekwestracji płynu w mikrokrążeniu, a później jego przejścia do przestrzeni pozanaczyniowej. Ucieczka płynu pogłębia zaburzenia perfuzji tkanek, nasila beztlenową przemianę materii i zwiększa akumulację mleczanów. Jest to obraz hypodynamicznej („zimnej”) fazy wstrząsu septycznego.

    Za pogłębianie depresji mięśnia sercowego odpowiedzialne są również krążące mediatory antyinotropowe, a w szczególności MDF, TNF, IL-1, NO. Niekorzystny wpływ na myokardium wywierają także zmienione warunki metaboliczne, a przede wszystkim kwasica mleczanowa.

    W stanach septycznych metabolizm tlenowy komórki ulega zaburzeniom z następujących przyczyn:

    1. Wzrasta zapotrzebowanie na tlen w związku z przyspieszoną przemianą materii w procesie SIRS, czego wyrazem jest zwiększone zużycie O2 (VO2).

    2. Pogarsza się ekstrakcja tlenu (oxygen extraction ratio - O2ER), co łączy się z uogólnionym uszkodzeniem mikrokrążenia przez mediatory endogenne wstrząsu.

    3. Zmniejsza się dostawa tlenu (DO2) do tkanek wskutek depresji septycznej mięśnia sercowego.

    Wymienione trzy mechanizmy prowadzą do nierównowagi pomiędzy zapotrzebowaniem na tlen a jego dostawą. W warunkach fizjologicznych, przy spadku DO2 spowodowanym zmniejszeniem rzutu serca nie zmienia się zużycie tlenu, ponieważ pogłębia się jego ekstrakcja. Przy postępującym spadku rzutu serca i dostawy tlenu kompensująca rola ekstrakcji kończy się (jest to tzw. krytyczna wartość DO2) i od tego miejsca zużycie tlenu zaczyna spadać (VO2 staje się zależne od DO2) co implikuje pojawienie się kwasicy mleczanowej. Tę bardzo niekorzystną zależność VO2 od DO2 udało się wykazać we wstrząsie septycznym nawet u chorych ze względnie stabilnym układem krążenia i wysokim wskaźnikiem sercowym (CI powyżej 4 l/min/m2).

    Zaburzenia narządowe we wstrząsie septycznym

    Zespół zaburzeń wielonarządowych (MODS - multiple organs dysfunction syndrome) jest bezpośrednią przyczyną zgonu we wstrząsie septycznym. Mechanizm powstawania zmian narządowych obejmuje dwie kategorie zjawisk: przerwanie perfuzji tkankowej spowodowane hipowolemią i spadkiem ciśnienia tętniczego w początkowej fazie wstrząsu oraz miejscowe zmiany tkankowe wywołane endotoksyną i innymi mediatorami w fazie późnej. Hipoperfuzja tkankowa uszkadza śródbłonek włośniczkowy, powoduje agregację płytek krwi, gromadzenie się neutrofili, aktywację układu kalikreina - kininy oraz uwalnianie cytokin. Wzrost przepuszczalności uszkodzonego śródbłonka powoduje przejście płynu poza naczynia, co nie tylko pogłębia hipowolemię, ale również jest przyczyną obrzęku śródmiąższowego.

    Zmiany zapalne pojawiają się najpierw w płucach, a następnie w wątrobie i jelitach. Kulminacja zapalnych zmian narządowych ma miejsce 48 - 72 godzin od zadziałania toksyn bakteryjnych.

    Zaburzenia perfuzji prowadzą do załamania równowagi pomiędzy całkowitą dostawą tlenu do tkanek (DO2) i zużyciem tlenu (VO2). Stan niedotlenienia komórkowego wyrażający się dysfunkcją, a w końcu niewydolnością narządową określany jest terminem „dysoksji”. Metabolicznym odbiciem dysoksji jest obecność kwasicy mleczanowej spowodowanej zablokowaniem glikolizy tlenowej. W warunkach fizjologii VO2 utrzymuje się na stałym poziomie bez względu na wielkość dostawy (o ile DO2 nie spadnie poniżej wartości krytycznej około 8 ml/kg/min). We wstrząsie septycznym wymiana tlenu odbywa się w strefie wartości krytycznych, niezależnie od wielkości oksygenacji tętniczej i rzutu serca (zjawisko permanentnego „głodu tlenowego”).

    Układ krążenia

    1. Spadek napięcia naczyń

    Spadek napięcia naczyń pojawia się w sepsie jako odpowiedź na liczne mediatory egzo- i endogenne. Zarówno TNF-α jak i IL-1 powodują wazodilatację poprzez efekt bezpośredni oraz hamowanie wrażliwości naczyń na katecholaminy. Obecnie główną rolę w septycznej wazodilatacji przypisuje się tlenkowi azotu. W warunkach fizjologicznych NO produkowany jest w endotelium naczyniowym z L-argininy, następnie dyfunduje do przylegających komórek naczyniowej mięśniówki gładkiej i aktywuje cyklazę adenylową do produkcji cGMP (cyklicznego guanozylomonofosforanu), który jest mediatorem rozkurczu tejże mięśniówki. W septycznym procesie zapalnym dochodzi do silnej aktywacji syntezy NO, który uwalniany w dużej ilości powoduje wazodilatację objawiającą się spadkiem ciśnienia tętniczego. Nadmiar NO jest też najprawdopodobniej przyczyną zmniejszenia wrażliwości naczyń na stymulację adrenergiczną.

    Reasumując, w septycznych zaburzeniach krążenia wiodącym problemem staje się utrata autoregulacji w mikrokrążeniu większości narządów.

    Septyczna wazodilatacja prowokuje wzrost produkcji mediatorów wazokonstrykcyjnych: tromboksanu i endoteliny. Stan napięcia naczyń u chorych we wstrząsie septycznym wynika więc z wypadkowego efektu wazodilatatorów i wazokonstriktorów.

    1. Depresja mięśnia sercowego

    Jest u chorego we wstrząsie septycznym mniej oczywista od spadku oporu naczyniowego, ponieważ rzut serca jest z początku wysoki, bądź normalny. Jednak kurczliwość myokardium jest wyraźnie upośledzona od początku wstrząsu. To upośledzenie znajduje kliniczne odbicie w spadku frakcji wyrzutowej lewej komory (LVEF - left ventricular ejection fraction), ocenianym za pomocą badania ECHO. U chorych septycznych stwierdza się również wzrost objętości końcowo-rozkurczowej (rozstrzeń) lewej komory. Jest to prawdopodobnie mechanizm wyrównawczy, pozwalający utrzymać rzut serca przez wykorzystanie rezerwy preload (mechanizm Franka-Starlinga), jego nieobecność prowadzi do dekompensacji układu krążenia.

    Podobne zmiany dotyczą również czynności prawej komory.

    Septyczne poszerzenie jam serca prowokuje wzrost produkcji atriopeptyny (α-ANP - atrial natriuretic peptide), której poziom służyć może jako wskaźnik nasilenia kardiodepresji, podobnie jak wzrost poziomu endoteliny (reakcja na hipotensję) jest wskaźnikiem wazodilatacji.

    Zaproponowano szereg hipotez tłumaczących septyczną depresję mięśnia sercowego:

      1. spadek gęstości receptora β-adrenergicznego

      2. mediatory kardiodepresyjne