Zápal - úvod Prof.MVDr. František Ništiar, CSc., Ústav patologickej fyziológie Lekárska fakulta UPJŠ Košice 2005

Podnety Adaptácie Reakcie

R e a k c i e Miestne obranné reakcie: Celkové obranné reakcie: Z Á P A L Bolesť Edém Celkové obranné reakcie: S T R E S Horúčka Šok

Zápal Definícia Iniciácia Amplifikácia Terminácia ZÁPALU FÁZY “Zápal je stereotypná odozva organizmu (reakcia tkanív a ich mikrocirkulácie) na pato-génny podnet. Zápalová reakcia je reťazový sled dejov, charakterizovaný tvorbou zápalových mediáto-rov a výstupom tekutín a leu-kocytov z krvi do extravasku-lárneho priestoru.” Rácz, Ništiar a spol.: Základy patologickej fyziológie. II.diel, 2004 FÁZY ZÁPALU Iniciácia Amplifikácia Terminácia

Z á p a l Príčiny zápalu Exogénne: mechanické fyzikálne chemické biologické Endogénne: aktivácia endgén-nych proteáz vrodená absencia inhibítorov proteáz získaná absencia inhibítorov proteáz reperfúzne choroby aktivačný účinok makro-molekúl (imunokomplexy) aktivačný účinok mikro-molekúl (kryštály)

Z á p a l prehľad bunkových a humorálnych faktorov

Zápal Akútny - minúty až dni Chronický - týždne až roky Charakterizovaný tekutinami a proteínom PMN’s Chronický - týždne až roky Lymfocyty a makrofágy Akútne inf. - PMN’s (polymorfonukleáry) Chronické inf. - mononukleárne bunky EXUDÁT

Akútny zápal Bezprostredná a okamžitá odpoveď na poškodenie Pointa? Aby sa PMN’s vybrali na miesto alterácie ako rýchlo sa len dá Vazodilatácia Permeabilita endotelu Extravazácia PMN’s

Akútny zápal hlavné zložky Vazodilatácia Permeabilita endotelu Extravazácia PMN’s

Klasické znaky akútneho zápalu Sú známe z obdobia Teplo Sčervenanie Opuch Bolesť Strata funkcie starých Rímanov Calor Rubor Tumor Dolor Functio laesa Neskôr pridané

Klasické znaky akútneho zápalu Hlavné zložky odpovede pri hlavných znakoch zápalu sú teplo - vazodilatácia sčervenanie - vazodilatácia opuch - cievna permeabilita bolesť - uvoľnenie mediátorov/PMN’s strata funkcie - uvoľnenie mediátorov/PMN’s

Cievne zmeny musíte ich ovládať Vazodilatácia (nebrať do úvahy počiatoč-nú vazokonstrikciu, trvá len pár sekúnd) Exudácia tekutiny bohatej na proteíny Stáza krve Marginácia Emigrácia/Transmigrácia

Schéma akútneho zápalu

Cievna permeabilita Vazodilatácia, zvýšený prietok krve Zvýšený intravaskulárny hydrostatický tlak Transudát - ultrafiltrát krvnej plazmy (obsahuje málo proteínu) tento je veľmi prechodný a spúšťa len ďalšie procesy, ako akútny zápal, ako tvorba EXUDÁTu Zvýšenie cievnej permeability

Cievna permeabilita Exudát - (na proteín-bohatý s PMN’s) Exudát je charakteristická tekutina pre akútny zápal Intravaskulárny osmotický tlak klesá Osmotický tlak intersticiálnej tekutiny stúpa Výstup vody a iónov - edém

Schéma cievnychzmien

Ako sa stanú endotelové bunky netesnými? Kontrakcia endotelových buniek Junctionálna retrakcia Priame poškodenie endotelu (okamžitá odpoveď) Na leukocytoch závislé poškodenie endotelu Zvýšená transcytóza tekutiny

Priame poškodenie endotelu (okamžitá odpoveď) Nekróza endotelových buniek a strata kontaktu Výsledok ťažkého poškodenia alebo popáleniny Nastane ihneď a trvá až do regenerácie ciev

Na leukocytoch závislé poškodenie endotelu Nastane v miestach akumulácie leukocytov Spôsobená aktiváciou leukocytov, ktoré uvoľňujú proteolytické enzýmy a toxické ROS

Leukocyty Marginácia a rolling (kotúlanie) Adhézia a transmigrácia Migrácia do intersticiálneho tkaniva

ZMM

Marginácia Normálny prietok - RBC’s a WBC’s prúdia v centre ciev Na bunky chudobná plazma prúdi pri endotely Ak sa tok krvi spomalí, WBC’s sa hromadia pri endotely To je “marginácia”

Aktivácia endotelu Príslušný základný podnet spôsobí uvoľnenie mediátorov, ktoré aktivujú endotel na zvýšenú tvorbu selektínov a iných mediátorov, ktoré rýchlo vystupujú na povrch

Selektíny Selektíny viažu určité cukry Selected + Lectins (sugars) = Selectins Určité selektíny sú prítomné na endotelových bunkách (E-selektín) Určité selektíny sú prítomné na leukocytoch (L-selektín) Určité selektíny sú prítomné na trombocytoch (P-selektín)

Aktivácia endotelu

Rolling (kotúľanie) Selektíny sa viažu prechodne k receptorom PMN’s sa odrážajú alebo kotúľajú pozdĺž ciev To je rolling (kotúlanie)

Rolling

Adhézia Sprostredkovaná integrínmi ICAM-1 a VCAM-1

Pevná adhézia

Transmigrácia Sprostredkovaná s PECAM-1 Diapedéza (preliezanie buniek)

Transmigrácia

Chemotaxia Ďalší pohyb na miesto poškodenia, deje sa pozdĺž chemického gradientu Chemotaktické faktory: Zložky komplementu Metabolity kyseliny arachidónovej Solubilné bakteriálne produkty Chemokinéza

Aktivácia leukocytov Chemokíny tiež “aktivujú” PMN’s Tvorba produktov kys. arachidónovej Degranulácia a sekrécia lyzozómových enzýmov Oxidatívne vzplanutie (respiračné vzplanutie) Modulácia adhezívnych molekúl

Fagocytóza a degranulácia Fagocytóza (požrať a rozložiť) prilnúť pohltiť zabiť Degranulácia a oxidatívne vzplanutie rozloží pohltené častice

Leukocyty indukujú poškodenie tkaniva Lyzozómové enzýmy sa uvoľnia do extracelulárneho priestoru počas fagocytózy a spôsobujú poškodenie a deštrukciu matrix Aktivované leukocyty uvoľňujú ROS a produkty metabolizmu kys. arachidónovej, ktoré môžu poškodzovať tkanivo a endotelové bunky Tieto udalosti sa vyskytujú pri mnohých chorobách (napr. reumatoidná artritída)

Deficiencia adhézie leukocytov (LAD-1) Rekurentné bakteriálne infekcie Zápalová lézie v nedostatku neutrofilného infiltrátu Vysoký počet neutrofilov v obehu Neutrofily pacienta sa môžu kotúľať ale nevedia sa vtlačiť medzi endotelové bunky Transfúzia s normálnymi leukocytmi schopnými emigrovať (diapedéza)

Mechanizmus deficiencie adhézie leukocytov (LAD -1) Absencia integrínov na neutrofiloch Mutácia N-terminálnej oblasti  reťazca integrínu inhibuje vlastnú syntézu integrínu Normálna funkcia je docielená transfekciou pacienta bunkami s cDNA pre  reťazec

Syndróm Chediakov-Higashiho Tento syndróm mal byť testovaný už na doskách Noé-ovej archy Autozómovo recesívne ochorenie spôsobujúce poruchu degranulácie lyzozómov (veľké melanínové granulá) Porucha chemotaxie a premeny lyzozómov na fagozómy

Chronická granulomatózna choroba Porucha v NADPH oxidázovom systéme Výrazný pokles schopnosti zabíjať mikroorganizmy

Normálne pľúca

Pneumónia

Prítomnosť PMN’s

Chemické mediátory zápalu Plazmatické (pôvodom z plazmy) Cirkulujúce prekurzory Majú byť aktivované Bunkové (uvoľňované z buniek) sekvestrované intracelulárne syntetizované de novo

Chemické mediátory zápalu (pokr.) Väčšina mediátorov sa viaže k receptorom na povrchu buniek ale niektoré môžu mať aj priamu enzymatickú alebo toxickú aktivitu Mediátory sú prísne regulované

Mediátory a ich zdroje

Poškodenie tkanív Vazoaktívne Chemotaktické faktory (napr. C5a) mediátory (napr. histamín) Chemotaktické faktory (napr. C5a) Tvorba zápalových mediátorov Zo zápalových buniek Zvýšenie permeability ciev Akútny zápal Chronický zápal Edém PMN’s Monocyty

Vazoaktívne amíny Histamín V mastocytoch, bazofiloch a trombocytoch Uvoľnené ako odpoveď na podnet Vyvolávajú dilatáciu endotelu artériol a kontrakciu endotelu venúl výsledky následkom mnohopočetných interendotelových bunkových spojov za zvýšenia permeability ciev

Vazoaktívne amíny (pokr.) Serotonín Vazoakívny účinok podobný histamínu Nachádza sa v trombocytoch Uvoľňuje sa pri agregácii trombocytov

Plazmatické proteázy

Kľúč všetkého Plazmatické proteázy 1. Faktor XII (Hageman Factor) 1. faktor XII (Hagemanov faktor) Plazmatické proteázy Aktivovaný faktor XII (XIIa) 2. Kinínová kaskáda 3. Koagulačná kaskáda Kalikreín 4. Fibrinolytický systém Bradykinín Plazmín Fibrín 5. Komplementová kaskáda Kľúč všetkého

Kinínová kaskáda Vedie k tvorbe bradykinínu Bradykinín spôsobuje zvýšenie cievnej permeability dilatáciu arteriol kontrakciu hladkých svalov Bradykinín je krátko žijúci (kininázy) Účinky na cievy podobné ako u histamínu

Koagulačný systém Kľúčom aktivácie je FAKTOR XII Proces končí FIBRÍNOM

Úloha v imunite (C5-9 komplex) Komplementový systém Úloha v imunite (C5-9 komplex) Membrane Attack Complex (MAC C5-9) poškodzuje membrány Prederaví membránu

Komplementový systém Úloha v zápale (C3a a C5a) Cievne účinky zvýšenie permeability ciev a vazodilatácia podobné ako histamín Aktivuje lipoxygenázovú dráhu metabolizmu kyseliny arachidónovej (C5a)

Komplementový systém Aktivácia leukocytov, adhézia a chemotaxia (C5a) Fagocytóza C3b účinkuje ako opsonín a spúšťa fagocytózu buniek exprimujúcich receptory pre C3b

Komplementová kaskáda

Súhrn C5b Klasická dráha C6 C7 C8 C3 C3a C5 C9 Alternatívna dráha C5-9 membránu atakujúci komplex (MAC)

Kyselina arachidónová (AA) Kde je lokalizovaná? AA je zložkou fosfolipidov bunkovej membrány Štiepenie AA na jej metabolity má za následok rôzne biologické účinky

Metabolity kys. arachidónovej Metabolity AA - hormóny s krátkym dosahom Metabolity účinkujú lokálne v mieste ich vzniku Rýchlo sú rozložené alebo odstránené pre molekuly okolo nich môžu byť nebezpečné

Kyselina arachidónová AA je uvoľnená z bunkovej membrány fosfolipázami, ktoré sú aktivované rôznymi podnetmi a/alebo zápalovými mediátormi AA sa metabolizuje dvoma hlavnými dráhami, nazvanými podľa enzýmov, ktoré spúšťajú reakcie, lipoxygenázová a cyklooxygenázová dráha

Metabolizmus AA

Metabolizmus a účinky produktov kys. arachidónovej Fosfolipáza A2 Steroidy iinhibujú Kys.arachidónová Aspirin NSAID’st Cyclooxygenase Cyklooxygenáza Prostaglandíny Pete & Hete Vazokonstrikcia Bronchospasmus Zvýšená cievna permeabilita Leukotriény Metabolizmus a účinky produktov kys. arachidónovej PG’s

Dráhy kyseliny arachidónovej Lipoxygenázová HETE Chemotaxia PETE Tvorba leukotriénov Leukotriény Vazokonstrikcia Bronchospasmus Zvýšená permeabilita ciev Cyklooxygenázová Prostaglandíny Vazodilatácia Zvýšená permeabilita ciev Prostacyklíny vazodilatácia inhibuje agregáciu trombocytov Thromboxán A2 Vazokonstrikcia spúšťa agregáciu trombocytov

Dráhy kyseliny arachidónovej Lipoxygenázová HETE, PETE, Leukotriény spazmy (vazo-, broncho-) Cyklooxygenázová Prostaglandíny - EDÉM Prostacyklín vs TXA2 vazodilatácia vs vazokonstrikcia inhibícia agragácie trombocytov vs spúšťanie agregácie

Metabolity kyseliny arachidónovej Zúčastňujú sa na všetkých procesoch akútneho zápalu Efektívne protizápalové látky účinkujú na úrovni dráh kyseliny arachidónovej Aspirín a nestreoidné antiflogistiká (NSAID’s) - cyklooxygenázová dráha Steroidy účinkujú z časti na úrovni inhibície fosfolipázy A2

Trombocyty aktivujúci faktor (PAF) Ďalší mediátor pochádzajúci z fosfolipidov uvoľnený fosfolipázou Indukuje agregáciu trombocytov Vyvoláva vazokonstrikciu a bronchokonstrikciu 100 až 1 000 násobne účinnejší ako histamín v indukcii vazodilatácie a zvýšenej permeability ciev Podporuje adhéziu leukocytov, chemotaxiu, degranuláciu a respiračné vzplanutie PÔSOBÍ VŠADE!

Cytokíny Polypeptidy sekrétované bunkami Vplývajú na reguláciu správania sa buniek Autokrinné, parakrinné alebo endokrinné účinky Tieto “modifikátory biologickej odpovede” sú aktívne študované pre terapeutické využitie na kontrolu zápalovej odpovede

Cytokíny Tiež pôsobia všade

Oxid dusnatý NO je rozpustný voľný radikál a plyn Široký rozsah funkcií (mnohé nie sú v spojitosti so zápalom) Pôsobí na krátke vzdialenosti

ROS ROS sú zodpovedné za poškodenie tkaniva Priamo poškodzujú endotelové bunky Poškodzujú extracelulárny matrix aktiváciou proteáz Poškodzujú ďalšie typy buniek (napr., RBC’s, nádorové bunky)

Lyzozomálne zložky Neutrálne proteázy - elastáza, kolagenáza apod. štiepia zložky extracelulárneho matrix vedú k deštruktívnym a tkanivá deformujúcim poškodeniam

Východiská z akútneho zápalu Ústup Fibróza (jazva) Tvorba abscesu Absces = ‘Stenou ohraničený hnis’ Prechod do chronického zápalu

Ďakujem za pozornosť