Inflamacija

[Bred]

INFLAMACIJA


•   Inflamacija je protektivni odgovor koji ima za cilj da elimini¹e inicijalni uzrok povrede æelije, kao i nekrotièno tkivo nastalo njegovim delovanjem
•   Inflamacija je tesno povezana sa procesom reparacije koji ukljuèuje regeneraciju parenhimskih æelija / formiranje fibroznog o¾iljka
•   Cilj:  Inflamacija je proces kojim organizam poku¹ava da diluira, uni¹ti ili izoluje o¹teæujuæi agens i da reparira njime izazvano o¹teæenje.
•   Etiolo¹ki faktori:
•   Egzogeni (fizièki, hemijski, biolo¹ki)
•   Endogeni (imunske reakcije, ishemija tkiva) 
•   Proces: koji karakteri¹e produkcija medijatora inflamacije i akumulacija u ekstravaskularnom tkivu teènosti i leukocita.
•   Sufiks "itis" oznaèava inflamaciju.




•   Akutna (du¾ina trajanja = min. – dani). Karakteri¹e je izlazak iz krvnih sudova teènosti, proteina i PMN. Neposredni i rani odgovor na o¹teæenje tkiva # protok krvi (vazodilatacija) i kapilarni permeabilitet. Akumilacija teènosti i sastojaka plazme. Izlazak iz krvnih sudova polimorfonuklearnih leukocita (PMN) (2-6 hr). Mo¾e da dovede do isceljenja ili prelazi u hroniènu inflamaciju. Povreda ili infekcija koja perzistira:  Silikonski implanti, TBC, ¹istozomioza. Autoimunost: RA

•   Hronièna (du¾ina trajanja = nedelje - godine). Akumulacija makrofaga (24 - 48 hr), i limfocita (mononuklearnih æelija) (5 - 7 dana).  Proliferacija fibroblasta (Fibroza) i angiogeneza (nedelje - meseci)




   AKUTNA   HRONIÈNA
Vaskularne Promene   Vazodilatacija
# permabilitet   Minimalne
Æelijski infiltrat   Primarno neutrofili   Mononuklearni leukociti, makrofage
Promene strome   Minimalne
Edem i razdvajanje slojeva   Fibroza, æelijska proliferacija, formiranje o¾iljka.

Akutna inflamacija


Faze  akutne inflamacije
•   Inicijalna faza - Strukturne promene koje dovode do poveæanja protoka krvi i ekstrava¬za¬cije teènosti, emigraci¬je æelija urodjenog i adaptivnog imunskog sistema na mesto povrede posredstvom hemotakse.
•   Faza amplifikacije - Poveæanje æelijskog metabolizma i oslobadjanje  medijatora infla¬ma¬cije koji dovode do lokal¬nog i sistemskog odgovora.  Hemotaksijski faktori privlaèe imunske æelije i one prodiru u okol¬no tkivo da se suprostave delovanju o¹teæujuæeg faktora (ali dovode i do o¹teæenja).
•   Terminalna faza

Su¹tina?
•   Izlazak PMN na mesto povrede
   Vazodilatacija
    Endotelni permeabilitet
   Ekstravazacija PMN

Pet klasiènih lokalnih znakova akutne inflamacije suToplota (Calor), Crvenilo (Rubor), Otok (Tumor), Bol (Dolor), Gubitak funkcije (Functio laesa). Glavni mahanizmi nastanka lokalnih znakova zapaljenja:Toplota – vazodilatacija; Crvenilo – vazodilatacija (protok sve¾e, tople arterijske krvi); Otok - vaskularni permeabilitet ( pritisak na nerve; medijatori kao ¹to je bradikinin); Bol – oslobadjanje medijatora; Gubitak funkcije – oslobadjanje medijatora


Vaskularne promene

Vazodilatacija (nakon kratkotrajne neurogene vazokonstrikcije), Eksudacija proteinima bogate teènosti, Staza krvi, Marginacija PMN, Transmigracija / Migracija.

Vaskularni permeabilitet
•   Vazodilacija,  protok krvi
•    hidrostatski pritisak intravaskularno
   TRANSUDAT - ultrafiltrat krvne plazme (sadr¾i malo proteina). Nastaje tranzitorno, na samom poèetku, a potom dolazi do stvaranja
   EKSUDATA (sadr¾i dosta  proteina + PMN)
•    vaskularni permeabilitet
•   Eksudat - (sadr¾i dosta  proteina + PMN) karakteristièanje  za akutnu inflamaciju
•    intravaskularni osmotski pritisak
•    osmotski pritisak intersticijske teènosti

Kako se poveæava  vaskularna propustljivost?
•   Endotelne æelije se kontrakuju (de¹ava se na venskom delu terminalne vaskularne mre¾e, traje 15-30 min)
•   Kidanjem veza izmedju æelija endotela (nastaje u odgovoru na delovanje citokina, poèinje 4-8h nakon povrede i traje vi¹e od 24h)
•   Direktnom povredom endotelnih æelija
•   Leukocitima-indukovanom povredom endotela (traje danima)
•   Poveæanom transcitozom fluida (velièina kanala kroz citosol æelija endotela, ¹to obezbedjuje  tarnsport, posebno u odgovoru na delovanje VEGF)

Direktna povreda endotela – mo¾e nastati Nekrozom endotelnih æelija i razdvajanjem, kao Resultat te¹kih povreda ili opekotina. De¹ava se neposredno po delovanju etiolo¹kog faktora i traje do reparacije krv. suda

Leukocitno-zavisna povreda endotela se dogadja na mestu akumulacije leukocita. Nastaje zbog aktivacije leukocita koji oslobadjaju proteolitièke enzime i ROS


Leukociti

•   Marginacija i kotrljanje
•   Adhezija i Transmigracija
•   Migracija u intersticijsko tkivo

Marginacija - Normalan protok – Er i Le locirani u centralnom delu krvne struje. Æelijama siroma¹na plazma teèe uz endotel. Kako se protok krvi usporava, Le se pribli¾avaju endotelu krvnog suda – dolazi do “Marginacije”

Aktivacija Endotela - O¹teæujuæi agens dovodi do oslobadjanja medijatora koji aktiviraju endotel uzrokujuæi da selektini i drugi medijatori budu brzo ispoljeni na povr¹ini

Selektini vezuju selektovane (odabrane, odredjene) ¹eæere (Selected + Lectins (sugars) = Selectins). Neke selektine ispolavaju endotelne æelije (E-selektini), neke leukociti (L-selektini), a neke trombociti (P-selektini) 

Kotrljanje (Rolling) - selektini se tranzitorno vezuju za receptore, a PMN se “kotrljaju” du¾ epitela

Adhezija je posredovana integrinima ICAM-1 and VCAM-1 (Integrini su normalno eksprimirani na povr¹ini æelije ali postaju funkcionalni nakon aktivacije indukovane hemotaksijskim agensima


Transmigracija je posredovana PECAM-1. Dijapedeza - Tokom migracije kroz endotelni sloj interendotelnim putem leukociti sekretuju kolagenazu koja razla¾e bazalnu membranu i omoguæava prodor ovih æelija u tkivo, na mesto povrede hemotaksom (Neutrofili uvek prvi izlaze i mogu se naæi u toku prvih 6-24h na mestu povrede, a makrofazi se nalaze predominantno  u toku 24-48h nakon povrede.)

Hemotaksa - nakon transmigracije leukociti se kreæu ka mestu o¹teæenja, odnosno u smeru hemijskog gradijenta. Hemotaksijski faktori ukljuèuju komponente komplementa (C5a), metabolite arahidonske kiseline (LTB4 ), solubilne bakterijske produkte, hemokine.

Aktivacija Leukocita
–   Produkcija metabolita AA
–   Degranulacija i sekrecija lizozomskih enzima
–   Oksidativna “eksplozija”
–   Modulacija ekspresije adhezivnih molekula

Fagocitoza i degranulacija - Fagocitoza (“pojesti” i uni¹titi) podrazumeva vezivanje, internalizaciju i ubijanje (NADPH, mijeloperoksidza). Degranulacija (lizozimi) i oksidativni “prasak” (NADPH, mijeloperoksidaza) uni¹tavaju unete èestice (Leukocitni enzimi mogu biti oslobodjeni u ekstracelularni matriks tokom inflmacije uzrokujuæi nastanak lokalnog o¹teæenja tkiva). Nakon fagocitoze, neutrofili umiru apoptozom i bivaju fagocitovani od stane makrofaga ili uklonjeni limfom.


FAGOCITOZA

•   Podrazumeva ingestiju èestica ukljuèujuæi i cele patogene mikroorganizme.
Plazma membrana obuhvata èesticu fagozom (10-20 X veæa od endozoma). Samo specijalizovane æelije tzv. “profesionalni fagociti”: monociti / makrofage, neutrofili i dendritiske æelije (i pod posebnim uslovima, npr. tokom intenzivne inflamacije  fibroblasti i epitelne æelije, tzv. “neprofesionalni” fagociti) imaju ovu sposobnost, dok sposobnost endocitoze imaju praktièno sve æelije. Kada se èestica nadje u fagozomu, on se fuzioni¹e sa lizozomom, i ingestovani materijal se digestira procesom koji je slièan endocitozi.

Kako fagocit razlikuje sopstveno od stranog?
•   Smatra se da organizam raspoznaje invadirajuæi mikroorganizam prepoznajuæi tzv. odredjene mikrobne (molekulske) obrazac ili model (engl. common microbial patterns, i.e. common  molecular patterns). Izgleda da svi eukariotski organizmi raspoznaju iste  microbial patterns. (Ovo sugeri¹e da su mehanizmi urodjenog imunskog sistema  za razlikovanje stranog od sopstvenog filogenetski konzervisani). Lista tih “microbial patterns” ukljuèuje:
–   LPS- lipopolisaharid (komponenta zida Gram - bakterija)
–   Manozu, fuktozu, i dr. ugljenohidratne rezidue (ne samo prisustvo/odsustvo veæ i rastojanje izmedju ¹eæera na povr¹ini æelije)
–   Tehoidna kiselinu (vezana za peptidoglikanski æelijski zid Gram+ bakterija)
–   N-formil peptide (sve prokariotske proteinske sekvence poèinju sa formil-metioninom)
•   Ovi zajednièki “microbial patterns” bivaju prepoznati od strane proteina domaæina koji su nazvani molekuli koji raspoznaju obrazac (engl. Pattern Recognition Molecules, PRMs) ili receptori koji raspoznaju obrazac (engl. Pattern Recognition Receptors, PRRs). Lista tih PRMs ukljuèuje:
–   f-Met-Leu-Phe receptor (vezuje se za N-formil peptide)
–   Receptori za komplement - designated CRs  (vezuju se za komponente komplementa kao ¹to su C3b and C4b koje opsonizuju mikroorganizme)
–   Makrofagni manozni receptor (vezuje se za manozne ostatke na povr¹ini mikroorganizama)
–   Receptori èistaèi (engl. Scavenger Receptors) – smatra se da postoji najmanje 6 receptora  sa razlièitim specifiènostima (raspoznaju odredjene anjonske polimere i acetilirane LDL)
–   CD14 (receptor na povr¹ini fagocita koji omoguæava raspoznavanje LPS)
•   Interakcija izmedju PRM i njegovog “microbial pattern” dovodi do cele kaskade dogadjaja.
–    Primer: interakcija CD14- njegov ligand:
•   CD14 ne mo¾e da se ve¾e za  LPS direktno. Zato mora prvo da se ve¾e molekul oznaèen kao LBP (od engl. LPS  binding protein) za LPS. LPS-LBP kompleks se vezuje za CD14 i taj receptor-ligand kompleks biva internalizovan. Pored toga, CD14 je povezan sa jednim proteinom koji je oznaèen kao Toll-like recep¬tor 4 (TLR-4). Kao rezultat interakcije  CD14-LPB/LPS na nivou membrane aktivi¹e se TLR-4. TLR-4 ima va¾nu ulogu u prenosu signala [u transferu signala primljenog na nivou æelijske membrane do DNK locirane u jedru].
TLR-4
•   TLR-4 aktivi¹e transkripcioni faktor  NFkB.
•   Akctivacija NFkB dovodi do aktivacije transkripcije koja rezultuje sintezom:
–   ROIs (engl. Reactive oxygen intermediates) i RNIs (engl. Reactive nitrogen intermediates) i visoko toksiènih antimikrobnih peptida (kao ¹to su defenzini)
–   Citokina
–   Hemokina (mali proteini koji imaju ulogu u hemotaksi leukocita) adhezivnih molekula (proteini koji omoguæavaju adheziju i migraciju leukocita)
–   Proteina akutne faze (proteini koji se sinteti¹u u jetri i sekretuju neposredno nakon infekcije ili o¹teæenja tkiva)

Leukocitima-indukovano o¹teæenje tkiva
•   Lizozomski enzimi se oslobadjaju u ekstracelularni prostor tokom fagocitoze izazivajuæi o¹teæenje æelije i degradaciju matriksa
•   Aktivirani leukociti oslobadjaju ROS i  produkte metabolizma AA koji mogu izazvati o¹teæenje tkiva i endotelnih æelija
•   Ovi dogadjaji stoje u osnovi mnogih humanih bolesti (npr. Reumatoidni artritis)

Leukocitna adhezivna deficijencija 1 (LAD-1)
•   Rekurentne bacterijske infekcije
•   Inflamatorne lezije nemaju neutrofilni infiltrat
•   Veliki broj neutrofila u cirkulaciji
•   Neutrofili ovih pacijenata mogu da se kotrljaju, ali ne da adheriraju
•   Normanil neutrofili dati u transfuziji mogu da emigriraju


Mehanizmi deficijencije leukocitne adhezije 1 (LAD -1)
•   Odsustvo integrina na neutrofilima
•   Mutacija u N-terminalnom regionu  lanca integrina spreèava adekvatno povezivanje lanaca integrina
•   Normalna funkcija se uspostavlja nakon transfekcije æelija pacijenta sa cDNK za  lanac
Chediak-Higashi sindrom - poremeæaj u hemotaksi i degranulaciji lizozoma u fagozomu

Hroniène Granulomatozne bolesti
•   Defekt u NADPH oksidaznom sistemu
•   Smanjena sposobnost da ubiju mikroorganizme


Hemijski medijatori inflamacije

•   Poreklom iz plazme - cirkuli¹uæi prekursori, moraju da budu aktivisani
•   Æelijskog porekla - sekvestrirani intracelularno, Sinteti¹u se de novo

Veæina mediatora se vezuje zao receptore na æelijskoj membrani, ali neki imaju i direktnu enzimsku ili toksiènu activnost





Vazoaktivni amini

•   Histamin
Nalazi se u mast æelijama, bazofilima i Tr. Oslobadja se u odgovoru na o¹teæenje tkiva, delovanjeC3a i C5a, s IL-1 i IL-8. Stimuli¹e dilataciju arteriola i kontrakciju endotela venula (posredstvom H1 receptora). Dovodi do ¹irenja interendotelnih prostora sa poveæanjem vaskularnog permeabiliteta

•   Serotonin
Nalazi se u Tr. Oslobadja se pri agregaciji Tr. Vazoaktivni efekti su slièni histaminu



Kininska kaskada
Dovodi do formaranja bradikinina. Bradikinin uzrokuje poveæanje vaskularnog permeabiliteta, dilataciju arteriola, kontrakciju glatkih mi¹iæa. Vaskularni efekti su slièni histaminu. Bradikinin ima kratak polu¾ivot.

Sistem koagulacije
Kljuè aktivacije je FAKTOR XII. Krajnji resultat je FIBRIN.


Sistem komplementa
•   Uloga u imunosti (C5-9 kompleks) - kompleks koji “napada” membranu (MAC C5-9) - MAC “napad” i “Bu¹i” rupu u membrani
•   Uloga u inflamaciji (c3a and c5a) - vaskularni efekti ( vaskularnog permeabiliteta i vazodilacija, Slièno histaminu), aktivacija lipoksigenaznog puta metabolizma AA (c5a), aktivacija Le, adhezija i hemotaksa (c5a), fagocitoza (c3b deluje kao opsonin i indukuje fagocitnu aktivnost æelija koje imaju receptor za c3b)
Arahidonska kiselina (AA)

   AA je komponenta fosfolipida æelijskemembrane. Metabolizmom AA nastaje razlièni metaboliti koji uzrokuju razlièite biolo¹ke efekte. Metaboliti arahidonske kiseline su lokalni hormoni. Deluju lokalno na mestu nastanka. Karakteri¹e ih brzo propadanje ili razgradnja.
   AA se oslobadja iz æelijske membrane pod dejstvom fosfolipaza koje aktivi¹u razlièiti stimulusi i/ili inflamatorni mediatori. Metabolizam AA se odvija putem dva glavna puta oznaèena prema enzimima koji iniciraju reakcije; lipooksigenaza i ciklooksigenaza. Lipoksini su nedavno otkriveni produkti metabol AA koji nastaju kao rezultat interakcije Tr sa Le.
   Metaboliti Arahidonske kiseline uèestvuju u svim aspektima akutne inflamacije. Anti-inflamatorni agensi deluju na metabolizam AA (Aspirin i Non-Steroidal Anti-inflammatory Drugs (NSAID’s) - Ciklooksigenazni put. Steroidi, delimièno, inhibi¹uæi fosfolipazu A2)



Putevi metabolizma arahidonske kiseline


•   Lipoksigenazni
–   HETE
•   hemotaksa
–   PETE
•   Stvaranje leukotrijena
–   Leukotrijeni
•   Vazokonstrikcija
•   Bronhospazam
•   Poveæan vaskularni    permeabilitet

•   Ciklooksigenazni
–   Prostaglandini
•   Vazodilatacija
•   Poveæan vaskularni    permeabilitet
–   Prostaciklini
•   Vazodilatacija
•   Inhibi¹u agregaciju Tr
–   Tromboksan A2
•   Vasokonstrikcija
•   stimuli¹e agregaciju Tr


Lipoksigenaza
–   HETE, PETE, Leukotrijeni
•   Spazam (Vazo, Bronho)

Ciklooksigenaza
–   Prostaglandini – EDEM
–    PGD2, PGE2, PGF2 su Vazodilatatori
–   Prostaciklini vs. TXA2
•   Vazodilatacija vs .Vazokonstrikcija
•   Agregaciju Tr inhibi¹e  vs. indukuje


Faktor aktivacije trombocita,
engl.  Platelet-Activating Factor (PAF)

To je medijator koji takodje fosfolipaze oslobadjaju iz fosfolipida. Indukuje agregaciju Tr, Izaziva vazokonstrikciju i bronhokonstrikciju. 100 doo 1,000 puta je potentniji od histamina u indukciji vazodilatacije i vaskularne permeabilnosti. Poveæava adheziju leukocita, hemotaksu, degranulaciju i oksidativni “prasak”


NO

•   NO je solubilni slobodni radikal u gasovitom stanju
•   ©irok spektar funkcija (mnoge nisu vezane za inflamaciju)
–   Vazodilatacija
–   Toksièan za infektivne mikroorganizme
–   Smanjuje migraciju leukocita na mesto inflamacije i tako smanjuje inflamacijski odgovor
–   Smanjuje agregaciju i adheziju Tr
•   Sinteti¹u ga magrofage i endotelne æelije  (sinteza se poveæava pod uticajem IL-1, TNF i IFN)
•   Ima kratak polu¾ivot
•   Efekti su kratkog dometa


ROS

•   Odgovorni za nastanak o¹teæenja tkiva
–   Direktno o¹teæuju endotelne æelije
–   O¹teæuju ekstracelularni matriks aktivacijom proteaza
–   O¹teæuju druge tipove æelija (npr., eritrocite, æelije tumora)



Lizozozomni konstituenti

•   Neutralne Proteaze -  Elastaze, kolagenaze itd. Razla¾u komponente ekstracelularnog matriksa uzrokuju destruktivna, deformi¹uæa tkivna o¹teæenja



Citokini

Citokini su polipeptidi koje sekretuju æelije. Oni reguli¹u pona¹anje æelija. Mogu imati autokrine, parakrine ili endokrine efekte. Ovi “modifikatori biolo¹kog odgovora” se intezivno ispituju za terapijsku upotrebu u kontroli inflamatornog odgovora.

IL-1 - Postoje IL-1a & IL-1b. Indukuje sintezu TNF, IL-6 i drugih medijatora inflama.
   IL-1 Receptori  - Postoje dva tipa receptora (RI and RII). IL-1RI je nadjen na T i B limfo¬citima, fibroblastima, keratinocitima, æelijama endotela, hondrocitima, hepatocitima, sino¬vijskim æelijama.  IL-1RII je nadjen na B limfocitima, neutrofilima, æelijama kostne sr¾i. Iako oba tipa receptora vezuju oba IL-1, smatra se da oni  mogu da posreduju u razlièitim biolo¹kim funkcijama. Postoji i treæi nesignalni receptor, koji verovatno ima regulatornu ulogu.

IL-6 - Stimuli¹e mnoge tipove æelije, stimuli¹e sintezu proteina akutne faze u jetri. On je endogeni pirogen.

TNF familija
Limfotoksin-a (LTa) = TNFb. Jedan je od glavnih medijatora akutne inflamacije. U velikim kolièinama glavni uzroènik  sistemskih komplikacija, kao ¹to je ¹ok. TNFa  produkuju monociti, makrofage, dendritske æelije, TH1 æelije. TNFa se sekretuje, ali je takodje aktivan u membranski-vezanoj formi.

Glavne funkcije TNFa:


1.   Stimuli¹e æelije endotela da produkuju se¬lek¬tine i ligande za leukocitne in¬tegrine tokom dijapedeze           
2.   Stimuli¹e æelije endotela i makrofage da produkuju hemokine
3.   Stimuli¹u makrofage da sekretuju IL-1
4.   Aktivi¹e neutrofile
5.   Indukuje sin proteina akutne faze u jetri
6.   Kahektièi faktor (indukuje proteolizu i katabolizam lipida u mi¹iæima)
7.   Citotoksièan za æelije nekih tumora
8.   Deluje na hipotalamus  groznica i pospanost

2 tipa receptora: Jedan ima ”Death Domain” i odgovoran je za citotoksiènost; Drugi deluje preko NF-kB i  uèestvuje u procesima æelijske aktivacije/diferentiovanja.

Citokini produkovani od strane monocita/makrofaga: TNF, IL-1,  IL-6 indukuju sistemski inflamatorni odgovor i smatraju se odgovornim za nastanak sledeæih simptoma i znakova: groznica,  broj leukocita, sinteza proteina akutne faze, gubitak apetita, zamor i pospanost i bol u mi¹iæima i zglobovima

Prekomerna produkcija inflamatornih citokina mo¾e da dovede do razvoja sindroma sistemskog inflamacijskog odgovora [System Inflamatory Response  Sindrom,  SIRS]:
    vaskularnog permeabiliteta, koji vodi do smanjenja volumena krvi i
   vazodilatacija sa smanjenim krvnim pritiskom i perfuzijom tkiva,
¹to sve vodi do razvoja disfunkcije organa (MODS), ¹oka i smrt.
PREGLED MEDIJATORA PREMA EFEKTIMA KOJE IZAZIVAJU

•    vaskularnog permeabiliteta: histamin, C3a, C5a, PAF, bradikinin, LTC, LTD, LTE
•   Hemotaksa: C5a, LTB4, hemokini
•   Vazodilatacija: NO, PGI2
•   Sistemski znaci: TNF, IL-1, IL-6
•   Bol: bradikinin, prostaglandini
•   Destrukcija tkiva: leukocitni lizozomni enzimi, NO, O2-



Ishod akutne inflamacije

•   Ozdravljenje ad integrum (lobarna pneumonija)
•   Fibroza (o¾iljavanje) (infarkt srca)
•   Formiranje abscesa
–   Absces = ‘Omedjenja kolekcija gnoja’
•   Progresija u hroniènu inflamaciju