Zánět a hojení Mgr. Jan Kučera, Ph.D. 150663@mail.muni.cz Definice zánětu Souhrn reakcí na porušení integrity organismu • Ochrana proti infikování • Lokalizace poškození • Regenerace, zahojení Inzult (patogenní faktor) vyvolávající zánětlivou reakci • Biologický (mikroorganismy, parazité) • Fyzikální (záření, termické vlivy) • Chemický (toxiny, žíraviny) • Metabolický (hypoxie, poruchy metabolismu) Rozdělení zánětu Dle dynamiky • akutní • chronický Dle ohraničení • lokální • systémový Dle efektu • obranný • autoagresivní (deregulovaný, delokalizovaný) Symptomy zánětu • calor – vyšší teplota • rubor – zarudnutí, erytém • tumor – zduření, otok • dolor – bolest • functio laesa – porucha funkce (R. Virchow, 19. století) (Celsus, De Medicina, 1. století) Mikroskopická úroveň • alterace – změny v tkáni • exsudace – zánětlivý exsudát (tekutina a proteiny), buňky (infiltrát) • proliferace - tvorba granulační a vazivové tkáně (jizva) Makroskopická úroveň serózní nehnisavý hnisavý fibrinózní gangrenózní http://penelope.uchicago.edu/Thayer/E/Roman/Texts/Celsus/home.html Průběh zánětu Produkty buněk a traumatizovaných tkání vedou k: • Zvýšení permeability cév (při poranění krátká vazokonstrikce), prostup plazmatické tekutiny do extravaskulárního prostoru • Zvýšení přilnavosti endotelií, exprese adhezivních molekul, usnadňující migraci lymfocytů • Změny v regulaci teploty • Ovlivnění nervových zakončení Souhra složek nespecifické (vrozené) a specifické imunity, v závislosti na délce trvání zánětu a intenzitě Horečka Zvýšení tělesné teploty v klidu účinkem patogenního podnětu • Infekční agens, trauma, inkompatibilní transfuze • Zvýšená produkce prozánětlivých cytokinů (IL-1, TNF, IL-6), prostaglandiny (pyrogeny) • Působení na hypotalamické termoregulační centrum Účinky (mediátorů) horečky na funkce organismu • Nervový systém (bolest, únava, spavost) • Kardiovaskulární systém (zvýšený tep, +1 °C => +10 tepů za minutu) • Metabolismu (urychlení látkové přeměny, 40 °C => 50% navíc) • Respirační systém (zrychlené dýchání) • Trávicí systém (snížená činnost, porušena resorpce živin) • Ledviny (snížená tvorba moči, bílkovina v moči) https://www.semanticscholar.org/paper/Fever-and-the-thermal-regulation-of-immunity%3A-the-Evans-Repasky/1f6af26441b91283fa996849daba93b073c3d200 Systémy realizující zánětovou odpověď • Leukocyty • Endotel • Destičky • Plazmatický koagulační systém • Komplement • Proteiny akutní fáze Vrozená imunita ne až tak úplně nespecifická… rozeznávání: • Pathogen-associated molecular patterns (PAMPs) • pocházejí z mikroorganismu, evolučně konzervované molekuly typické pro patogeny • bakteriální sacharidy (lipopolysacharidy, také LPS, manóza), nukleové kyseliny (bakteriální nebo virální DNA nebo RNA), bakteriální peptidy (flagelin), peptidoglykany a lipoteichoická kyselina (gram pozitivní bakterie), N-formylmethionin, lipoproteiny a glukany, chitin • Damage (danger)-associated molecular patterns (DAMPs) • pocházejí ze stresovaných nebo poškozených buněk hostitele, záleží často na kontextu • HSPs, HMBG1, hyaluronan, ATP, adenosin, kyselina močová, heparin sulfát, DNA, RNA, TNF-α, IL-1β, IFNα https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3443751/ • Pattern recognition receptory (PRRs) • především na buňkách prezentujících antigen (ale i mimo buňky imunitního systému) • membránové Toll-like receptory (TLRs) • membránové C-type lectin receptory • cytoplazmatické retinoid acid-inducible gene I (RIG-I)-like receptory (RLRs) • cytoplazmatické nucleotide-binding oligomerization domain (NOD)-like receptory (NLRs) • Po rozpoznání a navázání na receptor dochází k aktivaci buněk a expresi molekul modulujících zánět (cytokiny, chemokiny, adhezivní molekuly) • rychlá, relativně nespecifická reakce (minuty), bez imunologické paměti PAMPs a DAMPs jsou rozpoznávány prostřednictvím: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC2668232/ https://www.nature.com/articles/s41577-019-0215-7/figures/1 Leukocyty https://oerpub.github.io/epubjs-demo-book/content/m46036.xhtml Komplementový systém https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/0/0b/2212_Complement_Cascade_and_Function.jpg https://www.sciencedirect.com/topics/engineering/complement-cascade Komplementový systém https://www.youtube.com/watch?v=LaG3nKGotZs&ab_channel=Osmosis Endotel https://www.nature.com/articles/nri3399 P-Selectin, E-selectin ICAM, intercellular adhesion molecule JAM, junctional adhesion molecule PECAM1, platelet/endothelial cell adhesion molecule 1 VE-cadherin, vascular endothelial cadherin VCAM1, vascular cell adhesion protein 1 PSGL1, P-selectin glycoprotein ligand 1 LFA1, lymphocyte function-associated antigen 1 VLA4, very late antigen 4 Exprese receptorů ligandy Udržování cévního tonu, vazoaktivita, adheze https://science.sciencemag.org/content/258/5090/1861 Oxid dusnatý (NO) klíčová role ve vazodilataci, antitrombická aktivita • konstitutivní i inducibilní formy enzymu (nNOS, eNOS, iNOS) • regulace průtoku krve cévami, difúze NO z endotelií do buněk hladké svaloviny, inhibice krevních destiček • riziko vzniku peroxynitritu (ONOO−) a oxidativního poškození okolí • lipidový mediátor, syntetizován z kyseliny arachidonové (membránové fosfolipidy) • enzym cykolooxygenáza Produkován NO-syntázou Regulace vazodilatace Prostacyklin (PGI2) https://www.nejm.org/doi/full/10.1056/nejmra051884 Prozánětová a hemostatická role endotelu vazokonstrikce, aktivace krevních destiček a plazmatického koagulačního systému • endotelin 1 • tromboxan A2 • noradrenalin • enzym konvertující angiotenzin (ACE), angiotenzin II • von Willebrandův faktor (vWf) • tkáňový faktor • exprese membránových fosfolipidů => vhodná matrix pro aktivaci destiček a plazmatického koagulačního systému https://blog.antiaging.com/wp-content/uploads/2016/07/thrombus-evolution.jpg Plazmatický koagulační systém a destičky Mediátory zánětu • lipidové mediátory • volné radikály (ROS) https://www.researchgate.net/publication/321466965_Bioanalytical_Methods_for_Hypochlorous_Acid_Detection_Recent_Advances_and_Challenges/figures?lo=1 Cytokiny Různorodá skupina malých proteinů secernovaných za účelem komunikace mezi buňkami • Autokrinní, parakrinní a endokrinní účinky • Působení v překrývajících se sítích, redundance, často pleiotropní efekty, závislé na buněčném kontextu https://old.abmgood.com/marketing/knowledge_base/growth_factors_cytokines_introduction.php Mediátory zánětu • Interferony Regulace nespecifické imunity, antivirové a antiproliferativní účinky (IFNα, IFNβ, IFNγ, IFNλ) • Interleukiny Růst a diferenciace leukocytů (IL-1, IL-6, IL-12, IL-17, IL-18, IL-4, IL-10, IL-11, IL-13) • Chemokiny Chemotaxe (IL-8, MCP1, RANTES) • Kolonie stimulující faktory Stimulace progenitorů, podpora růstu a diferenciace (M-CSF, GM-CSF, G-CSF) • Tumor nekrotizující faktory Prozánětlivé působení, aktivace cytotoxických T lymfocytů (TNFα, TNFβ) https://www.omicscouts.com/en/signallingscout.html https://mokaspetridish.files.wordpress.com/2013/08/metabolic_map.png Systémový zánět, souhra působení inzultu a cytokinů https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK547669/ SIRS (syndrom systémové zánětové odpovědi, systemic inflammatory response syndrome) • teplota nad 38 °C nebo pod 36 °C • tep nad 90/min • dechová frekvence nad 20/min nebo CO2 pod 32 mmHg • leukocyty nad 12 tis./µl nebo pod 4 tis./µl nebo víc jak 10 % nezralých forem Sepse SIRS z infekčních příčin (i původně neinfekční rozvinutý SIRS zpravidla přechází v sepsi – selhání mikrocirkulace střevní stěny, proniknutí bakterií do cirkulace) MODS (syndrom multiorgánového selhání, Multiple organ dysfunction syndrome) přítomnost takových změn orgánových funkcí že homeostáza nemůže být udržena bez intervence • primární MODS – přímé působení inzultu (těžké trauma, cirkulační selhání) • sekundární MODS – autoagresivní působení zánětu Syndrom akutní dechové tísně (ARDS, acute respiratory distress syndrome, adult respiratory distress syndrome) • zvýšená propustnost plicních kapilár • akumulace tekutiny v parenchymu a alveolech • poškození epitelu alveolů Diseminovaná intravaskulární koagulace (DIC) https://www.nejm.org/doi/10.1056/NEJMra1208626 systémová aktivace koagulace (infekce, trauma, nádory, porodní komplikace, potransfusní reakce) • intravaskulární depozice fibrinu => trombózy, ischemie a orgánová selhání • vyčerpání destiček a koagulačních faktorů => krvácení Cytokiny se bouří… cytokinová bouře (hypercytokinemie) • deregulace působení prozánětlivých cytokinů • systémové působení vedoucí k MODS 1 hour – simultaneously, the six men begin suffering excruciating headaches, shivering, back pain, gut pain, diarrhoea, swelling and nausea 4 hrs – all have fevers, are flushed, their blood pressure drops dangerously low and their hearts start to race. Blood tests show their lymphocytes and monocytes are fast vanishing. 5 hrs – one patient begins fighting for his breath. All suffer lung pain. They are all given steroids and other medications to ease inflammation. 12 hrs – the patient fighting for his breath is so bad that he has to be taken into intensive care and put on a ventilator to keep him alive. Suntharalingam decides to take all the volunteers into intensive care as a precaution. 24 hrs – two people are on ventilators, and the four others need support with breathing. 48 hrs – the four least affected men start to recover, but all six begin to suffer multi-organ failure, and have to be attached to kidney machines… „…while the general concept of an excessive or uncontrolled release of proinflammatory cytokines is well known, an actual definition of what constitutes a cytokine storm is lacking…“ https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3294426/ Co stojí za náchylností k cytokinové bouři? • hyperfunkční varianty Toll-like receptorů (TLR1, TLR4)? • polymorfismy v SOCS (supresory cytokinové signalizace)? • original antigenic sin? • imunosenescence, Inflamm-aging • environmentální faktory? • vitamin D status? • Something Completely Different? https://www.nature.com/articles/s41577-020-0331-4/figures/2 SARS-CoV-2 koagulopatie https://www.frontiersin.org/files/Articles/564628/fimmu-11-01626-HTML/image_m/fimmu-11-01626-g001.jpg https://mariaromanova.org/illustration.html#gallery-3 Sepse • perzistující infekce (TBC, Syfilis, Lepra) • prolongovaná expozice iritantům • opakované akutní záněty • primárně chronický zánět – nízce virulentní agens, sterilní zánět (silikóza) • autoimunitní záněty (trvalé ukládání imunokomplexů) • neznámé příčiny Chronický zánět Chronický zánět obezita jako chronický zánětlivý stav https://www.semanticscholar.org/paper/Adipokines-in-inflammation-and-metabolic-disease-Ouchi-Parker/b409ed2312330ef9a123f5eb700e93537ee9c21c/figure/3 Hojení ran https://www.nature.com/articles/s41572-020-0145-5/figures/2 Hojení ran • Sanatio per primam intentionem primární hojení rány, chirurgické výkony, malá jizva • Sanatio per secundam intentionem Infikované, široce zející rány, nekróza, větší podíl vaziva, větší jizva Fáze hojení: • Hemostatická (koagulační) – vazokonstrikce, koagulace, aktivace destiček, tvorba fibrinu – provizorní „lešení“ • Zánětlivá (exsudační, čistící) – migrace a aktivace monocytů a makrofágů • Proliferační (granulační) – aktivace fibroblastů a keratinocytů • vzniká nové pojivové tkáně • Epitelizace • Angiogeneze • Remodelační (maturační) – přestavby extracelulární matrix Hypersenzitivita https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/f/fe/2228_Immune_Hypersensitivity_new.jpg https://www.grepmed.com/images/10267/physiology-overview Hypersenzitivita - souhrn Imunodeficience 1. Primární (vrozené) • Geneticky podmíněné vznikající jako následek mutací 2. Sekundární (získané) • Defekty specifické imunity – poruchy T-lymfocytů a B-lymfocytů (porucha tvorby protilátek) (případně obojího => SCID) • Defekty nespecifické imunity – poruchy fagocytózy, komplementu, NK buněk. • Imunodeficity sdružené s jinými vrozenými syndromy https://flashbak.com/david-vetter-was-the-boy-in-the-bubble-1971-1984-4175/ https://www.hiv.uw.edu/go/antiretroviral-therapy/general-information/core-concept/all HIV/AIDS