Vanesa Ivetić Tkalčević i Boška Hrvačić
Dr. sc. Vanesa Ivetić Tkalčević, dr. med. vet., dr. sc. Boška Hrvačić, dr. med. vet., Zagreb
UvodVrste upalaLokalni upalni procesiSustavni upalni procesiMehanizmi povlačenja akutne upaleKronična upalaCijeljenje oštećenog tkivaUpala izazvana infekcijomZaključakSažetakLiteraturaAbstract
Uvod
Upalna je reakcija obrambeni dinamični proces organizma sastavljen od kronoloških promjena koje su posljedica odgovora živog tkiva na ozljedu ili infekciju. Sastoji se od složenih bioloških i biokemijskih reakcija u koje su uključene stanice imunosnog sustava i mnoštvo bioloških medijatora, potaknutih mehaničkim ozljedama, toksinima, infekcijama i reakcijama preosjetljivosti (Schmid-Schonbein, 2006.).
Upalni se odgovor sastoji iz tri fiziološke pojave: povećanog protoka krvi kroz ozlijeđeno tkivo, pojačane propusnosti kapilara i migracije leukocita iz krvnih žila u okolni intersticijski prostor i nakupljanja leukocita na mjestu ozljede. Kao posljedica navedenih fizioloških pojava nastaju osnovni ili kardinalni klinički znakovi lokalne akutne upale – otečenje, crvenilo, toplina, bol i oštećenje tkiva (SchmidSchonbein, 2006.). Četiri stadija upale uključuju uništenje i uklanjanje upalnog agensa, zadržavanje štetnih čimbenika, poticanje i jačanje imunološkog odgovora te poticanje cijeljenja.
Namjera je ovog preglednog uratka prikazati vrste i osobitosti upalnih reakcija, a napose istaknuti značenje upalnih medijatora, kao i djelatne homeostatske mehanizme koji bi trebali ponovno uspostaviti narušenu strukturu i funkciju do restitutio ad integrum.
Vrste upala
Upale se dijele obzirom na vremensko trajanje, etiološke čimbenike, patološke značajke i zahvaćenost tkiva upalnom reakcijom (Schmid-Schonbein, 2006.).
Prema tijeku, upale su akutne, subakutne i kronične. Kod akutnih upala prevladavaju fagociti (neutrofili i makrofagi), dok kod kroničnih dominiraju limfociti, makrofagi i plazma stanice. Kronična upala je svaka akutna upala koja traje duže od nekoliko tjedana, a očituje se specifičnim humoralnim i staničnim odgovorom (SchmidSchonbein, 2006.).
Prema obliku upale mogu biti: eksudativne, limfocitarne, kronične proliferativne i granulomatozne čije patološke značajke ovise o etiološkom čimbeniku (Čuljak i sur., 1993.).
Eksudativne se upale razlikuju prema izgledu i sastavu eksudata.
Serozna je upala posljedica fizikalnih čimbenika ili infekcije slabo patogenim mikroorganizmima, a očituje se nakupljanjem eksudata siromašnog bjelančevinama i staničnim infiltratom.
Zahvaća seroze trbušne i prsne šupljine.
Kataralna upala zahvaća sluznice, a po svome eksudatu je slična seroznoj.
Najčešći uzročnici su slabo patogeni mikroorganizmi, kemijski čimbenici i preosjetljivost. Gnojna upala očituje se stvaranjem gnoja kojeg čine oštećeno tkivo u kojem se nalaze masno degenerirani, promijenjeni i mrtvi neutrofili. Iako gnoj najčešće nastaje djelovanjem bakterija uzročnika gnojenja, postoji i sterilni gnoj koji nastaje djelovanjem kemijskih tvari.
Gnojni eksudat može biti slobodan na sluznicama, na koži u obliku pustula, akni, furunkula i karbunkula, u novostvorenim šupljinama (apsces, fistule) ili već postojećim tjelesnim šupljinama (empiem) te u obliku difuzne gnojne upale najčešće vezivnog tkiva (flegmona).
Eksudat fibrinozne upale sadrži velike količine fibrina s nakupinama neutrofila uslijed oštećenja krvnih žila. Zahvaća sluznice crijeva, seroze potrbušnice, pleure, sinovijalne membrane i moždane ovojnice. Kod krupozne upale fibrinozni se eksudat može lako ukloniti dok se kod difteroidne upale fibrin taloži unutar i na površini nekrotičnog tkiva gdje je čvrsto pričvršćen. Fibrinoznu upalu mogu izazvati mikoplazmoze i druge bakterije te virusi. U eksudatu hemoragične upale nalaze se eritrociti, leukociti, serum i fibrin. Zahvaća želudac, crijeva i pluća, a posljedica je infekcije ili trovanja pri čemu dolazi do oštećenja krvnih žila.
Perakutnog je tijeka i letalnog ishoda.
Nekrotična upala je karakterizirana opsežnom nekrozom tkiva uslijed bakterijskih infekcija. Limfocitarnu upalu karakterizira nakupljanje limfocita iz krvnih žila u perivaskularne prostore najčešće središnjeg živčanog sustava.
Uzročnici su virusi, ali se može javiti i kao posljedica bakterijskih infekcija ili parazitarnih invazija. Kronična proliferativna upala primarno se očituje tvorbom granulacijskog tkiva sastavljenog od fibroblasta i novostvorenih krvnih žila. Posljedica je neizliječenih akutnih upala ili se razvija tijekom preosjetljivosti i autoimunih bolesti.
Reakcije preosjetljivosti posljedica su štetnih učinaka imunosnog odgovora i dijele se u četiri tipa: tip 1 ili brza preosjetljivost uzrokovana imunoglobulinima (Ig) E razreda (anafilaksa), tip 2 ili citotoksična preosjetljivost (alergije na lijekove), tip 3 kojeg karakterizira stvaranje imunih kompleksa koji se ne mogu razgraditi pa se talože unutar stijenki krvnih žila i tip 4 ili odgođena preosjetljivost (alergijski kontaktni dermatitis). Autoimune bolesti nastaju prekidom imunotolerancije na vlastito tkivo što dovodi do stvaranja protutijela ili aktiviranja citotoksičnih T-limfocita. Granulomatozne se upale odlikuju stvaranjem granuloma u vidu nakupine epiteloidnih stanica okruženih limfocitima i vezivnotkivnim pojasom s nekrotičnim središtem. Postoje granulomi tipa stranog tijela koji nastaju kao odgovor na čimbenike koji slabo provociraju imunološki odgovor i granulomi u čijoj je osnovnoj etiologiji kasna preosjetljivost na infekcije raznim mikroorganizmima (bakterijama, gljivicama i parazitima).
Lokalni upalni procesi
Akutni upalni odgovor započinje oslobađanjem histamina i serotonina iz mastocita, bazofila i trombocita koji izazivaju širenje krvnih žila. Istovremeno se aktiviraju de novo sintetizirani prostaglandini, tromboksani iz trombocita te leukotrieni iz bazofila i mastocita (Lesur i sur., 2010.). Prostaglandin (PG)F 2α potiče širenje krvnih žila, dok PGE 1 , PGE 2 i prostaciklin izazivaju sužavanje krvnih žila, tromboksani uzrokuju nakupljanje trombocita i sužavanje krvnih žila, a leukotrieni pored širenja krvnih žila privlače neutrofile i monocite.
Bitnu ulogu u otpuštanju vazoaktivnih tvari, vezanju leukocita za stijenku krvnih žila te kontrakciji i opuštanju glatkog mišićja krvnih žila imaju endotelne stanice krvnih žila (Imhof i Aurrand-Lions, 2006.).
To su endokrine stanice koje otpuštajuendot elin, EDRF (engl. endothelium-derived relaxing factor), prostaglandin, faktor VIII koagulacije, antikoagulante i kolagen.
Tijekom upale aktiviraju se pomoću raznih upalnih medijatora – histamina, IL-1, IL-8 i TNF-α te C5a fragmenta komplementa.
Time se opuštaju veze između endotelnih stanica i povećava se propusnost stijenke krvnih žila za eksudat koji služi za prijenos imunoglobulina i leukocita i razrijeđenje bakterijskih toksina te njihovo odvođenje do limfe.
Stanični upalni odgovor započinje pri hvaćanjem leukocita za endotelne stanice krvnih žila i njihovim međudjelovanjem potaknutim adhezijskim molekulama (selektini, integrini i ligandi) (Ley i sur., 2007.).
Selektini, eksprimirani na staničnoj površini leukocita, trombocita i endotelnih stanica, odgovorni su za početak prihvaćanja leukocita za endotel krvnih žila. Transmembranski glikoproteini, ligandi, predstavljaju oligosaharidne strukture selektinima.
Njihovim međusobnim vezanjem dolazi do prihvaćanja leukocita za stijenku krvnih žila. Za valjanje leukocita duž stijenke krvnih žila odgovorni su L-selektini i E-selektini. Transmembranski glikoproteini integrini vežu stanice za izvanstanične proteine ili ligande na drugim stanicama. Sastavljeni su od α i β podjedinica koje se međusobno spajaju stvarajući različite kombinacije integrina.
Leukociti mogu eksprimirati β 1 i β 2 integrine i jedine su stanice koje eksprimiraju CD18 integrine s β 2 podjedinicom. VLA-4 (engl. very late antigen-4) β 2 integrin eksprimira se na neutrofilima i veže za VCAM-1 (engl. vascular cell adhesion molecule-1) na endotelnim stanicama izazivajući vezanje neutrofila za endotel krvnih žila i nakupljanje leukocita na mjestu upale. Isto tako, VCAM-1 potiče i vezanje limfocita, monocita, eozinofila i bazofila za endotel krvnih žila. Određeni β 2 integrini, poput MAC-1 (engl. membrane attack complex-1), LFA-1 (engl. leukocyte functional antigen-1) i p150,95 vežu se za ICAM (engl. intercellular adhesion molecules) na endotelnim stanicama kao i α 4 β 7 integrin na leukocitima koji se veže za MADCAM-1 (engl. mucosal vascular addressin cell-adhesion molecule-1) na endotelnim stanicama. E-selektin i CD18 integrini na neutrofilima, odnosno VLA-4 integrini na eozinofilima i monocitima odgovorni su za prijelaz leukocita s procesa valjanja na vezanje za stijenku krvnih žila, dok su za aktiviranje leukocita odgovorni kemokini. Čvrstu adheziju leukocita za stijenku krvnih žila te njihovo širenje potiču Src-kinaze, fosfoionozitidne 3-kinaze (PI3K) i VAV1-3. Intravaskularni prodor leukocita započinje pod utjecajem MAC-1 integrina i ICAM-1 liganda.
Konačno, leukociti ameboidnim kretnjama prolaze između endotelnih stanica (paracelularno) ili kroz endotelne stanice (transcelularno) u okolno tkivo. Za paracelularnu transmigraciju odgovorni su PECAM-1 (engl. platelet/endothelial-cell adhesion molecule-1), CD99, JAM (engl. junctional adhesion molecule ) i ESAM (engl. endothelial cell-selective adhesion molecule), dok su za transcelularnu transmigraciju odgovorni ICAM-1 i PECAM-1.
Relativno se mali broj neutrofila ne prekidno nalazi u tkivu. Kada nastane oštećenje tkiva, neutrofili se nakupljaju kemotaksijom iz krvotoka. Kemotaksijske se molekule najčešće oslobađaju iz oštećenih stanica, ali i iz eventualno prisutnih mikroorganizama. Životni ciklus neutrofila traje oko 10-15 sati. Kada postoji povećana potreba za neutrofilima, koštana srž u krvotok otpušta znatno više neutrofila nego što je uobičajeno, ponekad do te mjere da se u krvotok otpuštaju nezreli neutrofili („pomak u lijevo“). Oslobađanjem enzima i upalnih medijatora te pojačanim oksidativnim učinkom, neutrofili pomažu u uklanjanju bakterija, ali i oštećuju okolno tkivo (Pham, 2006.). Zato se procesi akutne upale trebaju pravovremeno prekinuti.
Dvadeset i četiri sata od početka akutnog upalnog procesa, u upalno područje dolaze monociti.
Oni diferenciraju u makrofage koji se u upalnom području mogu zadržati 2-12 mjeseci u obliku slobodnih stanica (alveolarni i peritonealni makrofagi), u sinusoidama i oko njih (u slezeni, limfnim čvorovima, koštanoj srži, Kupferove stanice jetre), fiksirani u tkivima (histiociti, mezangijske stanice bubrežnih glomerula i mikroglije središnjeg živčanog sustava) te u obliku specifičnih monocita s osnovnom funkcijom predstavljanja antigena T-limfocitima (dendritične i Langerhansove stanice).
Makrofagi uklanjaju mrtve neutrofile, mikroorganizme i ostatke tkiva fagocitozom čime pripremaju tkivo za procese cijeljenja te sudjeluju u predstavljanju antigena i regulaciji akutnih upalnih procesa izlučivanjem niza biološki aktivnih tvari (Mosser i Edwards, 2008.). Podjela stanica imunosnog sustava prikazana je na slici 2.
Sustavni upalni procesi
Pored upalnih promjena na mjestu oštećenog tkiva, upalni odgovor čine i promjene u organskim sustavima udaljenim od mjesta oštećenja. One su potaknute oslobađanjem medijatora koji upravljaju aktivacijom stanica stalno prisutnih u oštećenom tkivu (fibroblasti, endotelne stanice, tkivni makrofagi i mastociti) i novonastalim upalnim stanicama (monociti, limfociti, neutrofili i eozinofili), a neki od njih potiču sustavni odgovor na upalni čimbenik (groznica, pad tlaka, sinteza proteina akutne faze, leukocitoza, kaheksija) (Eagan i sur., 2010.).
Navedeni medijatori se svrstavaju u četiri kategorije (slika 3) (Gallin i sur., 1992.):
(1) upalni lipidni metaboliti – PAF (engl. platelet activating factor) i derivati arahidonske kiseline (prostaglandini, leukotrieni, lipoksini) te vazoaktivni amini (histamin i serotonin),
(2) plazmatski medijatori upale (sustav komplementa, kininski sustav i sustav za zgrušavanje krvi i fibrinolizu),
(3) lizosomalni enzimi i
(4) citokini.
Prema kemijskom sastavu PAF je acetil-glicerol-eter-fosfokolin, a oslobađaju ga mastociti, bazofili, neutrofili, monociti, trombociti i epitelne stanice i uzrokuje nakupljanje trombocita, oslobađanje histamina i serotonina, adheziju leukocita te sintezu metabolita arahidonske kiseline.
Sustav komplementa čini 20-ak bjelančevina koje se u plazmi nalaze uneak tiviranom obliku, a nakon aktivacije nastaju enzimski aktivni upalni medijatori.
Aktivira se klasičnim putem vezanjem antigena s protutijelom kada putem različitih fragmenata komplementa dolazi do nastanka C3-konvertaze, ili alternativnim putem kada C3-konvertaza nastaje preko endotoksina bakterija, polisaharida i Ig A ili G. C3-konvertaza prevodi C3 u C3a koji povisuje propusnost krvnih žila i opsonin C3b čiji se receptori nalaze na neutrofilima, eozinofilima i makrofagima. C3b dijeli C5 na C5a koji povisuje propusnost krvnih žila, kemotaktičan je za sve upalne stanice osim limfocita, potiče sintezu leukotriena i povećava adheziju leukocita na endotelne stanice te na C5b iz kojeg se u konačnom slijedu događaja razvija C5b-9 ili MAC.
C5b-9 predstavlja litičku komponentu sustava stvarajući kanale na membrani mikroorganizma ili vlasitite stanice koji izravno komuniciraju s vanstaničnim okolišem. Zbog povećanja propusnosti krvnih žila, C3a i C5a se još nazivaju i anafilatoksini. Aktivacija kininskog sustava i sustava zgrušavanja krvi počinje kada se faktor XII (Hagemanov faktor) sustava za zgrušavanje krvi aktivira u XIIA (aktivirani Hagemanov faktor) koji može izravno dovesti do zgrušavanja krvi (XII-XIIA-protrombin-trombin-fibrinogen-fibrin) ili može aktivirati kininski sustav (prekalikrein-kalikrein-kininogen visoke molekulske mase-bradikinin-plazminogen-plazmin). Plazmin može aktivirati alternativni put komplementa i/ili uzrokovati razgradnju fibrina. Bradikinin dovodi do širenja i povećanja propusnosti krvnih žila, kontrakcije glatkog mišićja i boli, faktor XIIA izaziva koagulaciju krvi što pogoduje zaraštavanju rana i hemostazi, kinin povećava propusnost krvnih žila i dovodi do simptoma boli, a fibrin izaziva fibrinolizu čime se uklanjaju upalni produkti.
Lizosomalni enzimi su proteaze, ribonukleaze, derivati i metaboliti kisika koji ubijaju i razgrađuju fagocitirane mikroorganizme i nekrotično tkivo. Iako se tijekom fagocitoze dio metabolita kisika (superoksid, peroksid i hidroksilni ion) oslobađa u okolno tkivo oštećujući ga, najveća količina ovih tvari dospijeva u tkiva nakon smrti fagocita, a neutraliziraju ih medijatori u tkivu koji razgrađuju slobodne radikale.
Stanice imunosnog sustava komuniciraju pomoću međustaničnih signalnih polipeptida – citokina. To su mali nestrukturalni proteini koje sintetiziraju gotovo sve stanice s jezgrom.
Ne postoji prepoznatljiva struktura koja bi ih međusobno povezala pa se grupiraju prema biološkoj aktivnosti.
To su pleiotropne molekule koje djeluju lokalno ili sustavno, parakrino ili autokrino. Proupalni citokini potiču upalnu reakciju, a protuupalni umanjuju aktivnost proupalnih citokina, a ponekad djeluju i proupalno. Posebnu skupinu citokina čine kemokini koji djeluju kemotaksijski na leukocite privlačeći ih iz krvotoka u tkivo. Oslobađaju ih leukociti i endotelne stanice potaknuti traumom ili s TNF-α i IFN-γ. Četiri su podgrupe kemokina: C (XCL1,2), CX3C (CX3CL1) te CC (CCL1-27) koji privlače monocite, bazofile, eozinofile i limfocite, ali ne utječu na neutrofile i CXC (CXCL1-15) koji privlače neutrofile (Elenkov i sur., 2005.). Učinci i karakter citokina ovisi o vremenu otpuštanja, sredini, gustoći njihovih receptora te odgovoru tkiva na njihove učinke. Vežu se za receptore na staničnoj membrani čime pokreću signalne puteve koji uključuju unutarstanične enzime i transkripcijske faktore koji potiču, pojačavaju ili umanjuju ekspresiju odgovarajućih gena. Potaknuti infekcijom, traumom ili aktiviranim T-limfocitima, IL-1, TNF-α (Ivetić Tkalčević i sur., 2006., 2008.) i IFN-γ izazivaju ekspresiju proupalnih gena koji kodiraju fosfolipazu (PL) A 2 , ciklooksigenazu (COX)-2 i inducibilnu sintazu dušičnog oksida (iNOS).
Stoga ovi citokini spadaju u skupinu proupalnih citokina.
Protuupalni citokini IL-4, IL-10, IL-13 i TGF-β (engl. transforming growth factor-β) umanjuju nastanak upalnih citokina IL-1, TNF-α i IL-8 i time koče ili smanjuju nastanak produkata proupalnih gena. Ravnoteža između proupalnih i protuupalnih citokina određuje ishod patološkog stanja (Elenkov i sur., 2005.). Obzirom na trajanje upale, izlučuju se i različite vrste citokina. U skupinu citokina uključenu u akutnu upalu spadaju IL-1, TNF, IL-6, IL-11, IL-8, eotaxin, IL-16, IL-17 i CSF (engl. colony stimulating factor), dok u kroničnoj upalnoj reakciji sudjeluju IL-3, IL-4, IL-5, IL-7, IL-9, IL-10, IL-13, IL-14 i TGF-β koji sudjeluju u humoralnom upalnom odgovoru te IL-2, IL-12, IL-15, interferoni i IFN-γ-inducirajući faktor koji sudjeluju u staničnom upalnom odgovoru.
Sustavni upalni odgovor čine i promjene u koncentraciji proteina plazme koji se nazivaju proteinima akutne faze.
Postoje pozitivni i negativni proteini akutne faze, ovisno o tome raste li ili pada njihova koncentracija tijekom upale, a što ovisi o promjenama aktivnosti hepatocita.
Njihovu sintezu potiču IL-6 i IL-1β, ali uključeni mogu biti i TNF-α, TGF-β i IL-4. Dok pojedini proteini potiču upalu, poput manoza-vezujućeg lektina koji je dio komplementa pa sudjeluje u njegovoj aktivaciji, drugi očituju protuupalne učinke, poput fibrinogena i haptoglobina koji potiču cijeljenje oštećenog tkiva.
Mehanizmi povlačenja akutne upale
Mehanizmi kojima organizam prekida procese akutne upale utječu na nastanak kroničnih upala. Postoje „kontrolne točke“ imunosne reakcije koje ograničavaju duljinu trajanja i jačinu akutne upale (Lawrence i Gilroy, 2007.). Na prekid djelovanja i apoptozu stanica imunosnog sustava utječe pet mehanizama.
Prvi mehanizam predstavlja uklanjanje upalnog čimbenik apoput mikroorganizma, produkata nekrotičnog propadanja stanica ili produkata aktivacije imunosnog sustava. Navedeni čimbenici, poput bakterijskog lipopolisaharida (LPS), određenih fosfolipida/glikolipida ili dijelova sustava komplementa i sustava za zgrušavanje krvi, aktiviraju stanice imunosnog sustava putem TLR receptora (engl. toll-like receptors) (Lien i Ingals, 2007.).
Njihovim uklanjanjem zaustavlja se sinteza proupalnih medijatora (eikozanoida, kemokina, citokina, adhezijskih molekula) i nakupljanje leukocita.
O ishodu gore navedenog mehanizma ovisi naredni stadij povlačenja akutne upalne reakcije. Stanice imunosnog sustava oslobađaju medijatore koji na egzokrini, parakrini ili autokrini način mogu zaustaviti urođeni ili stečeni imunosni odgovor. Najpoznatiji su glukokortikoidi, kateholamini, PGE, dušični oksid (NO), citokini (IL-1 receptor antagonist (ra), IL-4, IL-13, IL-10, TGF-β) i receptori IL-1RII, TNF-RI/II i Duffy-jev receptor za IL-8. To su kompetitivni antagonisti vezanja zaproupa lne ligande. Isto se tako i aktivnost određenih linija fagocita i limfocita može umanjiti učincima citokina IL-4, IL-13, IL-10 i TGF-β. Treći mehanizam uključuje aktivaciju imunosupresijskih stanica.
Unutar CD4 + T pomoćničke (Th) linije limfocita dvije su podgrupe koje se međusobno razlikuju prema tipu sintetiziranih citokina.
CD4 + Th-limfociti koji sintetiziraju IFN-γ, IL-2, TNF-α i TNF-β spadaju u Th1 podgrupu limfocita koja potiče staničnu imunost, dok CD4 + Th-limfociti koji sintetiziraju IL-4, IL-5, IL-6 i IL-13 spadaju u Th2 podgrupu limfocita koja potiče humoralnu, a koči staničnu imunost (Lawrence i Gilroy, 2007.). U patološkim stanjima poput hemoragije ili sepse dolazi do pomaka imunosnog odgovora s Th1 na Th2 imunosupresijski odgovor.
Također, makrofagi i dendritične stanice mogu djelovati imunosupresivno. Njihovi protuupalni učinci ovise o tijeku upalne reakcije i vrsti upalnog čimbenika. Makrofagi u početku sintetiziraju proupalne medijatore, a kasnije oslobađaju protuupalne medijatore poput IL-6, IL-1ra, IL-10, PGE2.
Fagocitoza produkata nastalih nekrozom izaziva oslobađanje proupalnih citokina iz makrofaga, dok produkti nastali staničnom apoptozom potiču oslobađanje protuupalnih citokina.
Četvrti mehanizam predstavlja antagonizam međustaničnih kostimulacijs kih učinaka (Lawrence i Gilroy, 2007.).
Za potpunu aktivaciju i diferencijaciju, T-limfociti prilikom prepoznavanja odgovarajućeg antigena moraju primiti određene stanične signale putem različitih kostimulacijskih molekula na površini stanica. Prekidom ekspresije kostimulacijskih signala (unutarstanična adhezijska molekula-1, B7.1, B7.2 i CD40) na antigen prezentirajućoj stanici (APC) zaustavlja se aktivacija i diferencijacija T-limfocita.
Također, aktivacijom inhibicijskih receptora poput citotoksičnog T limfocit-vezanog antigena 4 i CD45 unutar T-stanice prekida se defosforilacija komponenti signalnog puta čime se sprječava njena aktivacija. Potpuni prekid kostimulacijske signalizacije može pokrenuti mehanizme apoptoze, uslijed nemogućnosti sinteze medijatora, poput IL-2, IL-3 te GM-CSF (engl. granulocyte macrophage – colony stimulating factor), koji bi u normalnim uvjetima spriječili apoptozu.
Poticanje programirane stanične smrti ili apoptoze stanica peti je mehanizam kojim se zaustavlja upalna reakcija rence i Gilroy, 2007.). Apoptoza je fiziološki način uklanjanja upalnih stanica na ne-upalni način. Tijekom procesa ne dolazi do prekida stanične membrane pa se ne otpuštaju medijatori koji bi mogli oštetiti okolno tkivo. Apoptotične stanice na svojoj površini eksprimiraju molekule koje prepoznaju makrofagi koji oslobađaju protuupalne medijatore poput IL-10 i TGF-β. Ako se apoptotične stanice ne prepoznaju i uklone, nastupa nekroza i oslobađanje unutarstaničnog sadržaja koji pojačavaju upalnu reakciju.
Kronična upala
Kronična upala nastaje kao posljedica nedovršene akutne upalne reakcije ili se razvija izravno tijekom određenih imunosnih poremetnji, poputpre osjetljivosti ili autoimune bolesti.
Kronične proliferativne upale odlikuju se tvorbom granulacijskog tkiva. U upalnom se području nakupljaju monociti i limfociti koji fagocitiraju mikroorganizme, odumrle polimorfonuklearne leukocite, oštećene tkivne stanice i fibrin, čineći novostvoreno, nezrelo, dobro prokrvljeno granulacijsko tkivo. Izlučivanjem IL-1, TNF-α i fibronektina, makrofagi u upalno područje privlače fibroblaste potičući njihovu diobu pa nastaje zrelo granulacijsko tkivo. Na nastanak fibroze, zrelog tkiva s malo krvnih žila, relativno malim brojem stanica (fibrociti i mononukleari) te velikom količinom kolagenih vlakana utječu fibroblasti odlaganjem kolagena i izlučivanjem čimbenika rasta (Gamulin i sur., 2005.). Tu spadaju EGF (engl. epidermal growth factor) koji potiče staničnu diobu, PDGF (engl. prostaglandin derived growth factor) koji uzrokuje migraciju i proliferaciju fibroblasta, monocita i glatkih mišićnihstanica, FGF (engl. fibroblast growth factor) i VEGF (engl. vascular endothelial growth factor) koji izazivaju neoangiogenezu i odlaganje kolagena (Ivetić Tkalčević i sur., 2007.).
Primarne upale koje od početka imaju kronične proliferativne značajke dijele se u promjene kod preosjetljivosti i promjene kod autoimunih bolesti.
Promjene kod preosjetljivosti nastaju uslijed štetnih učinaka imunosnog odgovora. Tip 1 je brza preosjetljivost izazvana IgE protutijelima. Njihovim vezanjem za površinu mastocita, bazofila ili trombocita dolazi do oslobađanja histamina i serotonina koji mogu izazvati opću reakciju preosjetljivosti – anafilaksu ili lokalnu rekaciju poput astme ili urtikarije. Tip 2 je citotoksična preosjetljivost izazvana vezanjem protutijela za staničnu membranu što rezultira uništenjem stanice. Proces je praćen aktiviranjem komplementa, fagocitozom i sudjelovanjem NK stanica. Ovim tipom preosjetljivosti odlikuje se alergija na lijekove, poput penicilina, koji se vežu za membrane eritrocita što imunosni sustav tretira kao strano tijelo. Nastaju protutijela koja se vežu na nastali kompleks, aktiviraju komplement i uzrokuju lizu stanica. Tip 3 preosjetljivosti karakterizira stvaranje kompleksa antigen-protutijelo koji se ne mogu potpuno razgraditi pa se talože na bazalnoj membrani krvnih žila. Pričvršćeni kompleks aktivira komplement klasičnim putem čimenas taju anafilatoksini koji izazivaju nakupljanje upalnih stanica. Budući da fagociti ne mogu fagocitirati tvar koja se nalazi usko priljubljena uz odgovarajuću membranu, oni u okolinu izlučuju unutarstanične enzimeizazi vajući fibrinoidnu degeneraciju i nekrozu stijenke krvnih žila. Kasna ili odgođena preosjetljivost je Tip 4 preosjetljivosti koji se javlja najmanje nekoliko sati nakon izlaganja antigenu. Klasičan primjer su alergijski kontaktni dermatitisi kod kojih se tvari jednostavne strukture i haptenske naravi u koži vežu na površinske proteine Langerhansovih stanica, poprimaju osobine alergena i izazivaju senzibilizaciju staničnog tipa. NastaliT-l imfociti oštećuju stanice na kojima je vezan spoj što je izazvao senzibilizaciju.
Autoimune bolesti su stanja u kojima imunosni sustav reagira protiv vlastitog tkiva. Prekid imunotolerancije na vlastito tkivo dovodi do stvaranja protutijela ili aktiviranja citotoksičnih T-limfocita. Imunosni sustav reagira s vlastitim tkivom u slučajevima kada mu ono u fiziološkim uvjetima nije dostupno pa ni klonovi T-limfocita nisu suprimirani. Nadalje, imunosni sustav kod nekih ljudi nakon vezanja protutijela s antigenom počinje neke dijelove Fc domene protutijela prepoznavati kao zasebni antigen. Isto tako, ponekad se imunosni sustav i „zabuni“ jer je antigen sličan vlastitoj bjelančevini pa nastaje križna reaktivnost (engl. cross reactivity) i na antigen i na vlastite bjelančevine.
Pojedine autoimune bolesti, poput zloćudnih tumora limfopoetskog tkiva, nastaju uslijed ekspresije prije zabranjenih klonova T-limfocita. Određeni virusi mogu također promijeniti stanice tako da one počinju izgledati kao strane stanice.
Osnovna značajka granulomatozne upale je granulom, nakupina epiteloidnih stanica okružena limfocitima i vezivnim tkivom, u čijem se središtu odvija nekroza. U granulomu se istodobno zbiva upalna reakcija u smislu nakupljanja makrofaga, proces reparacije koji se odlikuje stvaranjem vezivnog tkiva te degenerativno-nekrotični proces. Prema mehanizmu nastanka postoje granulomi tipa stranog tijela i granulomi tipa preosjetljivosti. Granulomi tipa stranog tijela javljaju se u odgovoru na čimbenike koji slabo izazivaju imunosni odgovor.
Sastavljeni su od makrofaga, orijaških stanica tipa stranog tijela i neutrofilnih granulocita. Granulomi u čijoj je osnovnoj etiologiji kasna preosjetljivost nastaju nakon infekcije s mikroorganizmima,a nastala granulomatozna reakcija karakterizirana je makrofagima, eozinofilnim granulocitima i orijaškim stanicama tipa Langerhans.
Cijeljenje oštećenog tkiva
Upalna reakcija završava cijeljenjem oštećenog tkiva te ponovnom uspostavom njegove strukture i funkcije. Proces regeneracije predstavlja sposobnost organizma da oštećene stanice zamijeni istim tipom stanica dok je proces reparacije zamjena oštećenog tkiva s vezivnim tkivom pri čemu nastaje ožiljak (Gamulin i sur., 2005.).
Upala izazvana infekcijom
Tijekom evolucije, imunosni je sustav sisavaca razvio način da odgovarajućim mehanizmom obrani domaćina od patogenih mikroorganizama, a da istovremeno ne ugrozi opstanak komenzalnih mikrobiota s kojom je domaćin uspostavio izbalansirani odnos te da ne ošteti vlastiti organizam.
Infekcija podrazumijeva štetne učinke stranog organizma – bakterija, virusa, gljivica i parazita u organizmu domaćina. Obrambeni mehanizam kojim domaćin reagira na infekciju je upalna i imunosna reakcija. Patogen se otkriva i prvotno uništava urođenom imunosnomreak cijom koja dovodi do uspostave stečene imunosti. Infekcija stanica domaćina različitim patogenima izaziva transkripciju podjednakihskupi nagena. To je osnovni odgovor na infekciju (Benoit i sur., 2008.). Čini ga skupina od 511 gena koji se koreguliraju u stanicama urođenog imunosnog sustavakao o dgovor na infekciju izazvane sa 77 različita patogena uključujući bakterije, viruse i gljivice.
Stečena imunosna reakcija na infekciju ovisi o PRR (engl. pattern recognition receptors) receptorima na upalnim stanicama među kojima se ističu TLR receptori koji aktiviraju APC (Benoit i sur., 2008.). TLR receptori su transmembranski proteini sastavljeni od izvanstanične domene koja služi za prepoznavanje patogena, transmembranskog dijela i Toll-IL-1R domene koja aktivira unutarstanične signalne puteve.
Oni prepoznaju odgovarajuće molekularne strukture mikroorganizama – lipide, proteine i nukleinske kiseline zajednički nazvane PAMP (engl. pathogen associated molecular patterns) i određene molekule domaćina, poput mišjeg defenzina (mDF)2 (engl. murine-defensin 2), reaktivnih kisikovih spojeva (ROS) (engl. reactive oxygen species), fibrinogena, fibronektina, hijaluronske kiseline i drugih. TLR2 prepoznaje bakterijske lipoproteine i zimozan, TLR3 – dvolančanu RNA, TLR4 – LPS i heat-shock proteine, TLR5 prepoznaje flagelin, TLR7 i TLR8 – jednolančanu RNA, a CpG dijelove bakterijske DNA – TLR9, dok TLR1 i TLR2 djeluju kao koreceptori za TLR2.
Osnovna uloga TLR-a je poticanje upale i uspostava stečene imunosti aktivacijom i oslobađanjem IL-6 i TNF-α. Signalni putevi TLR-a ovisni o MyD88 zajednički su svim TLR receptorima, dok su neovisni o MyD88 karakteristični samo za TLR3 i TLR4. TLR signalni putevi osim u primarnoj aktivaciji upale, sudjeluju i u aktivaciji protuupalnih mehanizama u smislu oslobađanja protuupalnih citokina poput IL-10, IL-4, IL-5 i IL-13 što je od posebnog značaja za rezoluciju upalne reakcije.
Neutrofili su ključni sudionici urođene imunosti koji procesom fagocitoze uklanjaju odgovarajući patogen. Kemotaksijski signali iz kemokina, citokina, metaloproteinaza matriksa (MMP) i produkata mikroorganizama potiču nakupljanje neutrofila na mjestu infekcije. LPS, TNF-α i PAF znatno pojačavaju odgovor neutrofila na kemotaksiju (Kobayashi i sur., 2003.). Neutrofili posjeduju receptore kojima direktno prepoznaju odgovarajuće molekule na površini mikroorganizama.
Receptori CD14, TLR i PGLYR (engl. peptidoglycan recognition protein) prepoznaju peptidoglikan gram-pozitivnih bakterija i LPS gram-negativnih bakterija.
Iako neutrofili direktno prepoznaju mikroorganizme, njihovo vezanje i fagocitoza znatno su učinkovitiji ako je mikroorganizam opsoniziran serumskimprot einima domaćina, poput sustava komplementa i protutijela (Kobayashi i sur., 2003.). Ako ne postoji odgovarajuće protutijelo, aktivira se sustav komplementa i dolazi do vezanja C3b, iC3b i C1q za površinu mikroorganizma. Neutrofilni receptori za komplement su C1qR, CD35, CD11b/CD18 i CD11c/CD18, dok su receptori specifični za Fc dio protutijela FcεRI, CD23, CD89, CD64, CD32 i CD16.
Oni su od presudnog značenja za obranu od infekcije i rezoluciju upalne reakcije. U procesu fagocitoze aktivira se nikotinamid dinukleotid fosfat (NADPH)-ovisna oksidaza koja stvara superoksid što se prevodi u toksične ROS spojeve (Elmore, 2007.). Citoplazmatske neutrofilne granule spajaju se s fagosomom te se degranulacijom nakupljaju mikrobicidni enzimi i peptidi u vakuolama. Iako fagocitoza učinkovito sprječava širenje patogena, neutrofilna citotoksičnost nije specifična obzirom na vrstu mikroorganizma i često je uzrok upalnih poremećaja u smislu oštećenja tkiva domaćina (Kobayashi i sur., 2003.).
Neutrofilna se aktivnost kontrolira apoptozom koja je stoga presudna za rezoluciju upale i infekcije (Elmore, 2007.). Apoptoza se neutrofila potiče njihovom aktivacijom te fagocitozom mikroorganizma.
To je prirodan mehanizam kojim organizam uklanja stanice koje su ispunile svoju ulogu u smislu uništenja mikroorganizma. Većina se staničnih procesa neutrofila, uključujući i sazrijevanje, diferencijaciju te oslobađanje citokina regulira na nivou transkripcije gena (Kobayashi i sur., 2003.). Fagocitoza potiče ekspresiju gena koji kodiraju pro-apoptotičke molekule poput BAX (engl. B-cell lymphoma (CL)-2-associated X protein), TLR2 i kaspaza (CASP)1 te istovremeno umanjuje ekspresiju ili ne utječe na gene koji kodiraju protu-apoptotičke molekule.
Tijekom apoptoze umanjena je ekspresija gena koji kodiraju proupalne citokine,kemo kine i faktore rasta poput TNF-α, IL-6, VEGF, onkostatina (OS)M (engl. oncostatin M), CXCL2 i CXCL3, a koji se pojačano oslobađaju tijekom aktivacije neutrofila i fagocitoze (Kobayashi i sur., 2003.).
Apoptotičke neutrofile iz cirkulacije i tkiva uklanjaju makrofagi. Određeni je broj makrofaga stalno prisutan u tkivu u obliku tkivnih makrofaga, dok većina nastaje iz monocita koji u upalno područje dolaze iz krvotoka i koštane srži 24 sata od početka akutnog upalnog procesa. SDF-1 (engl. stromal cell derived factor-1) je odgovoran za zadržavanje progenitorskih matičnih stanica u koštanoj srži na način da se veže za CXCR4 (engl. CXC chemokine receptor 4) (Lapidot i Petit, 2002.). Prekidom ove veze dolazi do oslobađanja leukocita u krvotok. Monociti na svojoj površini eksprimiraju mnoštvo kemokinskih receptora. Receptor za CC kemokine (CCR)2 eksprimira se na monocitima uključenim u obrani organizma od infekcije i patogenezi upalnih bolesti.
Stoga je u slučaju bakterijske infekcije receptor CCR2 nužan za oslobađanje monocita iz koštane srži na način da se za njega veže MCP-1 (engl. monocyte chemoattractant protein-1) (Serbina i Pamer, 2006.). Krvni monociti imaju sposobnost migracije, kemotaksije i fagocitoze koji su posljedica njihove diferencijacije u koštanoj srži kada u njihovoj citoplazmi nastaju granule s enzimima sličnim onima u neutrofila. Po ulasku u tkivo monociti diferenciraju u makrofage koji čine osnovu za nastanak stečenog imunološkog odgovora.
Makrofagi su heterogena skupina stanica jer različiti mehanizmi utječu na njihovu diferencijaciju, tkivnu raspodjelu i aktivnost (Benoit i sur., 2008.). Dijele se u M1 i M2 makrofage koji se razlikuju u ekspresiji receptora, citokina i kemokina.
M1 makrofagi su osjetljivi na proupalne citokine i različite produkte mikroorganizama te je ovo skupina mikrobicidnih i upalnih makrofaga koji sudjeluju u postinfektivnoj patogenezi.
M2 makrofagi su imunomodulatorni makrofagi i uključuju tri podvrste: M2a koje aktiviraju IL-4 i IL-13, M2b koje aktiviraju imunološki kompleksi i agonisti TLR i IL-1 receptora te M2c makrofagi koje aktiviraju IL-10 i glukokortikoidni hormoni. Odgovor makrofaga na bakterijsku infekciju uključuje aktivaciju gena odgovornih za M1 polarizaciju. Tu spadaju geni koji kodiraju TNF, IL-6, IL-12, IL-1β, IL-7R, IL-15RA, CCL2, CCL5,CX CL8 i CCR7. Jedini gen koji je povezan s M2 polarizacijom, a koji se eksprimira nakon bakterijske infekcije je IL-1ra (Benoit i sur., 2008.). Kronična infekcija patogenim mikroorganizmima povezana je s M2 polarizacijom makrofaga, dok je M1 polarizacija odgovor na akutnu infekciju i štiti domaćina od unutarstaničnih bakterijskih sojeva.
U završnoj fazi infekcije važnu ulogu imaju CD4 + i CD8 + T-limfociti koji su ključni za nastanak dugotrajne imunosti. Opseg i trajanje in vivo proliferacije T-limfocita ne ovisi o trajanju infekcije i količini prisutnih antigena. T-limfociti, specifični za odgovarajući patogen, „programiraju“ se tijekom prvog dana infekcije nakon čega proliferiraju i diferenciraju u efektorske T-stanice koje se u kasnijem upalnom odgovoru više ne mijenjaju.
APC stanice aktivirane TLR receptorima potiču diferencijaciju CD4 + T-limfocita u Th1 i Th2 stanice. Th1 stanice oslobađajuIF N-γ i dio su antivirusne i antibakterijske imunosti, dok Th2 stanice oslobađaju IL-4 i IL-13 i sudjeluju u alergijskim reakcijama te obrani organizma od parazita (Kaisho i Akira, 2006.).
Zaključak
Upala je temeljni homeostatički mehanizam održavanja ustrojbene i djelatne cjelovitosti tkiva. Na važnost upalne reakcije kao obrambenog mehanizma upućuje nedjelotvornost određenih imunosupresiva, primjerice u sepsi, koji zaustavljajući upalnu reakciju sprječavaju obrambenu reakciju organizma na štetne učinke upalnog čimbenika što u konačnici rezultira oštećenjem tkiva i organa. Ova činjenica kao i spoznaja o štetnosti prejako naglašenog imunosnog odgovora po tkivo vlastitog organizma, upućuje na vrlo složenu interakciju odgovarajućih upalnih medijatora kako u lokalnim tako i u sustavnim upalnim reakcijama, bez obzira na vremensko trajanje i etiološke čimbenike upale. Stoga samo precizna interakcija lokalno i sustavno oslobođenih upalnih medijatora čini upalu homeostatičkim mehanizmom.
Sažetak
Upala je temeljni homeostatski mehanizam održavanja ustrojbene i djelatne cjelovitosti tkiva. Upalnu reakciju, kao obrambeni odgovor tkiva na ozljedu ili infekciju, čini niz složenih bioloških i biokemijskih reakcija u koje su uključene stanice imunosnog sustava i mnoštvo bioloških medijatora. U osnovi, upalni se odgovor sastoji iz povećanog protoka krvi kroz ozlijeđeno tkivo, pojačane propusnosti kapilara, migracije leukocita iz krvnih žila u okolni intersticijski prostor i nakupljanja leukocita na mjestu upale. Pored upalnih promjena na mjestu oštećenog tkiva, upalni odgovor čine i brojne promjene u organskim sustavima udaljenim od mjesta oštećenja. U kliničkom smislu, prema tijeku upale se dijele na akutne, subakutne i kronične. Kod akutnih upala prevladavaju fagociti (uglavnom neutrofili i makrofagi), dok kod kroničnih upala dominiraju limfociti, makrofagi i plazma stanice. Osim vremenske dinamike, razlikuju se i u patogenezi te u ishodu koji ovisi o vrsti etiološkog čimbenika.
Namjera ovog preglednog uratka bila je prikazati vrste i osobitosti upalnih reakcija, a napose istaknuti značenje upalnih medijatora, kao i djelatne homeostatske mehanizme koji bi trebali ponovno uspostaviti narušenu strukturu i funkciju do restitutio ad integrum.
Literatura [… prikaži]
Inflammatory reaction as a fundamental homeostatic mechanism
Vanesa IVETIĆ TKALČEVIĆ, PhD, DVM, Boška HRVAČIĆ, PhD, DVM, Zagreb
Inflammation is a fundamental homeostatic mechanism for the maintenance of tissue organizational and functional integrity. Inflammatory reaction, as a defensive response to tissue biological and biochemical reactions involving immune system cells and a multitude of biological mediators. Basically, the inflammatory response consists of increased blood flow through the injured tissue, increased capillary permeability, migration of leukocytes from blood vessels into the surrounding interstitial space and leukocyte accumulation at the site of injury. In addition to inflammatory changes at the site of damaged tissue, inflammatory response also implies changes in organ systems remote from the point of damage. By its duration, inflammation is divided into acute, subacute and chronic.
Acute inflammation is dominated by phagocytes (mainly neutrophils and macrophages), injury or infection, includes a series of complex while chronic inflammation mainly includes lymphocytes, macrophages and plasma cells. In addition, inflammatory reactions differ pathologically and by outcome, which depends on the etiological factor. This review is focused on indicating the types and peculiarities of inflammatory reactions, and on accentuating the significance of inflammatory mediators and active homeostatic mechanisms employed to re-establish disrupted tissue structure and function in obtaining restitutio ad integrum.