Zápal - úvod

Prof.MVDr. František Ništiar, CSc.,

Ústav patologickej fyziológie

Lekárska fakulta UPJŠ Košice

2005

Podnety

R e a k c i e

• Miestne obranné reakcie:

– Z Á P A L
– Bolesť
– Edém

• Celkové obranné reakcie:

– S T R E S
– Horúčka
– Šok

Zápal

Definícia

“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

• Akútny - minúty až dni

– Charakterizovaný tekutinami a proteínom
– PMN’s

• Chronický - týždne až roky

– Lymfocyty a makrofágy

• Akútne inf. - PMN’s (polymorfonukleáry)
• Chronické inf. - mononukleárne bunky

Zápal

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

cievnych

zmien

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

•

Nastane v miestach akumulácie leukocytov

•

Spôsobená aktiváciou leukocytov, ktoré
uvoľňujú proteolytické enzýmy a toxické
ROS

Na leukocytoch závislé

poškodenie endotelu

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

Chemotaktické

faktory (napr. C5a)

Chemotaktické

faktory (napr. C5a)

Akútny zápal

Akútny zápal

Zo zápalových buniek

Zo zápalových buniek

Vazoaktívne

mediátory

(napr. histamín)

Vazoaktívne

mediátory

(napr. histamín)

PMN’s

PMN’s

Chronický zápal

Chronický zápal

Monocyty

Monocyty

Zvýšenie

permeability ciev

Zvýšenie

permeability ciev

Edém

Edém

Tvorba

zápalových

mediátorov

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

Plazmatické

proteázy

1. Faktor XII (Hageman Factor)

Aktivovaný faktor XII (XIIa)

Kalikreín

Bradykinín

Fibrín

Plazmín

5. Komplementová

kaskáda

2. Kinínová kaskáda

3. Koagulačná

kaskáda

4. Fibrinolytický

systém

Kľúč všetkého

1. faktor XII (Hagemanov faktor)

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

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

Alternatívna dráha

C3

C3b

Klasická dráha

C1

C4b

C3

C3a

C5

C5b

C6

C7

C8

C9

C5-9

membránu atakujúci

komplex (MAC)

Súhrn

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

Kys.arachidónová

Pete & Hete

Leukotriény

Vazokonstrikcia
Bronchospasmus
Zvýšená cievna
permeabilita

Prostaglandíny

PG’s

Metabolizmus a

účinky produktov

kys. arachidónovej

Fosfolipáza A2

Steroidy iinhibujú

Aspirin
NSAID’st

Cyclooxygenase

Cyklooxyge áza

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