Notes on Inflammation (Zánět)

Zánět

Definice

• Zánět je fylogeneticky ustálená odpověď organismu na poškození tkáně nebo vniknutí cizorodého agens.
• Má obranou a reparativní funkci, ale může organismus i poškodit.
• Příznaky jsou lokální (na makroskopické i mikroskopické úrovni) i celkové (systémové).
• Může být vyvolán mikroorganismy, působením chemických a fyzikálních vlivů nebo ischémií tkáně.

Průběh Zánětlivé Odpovědi

• Zánětlivá odpověď probíhá nejprve lokálně (aktivace koagulačního, kininového, komplementového a fibrinolytického systému).
• Poté následuje celková reakce (horečka, leukocytóza, tachykardie, zvýšení produkce proteinů akutní fáze, vyplavení glukokortikoidů).

Cíle Zánětlivých Procesů

• (a) Ohraničit poškozené ložisko
• (b) Eliminovat šíření patogenního agens
• (c) Stimulovat přirozenou a specifickou imunitní odpověď
• (d) Navodit ztracenou tkáňovou rovnováhu
• (e) Reparovat poškozenou tkáň

Terminologie

• Pro terminologické odlišení zánětlivých změn od jiných patologických procesů, se k řeckému názvu postižené tkáně (orgánu) přidává přípona -itis, v české formě -itida.
• Nověji vznikla i označení spojená s latinským kmenem (zánět červovitého přívěsku se označuje jako apendicitis a nikoliv jako původně správné epityphlitis).

Makroskopické Projevy Zánětu (Celsovy Znaky a Virchowův Dodatek)

• Čtyři tzv. Celsovy znaky, k nimž přidal Virchow ještě pátý:
  • Rubor, zčervenání – je projevem hyperémie zánětlivého ložiska.
  • Calor, zteplání – je způsobeno zvýšeným průtokem krve ložiskem (hyperémie), dále zvýšenou intenzitou katabolických procesů a produkcí látek zvyšujících teplotu.
  • Dolor, bolest – způsobena především hromaděním kyselých metabolických zplodin (acidóza tkáně), zvýšením osmotického a onkotického tlaku ve tkáni, zvýšenou koncentrací draselných a vodíkových iontů, jakož i mechanickým tlakem tkáně na nervová zakončení v ložisku.
  • Tumor, otok – souvisí se zvýšeným objemem krve v ložisku a následným výstupem tekutiny a krevních buněk z krve do tkání (proces zvaný exsudace a infiltrace).
  • Functio laesa, porucha funkce – je způsobena poškozením tkáně, poruchami krevního a lymfatického oběhu a útlumem aktivity postiženého orgánu.

Aulus Cornelius Celsus

• (25 př. n. l. – 50 n. l.)
• jeden z největších římských „myslitelů“ a spisovatelů, autor encyklopedie pojednávající o zemědělství, válečném umění, rétorice, filosofii, zákonu a medicíně.

Mikroskopické Projevy Zánětu

• Alterace
• Exsudace
• Infiltrace
• Proliferace
• Imunitní odezva

Patofyziologie Zánětu

• Změny cirkulace = vazodilatace, zvýšená cévní permeabilita, migrace leukocytů z kapilár do tkáně.
• Tyto jevy způsobují látky typu chemotaxických faktorů, cytokinů a adhezivních molekul (histamin, serotonin, bradykinin, IL-8, komplement, atd).
• Poškozením cév je aktivován koagulační systém a vzniká trombin, díky němuž může vzniknout nerozpustný fibrin, zastaví se krvácení a zpomalí se šíření infekce.

Alterace

• Pod pojmem alterace rozumíme regresivní změny v průběhu zánětu, od prostých poruch metabolismu (dystrofie) až po nekrózy různého rozsahu.
• Příčiny alterace mohou být trojí:
  • přímo zásahem škodliviny (mikroorganismy, iritátory);
  • produkty mikroorganismů nebo jejich průnikem do buněk s následnou cytolýzou;
  • imunitní reakcí namířenou proti napadeným buňkám.
• Zánětlivé změny mohou přestoupit také na cévy zásobující zánětlivé ložisko a vzniká sekundární alterace – ischemická nekróza celého tkáňového okrsku.

Exsudace

• Znamená únik tekutin a bílkovin z cév poškozených zánětem (exsudát – zánětlivý výpotek, tekutina bohatá na bílkoviny), později se přidružuje i výstup krevních buněk, které infiltrují okolní tkáně (tzv. zánětlivá infiltrace/celulizace).
• Podkladem exsudace je peristatická hyperémie, která je podmíněna dilatací kapilár (dilataci cév vyvolá jednak přímé poškození tkáně, jednak chemické látky uvolňované druhotně ze zánětlivě změněné tkáně).
• Dále se mění propustnost kapilární stěny (tvorba štěrbin mezi endoteliemi), kterými prochází zvýšené množství tekutiny (zánětlivý edém), bílkoviny (podle jejich velikosti nejprve albuminy, pak globuliny a nakonec fibrinogen, který se mimo cévu ihned mění ve fibrin) následně mohou přestupovat přes stěnu i zánětlivé buňky.

Zánětlivý Exsudát

• tekutina obsahující bílkoviny a buňky.
• Základními typy jsou:
  • exsudát serózní (málo fibrinu),
  • fibrinózní (hodně fibrinogenu, který se mění na fibrin),
  • hnisavý (hodně polynukleárů),
  • hemoragický (hodně erytrocytů),
  • další složkou všech typů exudátu jsou biologicky účinné látky, tzv. chemické mediátory zánětu (cytokiny, složky komplementu, kalikreinového systému, hemokoagulační kaskády).

Zánětlivý Infiltrát

• Krevní buňky se nejprve nahromadí na stěně kapiláry (marginace) nebo vyplní celé její lumen (leukostáza), později se protlačí ven stomaty kapiláry (leukodiapedeze).
• Součástí zánětlivého infiltrátu jsou:
  • neutrofilní granulocyty (polynukleáry) – v místě zánětu během několika minut až hodin. Do místa zánětu jsou přitahovány chemokiny, samy pak uvolňují řadu prozánětlivých mediátorů. Mají především funkci fagocytární, brzy odumírají.
  • makrofágy (histiocyty) – v místě zánětu za několik hodin až dnů. Vznikají z monocytů periferní krve. Jejich základní vlastností je fagocytóza a odbourávání fibrinu. Během fagocytózy mění svůj vzhled (lipofágy, siderofágy, zrnéčkové buňky, obrovské buňky z cizích těles, …), dále slouží jako antigen prezentující buňky a produkují mediátory, navozující proliferaci lymfocytů, kapilár a fibroblastů.
  • lymfocyty, eosinofilní granulocyty, basofilní granulocyty, thrombocyty, erytrocyty (endotelie, fibroblasty).

Další Buňky Zánětlivého Infiltrátu

• lymfocyty – objevují se nejpozději (ale např. při zánětech virové etiologie a někdy i bakteriální etiologie i v počátečních fázích!). Kromě lymfocytů z periferní krve se na zánětu podílejí i lymfocyty z regionálních uzlin. Diferencují se v T-lymfocyty a B-lymfocyty, jejichž konečným efektorem jsou plasmocyty produkující imunoglobuliny. Vyskytují se hlavně u chronických zánětů perivaskulárně a jejich cytoplazma je vyplněna eosinofilními Russelovými tělísky (odpovídají nahromadění imunoglobulinů v cisternách GER). Histiocyty, lymfocyty a plasmocyty tvoří dohromady tzv. kulatobuněčný (mononukleární, lymfoplasmocytární) infiltrát.
• eosinofilní granulocyty – v exsudátu se objevují dosti pozdě a jejich hlavními funkcemi jsou fagocytóza imunokomplexů a účast při alergických reakcích a parazitárních onemocněních.
• basofilní granulocyty, heparinocyty (mastocyty, žírné buňky) – slouží jako zdroj heparinu a především histaminu a serotoninu (časné mediátory zánětu, působící vazodilataci a zvýšení permeability kapilár);
• trombocyty, erytrocyty, endotelie, fibroblasty.

Marginace (Pavimentace) a Exocytóza

• Marginace (pavimentace) leukocytů = hromadění bílých krvinek na stěně kapilár
• následně – transmigrace (diapedeze) skrze endotel, a následně – migrace leukocytů k místu poškození tkáně v důsledku účinku chemotaktických faktorů.
• Exocytóza je proces, kterým buňky uvolňují (nebo vyvrhují) větší molekuly či struktury (obecně látky, které nejsou schopny samostatného prostupu přes plazmatickou membránu) do svého okolí. K samotnému výdeji dochází při splynutí membránového transportního váčku (exosomu) s povrchovou membránou.
• Endocytóza je pochodem opačného směru, tvoří dohromady systém buněčného vezikulárního transportu.

Buňky Zánětu - Shrnutí

Proliferace

• Změny charakterizované zmnožením vaziva (proliferace) a vznikem nové vazivové tkáně (fibroprodukce), jsou projevem reparace (tedy proliferativní změny jsou tím větší, čím větší je alterativní složka!).
• Základní formou reparace je tvorba nespecifické granulační tkáně se vznikem jizvy – v řídké mezibuněčné hmotě s malým množstvím vláken fibrinu nebo kolagenu a velkým množstvím krevních kapilár (endotelu) se množí fibroblasty, šplhají podél fibrinových vláken a vyzrávají ve fibrocyty produkující kolagen, „pučením“ kapilár vznikají kapiláry nové (angiogeneze). V dalším průběhu granulační tkáň bledne, stává se tužší a pevnější, ubývá cév, přibývá kolagenních vláken, snižuje se buněčnost (fibroblasty mizí mění se na fibrocyty, které postupně zanikají). Výsledkem je vznik jizvy (cicatrix).
• Podobné změny probíhají při organizaci fibrin obsahujících hmot, např. v hematomu nebo trombu a při hojení ran.

Další Formy Produktivních Změn

• Jinou formu produktivních změn představují chronické záněty bez tvorby granulační tkáně, při kterých se v zánětlivém ložisku nacházejí zejména makrofágy a lymfocyty, především makrofágy pak produkují látky vyvolávající rovněž přímou proliferaci fibroblastů (fibrózu) – tento mechanismus se uplatňuje např. u jaterní cirhózy a plicní fibrózy.
• Zvláštní formou produktivních změn je tvorba „specifické“ granulační tkáně v podobě epiteloidních granulomů, jež jsou tvořeny modifikovanými makrofágy (epiteloidní a Langhansovy buňky) a na rozdíl od nespecifické granulační tkáně je bezcévná.

Fyziologie Hojení Ran, Nekróz a Organizace Trombů

• Koagulace a zánět (den 0-5)
  • Vytváří se nejprve destičkový trombus podmíněný adhezí a agregací trombocytů, který je záhy stabilizován sítí z polymerizovaného fibrinu. Zánětlivá reakce je podmíněna působením vasoaktivních substancí (serotonin, histamin, kininy), které působí zpočátku vasokonstrikci, kdy následně nato vlivem vznikající tkáňové hypoxie dochází k vasodilataci. V největším počtu do tkáně vstupují neutrofily a monocyty, které se aktivují na tkáňové makrofágy. Během 48-96 hodin po vzniku zranění se zvyšuje množství makrofágů v reparované tkáni. indukují buněčnou migraci a proliferaci a produkci extracelulární matrix. Dále produkují angiogenetické faktory a komponenty komplementu.
• Proliferační fáze (den 3-14)
  • Fibroplazie a ukládání matrix. Přibližně od 3. dne dochází k migraci fibroblastů do rány. Vrchol je dosažen kolem 7. dne. Angiogeneze – neovaskularizace. Novotvorba cév probíhá paralelně s fibroplazií. Kolem 2.-3. dne začnou migrovat endotelie ze stěn rány a nejbližších venul, patrná začne být kolem 4. dne.
• Epitelizace (v případě povrchových ran).
• Vyzrávací fáze (den 7 až 1 rok)
  • fibroblasty se mění na fibrocyty, produkce kolagenu a jiné mezibuněčné hmoty, úbytek buněk.

Imunitní Děje

• Nespecifická (vrozená) imunita:
  • fagocytóza – fagocyty (neutrofilní g., eosinofilní g., makrofágy);
  • osmotická lýza zprostředkovaná komplementem;
  • nespecifická cytotoxická reakce – NK-buňky.
• Specifická (získaná) imunita:
  • produkce protilátek (B-lymfocyty, plasmocyty)
  • buněčně zprostředkovaná cytotoxicita (T-lymfocyty)
  • potlačení imunitní odpovědi – imunitní tolerance.

Fas Receptor (CD95, APO-1, TNFRSF6, Fas antigen)

• transmembránový protein typu I z rodiny TNF receptorů (TNF - tumor nekrotizující faktor).
• Je exprimován na povrchu mnoha buněčných typů (zejména buněk thymu, aktivovaných T lymfocytů, hepatocytů a srdce). Lymfomy T a B buněčného původu exprimují Fas konstitutivně ve velkém množství.
• Navázáním Fas ligandu (FasL, CD95L, CD178) spouští buněčnou smrt zvanou apoptóza, proto se mu také říká receptor smrti.
• Interakci Fas receptor-Fas ligand využívají cytotoxické T lymfocyty a NK buňky k zabíjení nežádoucích buněk. Fas je velmi důležitý pro periferní imunitní toleranci. Prostřednictvím Fas proteinů imunitní systém eliminuje již nepotřebné aktivované lymfocyty a autoreaktivní lymfocyty.

PD-1/PD-L1 „Checkpoint Pathway“

• Nositelé Nobelovy ceny za fyziologii nebo lékařství za rok 2018 James P. Allison a Tasuku Honjo.
• Cenu, která zahrnuje odměnu ve výši devíti milionů švédských korun (22,4 milionů českých korun), získali oba vědci za objev léčby rakoviny inhibicí „negativní imunitní regulace“ . To znamená, že nalezli způsob, jak donutit lidský imunitní systém, aby útočil na rakovinné buňky.

Mechanismus Účinku PD-1/PD-L1

• Za normálního stavu zajišťuje tkáňovou homeostázu a likvidaci cizích agens včetně potenciálních nádorových buněk imunitní systém. Děje se tak v několika postupných krocích:
  • 1) Nádorové buňky produkují mutované (nádorové) antigeny, které jsou vychytávány dendritickými buňkami
  • 2) Dendritické buňky instruují T lymfocyty o povaze antigenů a stimulují aktivaci cytotoxických T lymfocytů
  • 3) Cytotoxické T lymfocyty infiltrují nádorové mikroprostředí
  • 4) Aktivované T lymfocyty rozeznávají nádorové buňky a váží se k jejich povrchu
  • 5) Tyto tzv. efektorové T buňky uvolňují cytotoxiny, které indukují apoptózu cílových nádorových buněk
• Umírající nádorové buňky uvolňují další „tumor-associated" antigeny, které zesilují imunitní odezvu proti nádorovým buňkám

Funkce PD-1/PD-L1 Pathway

• PD-1 (programmed cell death – 1) receptor (také známý jako CD279) je exprimován na površích aktivovaných T buněk. Jeho ligandy jsou PD-L1 (B7-H1; CD274) a PD-L2 (B7-DC; CD273), které jsou obecně exprimovány na površích dendritických buněk a makrofágů. PD1 a PD-L1/PD-L2 patří do rodiny tzv. „immune checkpoint“ proteinů, které působí jako inhibitory T buňkami zprostředkované imunitní odezvy.
• Interakce PD1/PD-L1 zajišťuje, aby imunitní systém byl aktivován pouze po určitou dobu, aby se tím minimalizovala možnost vývoje chronického autoimunitního zánětu.

Využití PD-1/PD-L1 Nádorovými Buňkami

• Když se PD-L1 naváže na PD-1, dojde k přenosu inhibičního signálu na T buňky, které tím omezí produkci cytokinů a potlačí tím vývoj supresorických T buněk. Nádorové buňky využijí tuto imunitní kontrolní dráhu k tomu, aby unikly detekci a vyhnuly se eliminaci prostřednictvím imunitních mechanismů. PD-L1 je často exprimován na povrchu nádorových buněk nebo buněk tvořících nádorové mikroprostředí. PD-L1 nádorových buněk se pak může navázat k receptoru PD-1 na aktivovaných T lymfocytech, a tím inhibovat specificky instruované cytotoxické T lymfocyty. Tyto deaktivované T buňky však zůstávají v nádorovém mikroprostředí.
• Dráha PD1/PD-L1 reprezentuje vrozený mechanismus rezistence na nadměrnou imunitní odezvu, který však může také fungovat jako obrana nádorových buněk vůči endogenní protinádorové aktivitě imunitních buněk.

Systémové Projevy Zánětu

• Leukocytóza je zvýšení koncentrace leukocytů v krvi nad 10 000. Je dána zvýšenou produkcí a emigrací leukocytů do krve, demarginací a zvýšenou rychlostí přestupu z tkání.
• V játrech je cytokiny stimulována tvorba proteinů latentní fáze, ty mají rozličné funkce – neutralizují zánětlivé agens, minimalizují poškození tkáně, pomáhají při reparaci a regeneraci tkáně. Patří mezi ně například CRP, α1-antitrypsin nebo fibrinogen.
• Horečka je způsobena stimulací hypotalamického centra termoregulace cytokiny (TNF, IL-1, IL-6). Dochází k aktivaci tkáňového metabolismu. To vede k expresi HSP (Heat Shock Proteins, chaperonů). Tyto proteiny se aktivují při zvýšené teplotě, nebo při vystavení stresu, váží se na nově syntetizované proteiny a umožňují uspořádání jejich konfigurace nebo spojení s jejich kompartmenty.
• Produkce glukokortikoidů - uplatňují se v regulaci akutního zánětu a působí jako antiflogistika (regulační negativní zpětná vazba).

Dělení Zánětů a Následky

• Zánět alterativní – (od dystrofií k nekróze)
• Záněty proliferativní (reparativní) – (zhojení ad integrum, nebo fibroprodukce, chronicita)
• Záněty povrchové exsudativní (serózních blan – serózní, fibrinózní, hnisavý, hnilobný) nebo sliznic (serózní / katarální, katarálně hnisavý, ulcerózní, fibrinózní, hnilobný)
• Záněty intersticiální exsudativní – (flegmóna, absces, gangréna)
• Záněty granulomatózní – viz jiná přednáška

Zánět Intersticiální Exsudativní

• Nehnisavý (např. virové etiologie)
• Hnisavý (ohraničený, neohraničený)
  • Absces (ohraničený intersticiální zánět)
    • Absces je dutina vyplněná hnisem, ohraničená forma (akutní, chronický – ohraničený pyogenní membránou).
  • Flegmóna (neohraničený intersticiální zánět)
    • Flegmóna je neohraničená forma zánětu, tendence k hojení je mizivá.
• Fibrinózní
  • Fibrinózní intersticiální zánět
    • Ložiska jsou mikroskopická (revmatická horečka, polyarteritis nodosa, LE). Hojí se drobnými jizvami.
• Gangrenózní
  • Gangréna
    • Hnilobná, šedozelená, páchnoucí a rozpadající se tkáň (jedna z forem zánětu apendixu, komplikace aspirační pneumonie atd.)

Zánět Povrchový Exsudativní

• Exsudativní povrchový zánět má nejvíc vyjádřenou exsudaci a vyskytuje se na seróze nebo sliznici.
  • 1 Serózní / serofibrinózní
  • 2 Hnisavý
  • 3 Fibrinózní
  • 4 Gangrenózní (modifikovaný hnilobou nebo vysycháním)
  • 5 Hemoragický

Typy Povrchového Exsudativního Zánětu

• Serózní exsudát – čirá, slámově žlutá, řídká tekutina. Příklady: herpes, katarální bronchopneumonie. Hojení: úbytek exudace, případně reepitelizace.
• Hnisavý exsudát – vazká, hustá tekutina, bíložlutá, žlutozelená, modrá (infekce pseudomonádou), červená (příměs krve). Příklady: akutní katarálně hnisavá bronchopneumonie, hnisavá angína, hnisavá apendicitida, hnisavá pleuritida (empyém), hnisavá sinusitida, hnisavá peritonitida. Hojení: úbytek exsudace, případně reepitelizace.
• Fibrinózní exsudát – bílý až světle žlutý, vločky nebo tuhá hmota.
  • Pablánový zánět – pablána – tuhá, ostře ohraničená, bíložlutá, různě pevně lne. Tvoří ji fibrin a nekrotická sliznice. Podle hloubky nekrózy dělíme zánět:
    • 1) Krupózní – málo nekrózy, hodně fibrinu, pablána lze lehce sloupnout, spodina nekrvácí, hojí se reepitelizací. Příkladem je mononukleózová angína.
    • 2) Difterický – stejně fibrinu jako nekrózy, pablána lne pevně. Příkladem je záškrt, bacilární dyzenterie. Hojí se stejně jako předchozí.
    • 3) Příškvarový – hodně nekrózy, málo fibrinu, hojí se granulační tkání a jizvou. Příkladem jsou popáleniny, poleptání.
  • Fibrinózní zánět na seróze – makro „nálety fibrinu“ – tuhé, lepkavé, bíložluté.
• Hniloba - ischémie, šedozelená, páchnoucí, rozpadající se tkáň.

Zánět Granulomatózní

• Zánět granulomatózní je chronický zánět, při kterém se tvoří granulomy (granulum = zrníčko), tvořené specifickou granulační tkání. Obvykle je granulom reakcí na něco, co makrofágy nedokážou odstranit (cizí materiál, baktérie, parazité, houby, …). T-lymfocyty stimulují makrofágy k proměně v epiteloidní a obrovské mnohojaderné buňky (Langhansovy buňky). Velikost je od několika mm až k několika cm. Barva bílošedá (neobsahuje cévy). Konzistence tuhá. U některých v centru nekróza, u Tbc kaseózní.
• Příklady: Tbc (Mycobacterium tuberculosis); Syfilis (Treponema pallidum); Lepra (Mycobacterium leprae); Reakce na cizí tělesa (stehy); Silikóza (křemík); Bilharzióza (Bilharzie – parazit v moč. měchýři); Sarkoidóza; Crohnova nemoc …..
• Granulomatózní a specifický je téměř to samé (u některých tzv. specifických zánětů však existuje specifický typ imunitní odezvy – opožděný typ buňkami zprostředkované imunitní reakce).