Reakcia organizmu na poškodenie

Transcript

1 Regulované zvýšenie telesnej teploty a patofyziológia bolesti 7 Reakcia organizmu na poškodenie I. Hulín, R. Uhliar, V. Štvrtinová, M. Ferenčík Trauma, nekróza tkaniva, mikróbna alebo vírusová infekcia a akútna exacerbácia zápalových chorôb indukujú sériu nešpecifických zmien v organizme horúčku, leukocytózu, katabolizmussvalových proteínov, zvýšenú produkciu proteínov akútnej fázy v pečeni, zvýšenú sedimentáciu erytrocytov. Cieľom týchto zmien je zabrániť ďalšiemu poškodeniu tkaniva, uľahčiť likvidáciu poškodzujúcich agensov a aktivácia reparačných procesov. Ich zmenené hodnoty sa tradične využívajú ako nešpecifické diagnostické indikátory poškodenia a zápalu. Akútna odpoveď je dynamický homeostatický proces, v ktorom sa angažujú všetky hlavné fyziologické systémy tela, osobitne imunitný, kardiovaskulárny a centrálny nervový systém. Akútna fáza zápalu trvá iba pár dní. Pravda, v prípadoch chronických alebo recidivujúcich zápalových odpovedí môže aberantné pokračovanie niektorých dejov akútnej odpovede prispievať ku tkanivovému poškodeniu spojenému s chorobou a môže viesť aj k ďalším komplikáciám, napr. niektorým kardiovaskulárnym chorobám alebo chorobám z depozície niektorých proteínov, ako je reaktívna amyloidóza. Medzi systémovými nešpecifickými reakciami sa najmä dve považujú za typické pre akútny zápal. Prvá z nich pôsobí prostredníctvom zmeny nastavenia termoregulačného centra v hypotalame, čo vedie k febrilnej odpovedi, horúčke. Táto sa pokladá za primárne protektívny mechanizmus. Pri druhej sa mení metabolizmus a regulácia transkripcie niektorých génov v pečeni. Za normálnych fyziologických podmienok pečeň syntetizuje súbor plazmových proteínov v ustálených koncentráciách. Mnohé z nich majú dôležité funkcie a počasakútnej fázy je potrebné zvýšiť ich hladiny v krvnej plazme. To sú reaktanty alebo proteíny akútnej fázy.

2 8 Reakcia organizmu na poškodenie Proteíny akútnej fázy Proteíny akútnej fázy (APPs acute phase proteins) alebo reaktanty akútnej fázy (APRs acute phase reactants) sa syntetizujú najmä v hepatocytoch, ale niektoré z nich môžu produkovať aj iné bunky, ako sú monocyty, endotelové bunky, fibroblasty a adipocyty. Koncentrácia väčšiny APRs v sére sa počas akútnej fázy zvyšuje o 50 % alebo až niekoľkonásobne nad normálne hladiny. Výnimkou sú hlavné APPs, ktorých koncentrácia sa zvyšuje až 1000-násobne. Do tejto skupiny patrí sérový amyloid A (SAA) a u človeka najmä C-reaktívny proteín (CRP). Tie APRs, ktorých koncentrácia v sére sa počasakútnej fázy zvyšuje, sa označujú ako pozitívne reaktanty akútnej fázy. Druhú skupinu tvoria negatívne APRs, lebo ich sérová koncentrácia sa počas akútnej fázy naopak znižuje. Prehľad pozitívnych a negatívnych APRsje v tabuľke 1. Proteíny akútnej fázy majú množstvo aktivít, ktorými prispievajú k obrane hostiteľa: môžu priamo neutralizovať zápalové agensy, pomáhajú minimalizovať rozsah miestneho tkanivového poškodenia, zúčastňujú sa na reparácii a regenerácii poraneného tkaniva. Typickými v tomto smere sú zložky a iné súčasti komplementového systému, ktorý po aktivácii zabezpečuje miestnu akumuláciu neutrofilov, makrofágov a plazmových proteínov. Tieto sa zúčastňujú na usmrcovaní infekčných agensov, likvidácii poškodených súčastí cudzích a vlastných buniek hostiteľa a na oprave poškodeného tkaniva. Pri hojení rán majú významnú úlohu aj proteíny hemokoagulačnej kaskády, osobitne fibrinogén. Proteázové inhibítory (antiproteázy) za fyziologických podmienok regulujú dôležité homeostázové procesy, ako je aktivácia komplementového a kinínového systému, metabolizmus extracelulárneho matrixu a hemokoagulácia a fibrinolýza. Ich úloha sa stáva kritickou pri poškodení tkaniva, pretože nasledujúca akútna zápalová reakcia aktivuje mnohé plazmové proteázy a vyvoláva uvoľnenie účinných proteolytických enzýmov z fagocytujúcich buniek. Rovnováha medzi týmito proteázami a antiproteázami, ako aj jej zmeny majú rozhodujúci význam nielen pri regulácii zápalovej odpovede, ale aj pri vývine možného poškodenia okolitého tkaniva. Zvýšené plazmové hladiny niektorých proteínov viažucich kovy bránia strate železa počas infekcie a poranenia, minimalizujú hladinu hemového železa, ktoré by mohli využiť invadujúce baktérie, a pôsobia

3 Regulované zvýšenie telesnej teploty a patofyziológia bolesti 9 Skupina Pozitívne APRs Hlavné APRs Komplementové proteíny Hemokoagulačné proteíny Proteinázové inhibítory Proteíny viažuce kov Iné proteíny Jednotlivé proteíny C-reaktívny proteín, Sérový amyloid A, zložka sérového amyloidu P C2, C3, C4, C5, C9, B, C1 inhibítor, C4b väzbový proteín Fibrinogén, von Willebrandov faktor α 1-antitrypsín, α 1-antichymotrypsín, α 2-antiplazmín, heparínový kofaktor II, inhibítor plazminogénového aktivátora I Haptoglobín, hemopexín, ceruloplazmín, superoxiddismutáza obsahujúca mangán α 1-kyslý glykoproteín, hemová oxygenáza, proteín viažuci manózu, leukocytový proteín I, lipoproteín (a), proteín viažuci lipopolysacharid Negatívne APRs Albumín, pre-albumín, transferín, apo AI, apo AII, α 2-HS glykoproteín, inter-α-trypsínový inhibítor, glykoproteín bohatý na histidín Tabuľka 1: Reaktanty akútnej fázy (APRs) ako odpratávače ( scavengers ) potenciálne toxických voľných radikálov odvodených od kyslíka. Hlavné reaktanty akútnej fázy u cicavcov sú: sérový amyloid A (SAA) a buď C-reaktívny proteín (CRP) alebo zložka sérového amyloidu P (SAP). CRP a SAP sú pentraxíny, proteíny scharakteristickou pentamérovou organizáciou identických subjednotiek do jednoduchého alebo dvojitého päťčlenného kruhového disku. Koncentrácia CRP sa z pôvodnej hodnoty zvyšuje až 1000-násobne v závislosti od intenzity zápalovej re-

4 10 Reakcia organizmu na poškodenie akcie, ale hladina SAP ostáva konštantná (približne 30 mg l 1 ). Termín C-reaktívny proteín pôvodne pochádza od jeho schopnosti viazať C-polysacharid pneumokokov, pravda odvtedy sa ukázalo, že CRP má aj množstvo iných väzbových špecifickostí závislých od Ca 2+ a biologické aktivity súvisiace s nešpecifickou obranou hostiteľa, ale tento pôvodný názov mu už zostal. Pôsobí ako opsonín pre baktérie, parazity a imunokomplexy a môže aktivovať komplement klasickou cestou. Pomocou iónov Ca 2+ sa CRP viaže na mnohé polysacharidy baktériových stien, na fosfolipidy membrán eukaryotických buniek a na niektoré súčasti bunkových jadier. Tým sa výrazne podieľa na odstraňovaní bunkového odpadu uvoľňujúceho sa z nekrotizujúceho tkaniva počas zápalu. Zúčastňuje sa na reparačných procesoch. Je schopný aktivovať niektoré zápalové mediátory, ako napr. PAF. Normálna koncentrácia CRP vkrvnej plazme je asi 1 až 5 mg l 1 a môže sa zvýšiť až 1000-násobne v závislosti od intenzity akútnej zápalovej reakcie. Zvýšenie sa pozoruje už asi o 6 hodín od akútneho stimulu, ktorým môže byť aj chirurgický zákrok, popálenina alebo infarkt myokardu. Vrchol zvýšenia je asi o 50 h. Ak pôsobenie zápalového stimulu prestane alebo pri efektívnej liečbe, môže sa zvýšená hladina CRP asi za 20 h znížiť na polovicu. Zvýšenie hladiny CRP je nešpecifickým znakom prebiehajúceho zápalu. Jeho diagnostická hodnota sa uplatňuje najmä v tých prípadoch, keď počet neutrofilov ani sedimentácia erytrocytov nie sú jednoznačne zvýšené. Individuálne zmeny hladiny CRP sú dôležité aj pri sledovaní úspešnosti liečby. Pri baktériových infekciách sa pozorujú vysoké hladiny CRP. Nižšie hladiny bývajú pri tuberkulóze a vírusovej meningitíde, ako aj pri niektorých iných vírusových infekciách. Pri infekcii cytomegalovírusom alebo vírusom herpes simplex však hladiny CRP sú vysoké. Zvýšené hodnoty CRP sa zisťujú aj v sére pacientov s leukémiou, lymfómami a inými malignitami, u pacientov saids, pacientov liečených cytotoxickými liečivami, kortikosteroidmi alebo ožarovaním. Meranie hladiny CRP sa môže využiť ako marker na monitorovanie nielen protizápalovej liečby, ale aj imunosupresívnej, cytotoxickej a kortikosteroidnej liečby. Pri miernej infekcii hladina CRP v sére sa zvýši na mg l 1,pri ťažkých baktériových infekciách sa zvyšuje na 300 mg l 1 aj vyššie. Pri transplantácii orgánov by sa hladina CRP mala sledovať bezprostredne od obdobia výkonu. Ak sa CRP výraznejšie nezvýši, je to dobrým prognostickým znakom. Na druhej strane jeho zvýšenie môže

5 Regulované zvýšenie telesnej teploty a patofyziológia bolesti 11 poukazovať na včasnú rejekciu transplantátu. Dlhodobé zvýšenie môže zase signalizovať chronickú rejekciu. Nekrózu tkaniva sprevádza výrazné zvýšenie hladiny CRP. Nekróza pri akútnom infarkte myokardu sa prejaví maximálnym zvýšením za 50 h od objavenia sa bolesti. Hladina CRP koreluje s kreatínkinázou MB. Pri nestabilnej angina pectoris s normálnou hladinou CRP sa vystačí s konzervatívnou liečbou. Ak je však hladina CRP zvýšená, je urgentná angioplastika alebo vytvorenie bypassu nevyhnutné. Pri viacerých chorobách, ako je napr. systémový lupus erythematosus, systémová skleróza, dermatomyozitída, ulcerózna kolitída, sa hladina CRP nezvyšuje buď vôbec alebo len minimálne. Sérový amyloid A (SAA) je spoločný názov pre rodinu polymorfných proteínov kódovaných viacerými génmi u mnohých druhov cicavcov. U človeka je známych najmenej šesť izoforiem, z ktorých izoformy SAA1 a SAA2 sa správajú ako proteíny akútnej fázy. Koncentrácia SAA vsére za fyziologických podmienok je asi 2 3 mg l 1 a po zápalovom stimule sa môže zvýšiť, podobne ako CRP, až tisícnásobne. Funkčne SAAs sú malé apolipoproteíny, ktoré sa počasakútnej fázy zápalovej odpovede rýchlo spájajú streťou frakciou lipoproteínov s vysokou hustotou ( high-density lipoprotein HDL3), v molekulách ktorých sa potom stávajú dominantným apolipoproteínom. SAA zvyšuje počas zápalu väzbu HDL3 na makrofágy a súčasne znižuje schopnosť HDL3 viazať sa na hepatocyty. To naznačuje, že SAA môže meniť priestorovú štruktúru HDL3 a pôsobiť tak ako signál, ktorý presmerováva jeho väzbu z hepatocytov na makrofágy a tieto potom môžu pohlcovať cholesterol a zvyšky lipidových štruktúr v mieste nekrózy. Nadbytok cholesterolu by sa tak mohol prerozdeliť za účelom jeho využitia pri oprave tkaniva alebo vylúčiť z organizmu. Medzi ďalšie ochranné úlohy SAA patrí inhibícia aktivácie trombocytov indukovanej trombínom a inhibícia respiračného vzplanutia neutrofilov, čo by mohlo prispievať k prevencii oxidačnej deštrukcie tkaniva. SAA tiež zamedzuje vzniku horúčky vyvolanej endogénnymi pyrogénmi, a to pravdepodobne následkom inhibície PGE 2 v hypotalamových neurónoch. Perzistencia komplexu SAA-HDL3 pri pretrvávajúcej vysokej koncentrácii SAA znamená zvýšené riziko pre vznik kardiovaskulárnych chorôb. Lipoproteíny HDL sú hlavnými prenášačmi cholesterolu, pričom náhrada apoa-i za SAA v HDL modifikuje reverzný transport

6 12 Reakcia organizmu na poškodenie cholesterolu z buniek a tkanív do pečene. Počas zápalu sa zvyčajne znižujú lipoproteíny frakcie HDL a jej modifikácia navyše k tomu znamená čiastočnú stratu funkcie a zvýšený katabolizmus. To pri chronických zápaloch môže viesť k zvýšenému ukladaniu cholesterolu v cievach a k vzniku kardiovaskulárnych chorôb. Tieto mechanizmy vysvetľujú na molekulovej úrovni zvýšenú mortalitu pacientov sreumatoidnou artritídou so systémovými prejavmi na kardiovaskulárne komplikácie. SAA a SAP sú typickými príkladmi plazmových proteínov, ktoré sú pravdepodobne prospešné pri prechodnej akútnej zápalovej odpovedi, ale ktoré majú škodlivé účinky pri chronickom zápale. Ich účas ť s a predpokladá pri mnohých patofyziologických stavoch. Sekundárna alebo reaktívna amyloidóza býva dôsledkom rozličných chronických a recidivujúcich chorôb, napr. lepry, tuberkulózy, SLE a reumatoidnej artritídy. Charakterizuje ju extracelulárne ukladanie nerozpustných proteínových vláken v mnohých tkanivách, vrátane sleziny, pečene, obličiek a lymfatických uzlín, vedúce v konečnom dôsledku k smrti. Depozity obsahujú pri sekundárnej amyloidóze najmä amyloid A (85 90 %) pravdepodobne proteolyticky odštiepený z prekurzora SAA. Zložka amyloidu P (AP) odvodená od SAP sa tiež nachádza v sekundárnych amyloidových plakoch (10 15 %), ale aj v iných formách amyloidových depozitov vrátane tých, ktoré sú prítomné pri Alzheimerovej chorobe. Zistilo sa, že AP môže pôsobiť aj ako inhibítor elastázy, čo naznačuje, že úlohou SAP v amyloidových depozitoch je chrániť tieto nerozpustné vlákenká pred degradáciou proteolytickými enzýmami. Okrem tohto typu amyloidózy, pri ktorom sa zisťujú amyloidové fibroproteíny AA neimunoglobulínovej povahy, existuje druhá skupina amyloidóz označovaná ako AL (amyloid light), lebo depozity pri nej obsahujú ľahké reťazce imunoglobulínov alebo ich fragmenty. Amyloidóza AL často vzniká pri viacnásobnom myelóme alebo Waldenströmovej makroglobulinémii a zvyčajne postihuje srdce, tráviace a respiračné ústrojenstvo, periférne nervy a jazyk. Príčinou amyloidóz okrem zápalových a nádorových procesov môžu byť aj genetické faktory, osobitne v spojení so starnutím organizmu. Syntézu APPs regulujú zápalové mediátory, z ktorých niektoré cytokíny a hormóny pôsobia ako špecifické regulátory transkripcie ľudských APRs (obr. 1). Medzi takéto regulačné faktory so stimulačným účinkom patria: TNF, IL-1, IL-6, IL-11, IFN-γ, LIF (leukemický inhibičný faktor), OSM (onkostatín M), CNTF (ciliárny neurotropný fak-

7 Regulované zvýšenie telesnej teploty a patofyziológia bolesti 13 Obrázok 1: Zápalové mediátory, ktoré regulujú syntézu reaktantov akútnej fázy v pečeni človeka tor), TGF-β a glukokortikoidy. Nedávno sa zistilo, že ako inhibítor indukcie tvorby niektorých APPsvyvolanej cytokínmi pôsobí inzulín a kyselina okadaová. Odpovede génov kódujúcich jednotlivé APRs na pôsobenie uvedených cytokínov sú veľmi heterogénne. Dôležitou črtou odpovede akútnej fázy je, že IL-1 a TNF prostredníctvom osi hypotalamus hypofýza nadobličky stimulujú syntézu glukokortikoidov. Tieto potom zvyšujú indukciu syntézy APPs v pečeni vyvolanú IL-1 a TNF. Na druhej strane však glukokortikoidy inhibujú syntézu IL-1 a TNF v makrofágoch, čím vytvárajú známy mechanizmusspätnej väzby medzi centrálnym nervovým a imunitným systémom, výsledkom ktorého je utlmenie de novo syntézy cytokínov. Je treba zdôrazniť, že v prevažnej väčšine prípadov zvýšenie (alebo pri negatívnych APRszníženie) biosyntézy reaktantov akútnej fázy sa uskutočňuje formou zvýšenej (alebo zníženej) transkripcie príslušných génov. Okrem zvýšenia hladín proteínov akútnej fázy nepriamym ukazovateľom zápalu je aj rýchlosť sedimentácie erytrocytov(fw), ktorá priamo závisí od stupňa ich agregovateľnosti a tento je zase závislý najmä od koncentrácie fibrinogénu. Normálne erytrocyty sedimentujú pomaly, ale v agregovanom stave sa rýchlosť ich sedimentácie zvyšuje. Agregáciu erytrocytov ovplyvňujú aj iné faktory, ako je ich tvar, ob-

8 14 Reakcia organizmu na poškodenie jem, deformovateľnosť, hustota, pohlavie (ženy majú zvyčajne vyššie hodnoty ako muži), vek a rôzne patologické stavy. Rýchlosť sedimentácie zvyšujú niektoré antikoagulanciá (napr. heparín), kým dlhšie skladovanie krvnej vzorky ju naopak neprimerane znižuje. Namiesto sedimentácie erytrocytov sa používa aj meranie viskozity plazmy. Zmeny v sedimentácii erytrocytov sú pomalé a trvajú niekoľko dní až týždňov. Príčinou je dlhý biologický polčasexistencie proteínov, ktoré vyvolávajú zvýšenú sedimentáciu erytrocytov. Preto CRP odráža zmeny v organizme podstatne rýchlejšie a presnejšie.