ΙΩΑΝΝΗΣ ΚΛΑΓΚΑΣ. Χημικός, MSc ΔΙΔΑΚΤΟΡΙΚΗ ΔΙΑΤΡΙΒΗ ΥΠΟΒΛΗΘΗΚΕ ΣΤΗΝ ΙΑΤΡΙΚΗ ΣΧΟΛΗ ΤΟΥ ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟΥ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟΥ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ

Transcript

1 ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΙΑΤΡΙΚΗ ΣΧΟΛΗ ΤΟΜΕΑΣ ΦΥΣΙΟΛΟΓΙΑΣ ΦΑΡΜΑΚΟΛΟΓΙΑΣ B ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΦΑΡΜΑΚΟΛΟΓΙΑΣ ΔΙΕΥΘΥΝΤΗΣ: ΚΑΘΗΓΗΤΗΣ ΓΙΩΡΓΟΣ ΚΑΡΑΚΙΟΥΛΑΚΗΣ ΠΑΝΕΠ. ΕΤΟΣ ΑΡΙΘΜ Η ΕΠΙΔΡΑΣΗ ΤΩΝ β 2 -ΑΔΡΕΝΕΡΓΙΚΩΝ ΑΓΩΝΙΣΤΩΝ ΚΑΙ ΤΩΝ ΚΟΡΤΙΚΟΣΤΕΡΟΕΙΔΩΝ ΣΤΑ ΕΠΙΠΕΔΑ ΓΛΥΚΟΖΑΜΙΝΟΓΛΥΚΑΝΩΝ, ΠΡΩΤΕΟΓΛΥΚΑΝΩΝ ΚΑΙ ΜΕΤΑΛΛΟΠΡΩΤΕΑΣΩΝ ΤΟΥ ΣΥΝΔΕΤΙΚΟΥ ΙΣΤΟΥ, ΣΕ ΠΡΩΤΟΓΕΝΕΙΣ ΚΑΛΛΙΕΡΓΕΙΕΣ ΚΥΤΤΑΡΩΝ ΑΠΟ ΠΝΕΥΜΟΝΕΣ ΑΝΘΡΩΠΟΥ ΙΩΑΝΝΗΣ ΚΛΑΓΚΑΣ Χημικός, MSc ΔΙΔΑΚΤΟΡΙΚΗ ΔΙΑΤΡΙΒΗ ΥΠΟΒΛΗΘΗΚΕ ΣΤΗΝ ΙΑΤΡΙΚΗ ΣΧΟΛΗ ΤΟΥ ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟΥ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟΥ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ Θεσσαλονίκη 2009

2 Η ΤΡΙΜΕΛΗΣ ΣΥΜΒΟΥΛΕΥΤΙΚΗ ΕΠΙΤΡΟΠΗ ΕΛΕΝΗ ΠΑΠΑΚΩΝΣΤΑΝΤΙΝΟΥ, ΕΠΙΚΟΥΡΗ ΚΑΘΗΓΗΤΡΙΑ (ΕΠΙΒΛΕΠΟΥΣΑ) ΓΙΩΡΓΟΣ ΚΑΡΑΚΙΟΥΛΑΚΗΣ, ΚΑΘΗΓΗΤΗΣ ΒΑΣΙΛΙΚΗ ΜΗΡΤΣΟΥ ΦΙΔΑΝΗ, ΚΑΘΗΓΗΤΡΙΑ Η ΕΠΤΑΜΕΛΗΣ ΕΞΕΤΑΣΤΙΚΗ ΕΠΙΤΡΟΠΗ ΑΝΤΩΝΗΣ ΓΟΥΛΑΣ, ΕΠΙΚΟΥΡΟΣ ΚΑΘΗΓΗΤΗΣ ΓΙΩΡΓΟΣ ΚΑΡΑΚΙΟΥΛΑΚΗΣ, ΚΑΘΗΓΗΤΗΣ ΚΟΚΚΑΣ ΒΑΣΙΛΕΙΟΣ, ΚΑΘΗΓΗΤΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ ΚΟΝΤΑΚΙΩΤΗΣ, ΕΠΙΚΟΥΡΟΣ ΚΑΘΗΓΗΤΗΣ ΒΑΣΙΛΙΚΗ ΜΗΡΤΣΟΥ ΦΙΔΑΝΗ, ΚΑΘΗΓΗΤΡΙΑ ΕΛΕΝΗ ΠΑΠΑΚΩΝΣΤΑΝΤΙΝΟΥ, ΕΠΙΚΟΥΡΗ ΚΑΘΗΓΗΤΡΙΑ ΔΕΣΠΟΙΝΑ ΠΑΠΑΚΩΣΤΑ ΚΟΝΤΑΚΙΩΤΗ, ΕΠΙΚΟΥΡΗ ΚΑΘΗΓΗΤΡΙΑ «Η έγκρισις της διδακτορικής διατριβής υπό της Ιατρικής Σχολής του Αριστοτελείου Πανεπιστημίου Θεσσαλονίκης δεν υποδηλοί αποδοχήν των γνωμών του συγγραφέως» Νόμος 5343/32, αρθρ. 202, παρ. 2 και Ν.1268/82.αρθρ. 50, παρ. 8)

3 ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΙΑΤΡΙΚΗ ΣΧΟΛΗ ΠΡΟΕΔΡΟΣ ΤΗΣ ΣΧΟΛΗΣ ΚΑΘΗΓΗΤΗΣ ΝΙΚΟΛΑΟΣ ΝΤΟΜΠΡΟΣ

4

5 Στον Ηράκλειο, που με οδήγησε, στον Ηράκλειο, που προσπαθώ να οδηγήσω. Στο παρελθόν και στο μέλλον.

6 Η παρούσα διατριβή δεν θα μπορούσε να είχε πραγματοποιηθεί εάν δεν είχα την αμέριστη συμπαράσταση και βοήθεια δύο καθηγητών. Της κ. Παπακωνσταντίνου και του κ. Καρακιουλάκη. Θέλω να ευχαριστήσω θερμά την καθηγήτρια Ε. Παπακωνσταντίνου για την υπομονή της, την μεταδοτικότητα της, την ανιδιοτελή της βοήθεια, τις ατέλειωτες και κουραστικές εργαστηριακές και θεωρητικές διδασκαλίες και για την υποστήριξη της τόσο σε επιστημονικό όσο και σε προσωπικό επίπεδο. Ότι και να πω θα είναι λίγο. Ευχαριστώ θερμά την κ. Παπακωνσταντίνου για το σύνολο της προσφοράς της στην διεκπεραίωση αυτής της διατριβής, αν και ξέρω ότι θα πει : «Σιγά τι έκανα, εσύ τα έκανες όλα». Μακάρι όλοι οι καθηγητές να είχαν την αφοσίωση της στην επιστήμη. Φυσικά η πραγματοποίηση αυτής της διατριβής δεν θα είχε επιτευχθεί ποτέ εάν δεν υπήρχε η καθοδήγηση του καθηγητή Γ. Καρακιουλάκη. Η ενθάρρυνση και οι προτεινόμενες λύσεις αποτέλεσαν αναπόσπαστο κομμάτι αυτής της διατριβής. Σε προσωπικό επίπεδο θα ήθελα να ευχαριστήσω την οικογένεια μου και συγκεκριμένα την γυναίκα μου, για την υπομονή και τη συμπαράσταση της. Ακόμα θέλω να ευχαριστήσω την μητέρα μου για τις θυσίες που έκανε.

7 ΠΙΝΑΚΑΣ ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΩΝ ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ...1 ΚΑΤΑΛΟΓΟΣ ΣΥΝΤΜΗΣΕΩΝ...6 ΠΡΟΛΟΓΟΣ...9 ΓΕΝΙΚΟ ΜΕΡΟΣ 11 ΕΙΣΑΓΩΓΗ Ανατομία πνευμόνων Τύποι πνευμονικών κυττάρων Επιθηλιακά κύτταρα Κονιοκύτταρα Λεία μυϊκά κύτταρα των βρόγχων Ινοβλάστες Διάφορα κύτταρα Πνευμονικές παθήσεις Άσθμα Ορισμός Επιδημιολογία Αιτιολογικοί παράγοντες Παθογένεση...21 Σιτευτικά κύτταρα...21 Λεμφοκύτταρα...22 Ηωσινόφιλα Ιστοπαθολογία-δομική αναδιαμόρφωση των αεραγωγών Καταστροφή επιθηλίου Πάχυνση της βασικής μεμβράνης-ίνωση της υποεπιθηλιακής περιοχής Υπερπλασία και υπερτροφία των λείων μυϊκών κυττάρων των βρόγχων Αγγειογένεση και οίδημα αεραγωγών Μεταβολή χόνδρινου χιτώνα Αιτιολογία δομικής αναδιαμόρφωσης των αεραγωγών ΧΑΠ Ορισμός Επιδημιολογία Αιτιολογικοί παράγοντες Παθογένεση Δομική αναδιαμόρφωση αεραγωγών στη ΧΑΠ Δομική αναδιαμόρφωση περιφερειακών αεραγωγών στη ΧΑΠ Δομικές αλλαγές πνευμονικού παρεγχύματος στη ΧΑΠ

8 Αιτιολογία της δομικής αναδιαμόρφωσης των αεραγωγών στη ΧΑΠ Ιστολογικές αλλοιώσεις στο άσθμα και στη ΧΑΠ Σύγκριση χαρακτηριστικών άσθματος και ΧΑΠ Κλινική εικόνα του άσθματος και της ΧΑΠ Κλινική εικόνα στο άσθμα Συμπτώματα Κλινικά ευρήματα Κλινική εξέταση Κλινική εικόνα στη ΧΑΠ Συμπτώματα και κλινικά ευρήματα...32 Α. Απλή χρόνια βρογχίτιδα Β. Λοιμώδης χρόνια βρογχίτιδα Γ. Αποφρακτική χρόνια βρογχίτιδα Εμφυσηματικού τύπου Βρογχιτιδικού τύπου Κλινικά ευρήματα Κλινική εξέταση Θεραπεία άσθματος και ΧΑΠ β 2 -αδρενεργικοί αγωνιστές μακράς διάρκειας δράσης Μηχανισμός δράσης Κλινική εμπειρία από τη χρήση των β 2 - αδρενεργικών αγωνιστών Ανεπιθύμητες ενέργειες Κορτικοστεροειδή Μηχανισμός δράσης Κλινική εμπειρία από τη χρήση των κορτικοστεροειδών Ανεπιθύμητες ενέργειες Συνδυασμός φαρμάκων Αποτέλεσμα δράσης του συνδυασμού των κορτικοστεροειδών και των β 2 -αδρενεργικών αγωνιστών μακράς διάρκειας δράσης, στην δομική αναδιαμόρφωση των αεραγωγών Άλλες κατηγορίες φαρμάκων που χορηγούνται στις πνευμονικές παθήσεις Συνδετικός ιστός Γενικά Ίνες του συνδετικού ιστού Ίνες κολλαγόνου Ελαστικές ίνες Δικτυωτές ίνες Πρωτεΐνες σύνδεσης...42 Ινονεκτίνη Λαμινίνη Θεμέλια ουσία Κύτταρα του συνδετικού ιστού

9 Μόνιμα κύτταρα...43 Ινοβλάστες Μακροφάγα Λιπώδη κύτταρα...43 Αδιαφοροποίητα μεσεγχυματικά κύτταρα...44 Σιτευτικά κύτταρα Κινητά κύτταρα...44 Λεμφοκύτταρα...44 Πλασματοκύτταρα...45 Ουδετερόφιλα...45 Ηωσινόφιλα...45 Βασεόφιλα...45 Μονοκύτταρα Ο συνδετικός ιστός στους πνεύμονες Εξωκυττάριο στρώμα και ενδοκυττάρια δομικά μόρια Γλυκοζαμινογλυκάνες Θειωμένες GAGs Θειικές Χονδροϊτίνες Θειική δερματάνη Ηπαρίνη και θειική ηπαράνη Θειική Κερατάνη Υαλουρονικό οξύ Πρωτεογλυκάνες (PGs) Αγκρεκάνη Βερσικάνη Περλεκάνη Διγλυκάνη Συνδεκάνη Ντεκορίνη Μεταλλοπρωτεάσες του συνδετικού ιστού Κατάταξη MMPs Ο ρόλος των MMPs Παραγωγή και η δραστηριότητα των ΜΜΡs Μεταλλοπρωτεάσες του συνδετικού ιστού στους πνεύμονες...75 ΕΙΔΙΚΟ ΜΕΡΟΣ 77 ΣΚΟΠΟΣ...79 ΥΛΙΚΑ ΚΑΙ ΜΕΘΟΔΟΙ Μέθοδοι Κυτταροκαλλιέργειες Προσομοίωση συνθηκών μη φλεγμονώδους και φλεγμονώδους κατάστασης Επίδραση κορτικοστεροειδών και β 2 -αδρενεργικών αγωνιστών στα λεία μυϊκά κύτταρα Χαρακτηρισμός των κυττάρων

10 5.5. Μέτρηση GAGs με ενσωμάτωση [ 3 Η]γλυκοζαμίνης Απομόνωση, καθαρισμός, κλασματοποίηση και ταυτοποίηση των GAGs από πρωτογενείς καλλιέργειες λείων μυϊκών κυττάρων βρόγχων Συλλογή δειγμάτων Απολιπίδωση των δειγμάτων Ενζυμική διάσπαση πρωτεϊνών Ενζυμική διάσπαση νουκλεϊνικών οξέων β-απόσπαση τελικού αμινοξέος Απομόνωση των ολικών GAGs Ποσοτικός προσδιορισμός ουρονικών οξέων στα δείγματα των απομονωμένων ολικών γλυκοζαμινογλυκανών Ηλεκτροφόρηση σε μεμβράνες οξικής κυτταρίνης Ταυτοποίηση των γλυκοζαμινογλυκανών με ειδικά ένζυμα Υαλουρονιδάση Χονδροϊτινάση ABC Χονδροϊτινάση B Ηπαρινάση Ηπαριτινάση Κερατανάση Ηλεκτροφόρηση σε πηκτή πολυακρυλαμιδίου Ποσοτικός προσδιορισμός υαλουρονικού οξέος με ενζυμοανοσοπροσροφητική μέθοδο RT-PCR Απομόνωση RNA από πρωτογενείς καλλιέργειες ASMC Αντίστροφη μεταγραφή Αλυσιδωτή αντίδραση πολυμεράσης Ανάλυση Western blot Προσδιορισμός δραστικότητας των ΜΜPs με ζυμογραφία ζελατίνης Προσδιορισμός πρωτεϊνών Στατιστική ανάλυση...97 ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ Χαρακτηρισμός των κυττάρων Έκκριση και απόθεση γλυκοζαμινογλυκανών από λεία μυϊκά κύτταρα των βρόγχων Επίδραση κορτικοστεροειδών και β 2 -αδρενεργικών αγωνιστών στην έκκριση και εναπόθεση GAGs από ASMC Απομόνωση, καθαρισμός και ταυτοποίηση GAGs από πρωτογενείς καλλιέργειες ASMC υγειών ατόμων και ασθενών με άσθμα και ΧΑΠ Επίδραση κορτικοστεροειδών και β 2 -αδρενεργικών αγωνιστών στην έκφραση GAGs από πρωτογενείς καλλιέργειες ASMC υγειών ατόμων και ασθενών με άσθμα και ΧΑΠ Ποσοτικός προσδιορισμός του υαλουρονικού οξέος με ELISA

11 6.6. Επίδραση κορτικοστεροειδών και β 2 -αδρενεργικών αγωνιστών στα επίπεδα υαλουρονικού οξέος. Μέτρηση με ELISA RT-PCR Γονιδιακή έκφραση μορίων που εμπλέκονται στην ομοιόσταση του ΗΑ Ανάλυση Western Blot Ηλεκτροφόρηση σε πηκτή πολυακρυλαμιδίου Προσδιορισμός της μοριακής μάζας του ΗΑ με πηκτή πολυακρυλαμιδίου Επίδραση κορτικοστεροειδών και β 2 -αδρενεργικών αγωνιστών στην έκφραση γονιδίων που ρυθμίζουν την ομοιόσταση του ΗΑ Γονιδιακή έκφραση πρωτεογλυκανών σε πρωτογενείς καλλιέργειες ASMC Επίδραση κορτικοστεροειδών και β 2 -αδρενεργικών αγωνιστών στην έκφραση πρωτεογλυκανών από ASMC Προσδιορισμός δραστικότητας των μεταλλοπρωτεασών του συνδετικού ιστού (ΜΜPs) με ζυμογραφία ζελατίνης Επίδραση κορτικοστεροειδών και β 2 -αδρενεργικών αγωνιστών στην δραστικότητα των μεταλλοπρωτεασών του συνδετικού ιστού (ΜΜPs) με ζυμογραφία ζελατίνης ΣΥΖΗΤΗΣΗ ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ ΠΕΡΙΛΗΨΗ ABSTRACT ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ

12 ΚΑΤΑΛΟΓΟΣ ΣΥΝΤΜΗΣΕΩΝ ADAMTS4, ADAMTS7B : a disintegrin and metalloproteinase with a thrombospondin type 1 motif, δισιντεγκρίνες και μεταλλοπρωτεάσες με μοτίβο τύπου Ι θρομβοσπονδίνης APS : Ammonium persulfate, υπερθειικό αμμώνιο ASMC : airway smooth muscle cell, λεία μυϊκά κύτταρα αεραγωγών BAL : bronchoalveolar lavage fluid, βρογχοκυψελιδικό έκπλυμα bp : base pair, ζεύγη βάσεων C/EBPα : CCAAT/enhancer binding protein alpha, CCAAT/ενισχυτής συνδεόμενης πρωτεΐνης άλφα camp : cyclic adenosine monophosphate, κυκλική μονοφωσφορική αδενοσίνη CBP : CREB-binding protein, CREB προσδένουσα πρωτεΐνη CD44 : Cluster Differentiation 44, υποδοχέας του ΗΑ CD4 + T : Τ βοηθητικά λεμφοκύτταρα που εκφράζουν την πρωτεΐνη CD4 CD8 + T Cdna : κυτταροτοξικά Τ λεμφοκύτταρα : complementary deoxyribonucleic acid, συμπληρωματικό δεοξυριβονουκλεϊκό οξύ COX-2 : cyclooxygenase-2, κυκλοοξυγoνάση 2 cpm : counts per minute, μετρήσεις ανά λεπτό CS : θειική χονδροϊτίνη CS-A : θειική χονδροϊτίνη Α CS-B : θειική χονδροϊτίνη Β ή θειική δερματάνη CS-C : θειική χονδροϊτίνη C CTGF : connective tissue growth factor, αυξητικός παράγοντας συνδετικού ιστού datp : 5 φωσφορική αδενοσίνη της δεσοξυριβόζης dctp : 5 φωσφορική κυτιδίνη της δεσοξυριβόζης ddh 2 O : double distilled water, διπλά αποσταγμένο νερό dgtp : 5 φωσφορική γουανοσίνη της δεσοξυριβόζης DMEM : Dulbecco s Modified Eagle Medium, θρεπτικό υπόστρωμα των Dulbecco s και Eagle DMSO : dimethyl sulfoxide, διμεθυλοσουλφοξείδιο DNA : δεοξυριβονουκλεϊκό οξύ DS : θειική δερματάνη DTT : dithiothreitol, διθειοθρεϊτόλη dttp : 5 φωσφορική θυμιδίνη της δεσοξυριβόζης ECM : extracellular matrix, εξωκυττάριο στρώμα (χώρος) EDTA : ethylenediamine tetracetic acid, αιθυλενοδιαμινοτετραοξικό οξύ EGF : Epidermal Growth Factor, επιδερμιδικός αυξητικός παράγοντας ELISA : Enzyme Linked Immuno Specific Assay, ενζυμοανοσοπροσροφητική μέθοδος FCS : Fetal Calf Serum, εμβρυϊκός ορός βοοειδούς 6

13 FEV 1 FGF-2 GAGs GalNAc GINA GlcNAc GM-CSF GOLD GR GRE ΗΑ HABP : Forced Expiratory Volume in 1 second, δυναμικά εκπνεόμενος όγκος στο πρώτο δευτερόλεπτο : fibroblast growth factor, αυξητικός παράγοντας ινοβλαστών : glycosaminoglycans, γλυκοζαμινογλυκάνες : Ν-acetylgalactosamine, Ν-ακετυλογαλακτοζαμίνη : Global Initiative for Asthma, παγκόσμια πρωτοβουλία για το άσθμα : Ν-acetylglycosamine Ν-ακετυλογλυκοζαμίνη : granulocyte/macrophage-colony stimulating factor, παράγοντας διέγερσης αποικιών κοκκιοκυττάρων : Global Initiative for Chronic Obstructive Lung Disease, παγκόσμια πρωτοβουλία για τη χρόνια αποφρακτική πνευμονοπάθεια : glucocorticoid receptor, υποδοχέας των γλυκοκορτικοειδών : glucocorticoid-response elements, στοιχεία απόκρισης στα γλυκοκορτικοειδή : υαλουρονικό οξύ : Hyaluronic Acid Binding Protein, προσδένουσα πρωτεΐνη υαλουρονικού οξέος HAS1 : συνθετάση του υαλουρονικού οξέος 1 HAS2 : συνθετάση του υαλουρονικού οξέος 2 HAS3 : συνθετάση του υαλουρονικού οξέος 3 HDAC-2 : histone deacetylase-2, απακετυλάση της ιστόνης 2 HEPES : 4-(2-hydroxyethyl)-1-piperazineethanesulfonic acid, 4-(2- υδροξυαιθυλ)-1-πιπεραζιναιθανοσουλφονικό οξύ HS : θειική ηπαράνη Hsp90 : heat shock protein 90, πρωτεΐνη θερμικού σοκ 90 HYAL1 : υαλουρονιδάση 1 HYAL2 : υαλουρονιδάση 2 HYAL3 : υαλουρονιδάση 3 HYAL4 : υαλουρονιδάση 4 IFN : interferons, ιντερφερόνες IgA : immunoglobulin Α, ανοσοσφαιρίνη A IgE : immunoglobulin E, ανοσοσφαιρίνη Ε IGF : insulin growth factor, αυξητικός παράγοντας ινσουλίνης IL : interleukin, ιντερλευκίνη kda : kilo Dalton KS : θειική κερατάνη KU : kilo units, 1000 μονάδες (ενζύμου) LTC4, LTD4, LTE4 : κυστεϊνυλικά λευκοτριένια MMPs : matrix metalloproteinases, μεταλλοπρωτεάσες ή μεταλλοπρωτεΐνάσες του συνδετικού ιστού mrna : messenger ribonucleic acid, αγγελιοφόρο ριβονουκλεϊκό οξύ MT MMPs : Membrane type Μetalloproteases, Μεταλλοπρωτεάσες μεμβρανικού τύπου NF-κB : nuclear factor-kappab, πυρηνικός παράγοντας κάππα βήττα PBS : phosphate buffer saline, ρυθμιστικό διάλυμα φωσφορικών με χλωριούχο νάτριο 7

14 PCR : Polymerase Chain Reaction, Αλυσιδωτή Αντίδραση Πολυμεράσης PDGF : platelet-derived growth factor, αιμοπεταλιακός αυξητικός παράγοντας PEF : μέγιστη εκπνευστική ροή PGs : proteoglycans, πρωτεογλυκάνες PVDF : Polyvinylidene Fluoride, φθοριωμένο πολυβινυλιδένιο QTc : Το διάστημα μεταξύ ενός Q και ενός Τ κύματος σε καρδιακό ηλεκτροκαρδιογράφημα RANTES : Regulated on Activation, Normal T Expressed and Secreted, κυτοκίνη, μέλος της οικογένειας της ιντερλευκίνης-8 και ειδικό ελκτικό μόριο για τα Τ λεμφοκύτταρα μνήμης RHAMM : receptor for HA-mediated motility, υποδοχέας με τον οποίο το ΗΑ ρυθμίζει την κινητικότητα των κυττάρων RNA : ribonucleic acid, ριβονουκλεϊκό οξύ RNasin : αναστολέας ριβονουκλεάσης ROS : reactive oxygen species, αντιδραστικά στοιχεία οξυγόνου RT RCR : Reverse Transcription Polymerase Chain Reaction, ανάστροφης μεταγραφής - PCR SDS : Sodium Dodecyl Sulfate, δωδεκυλοθειικό νάτριο SDS-PAGE : Sodium Dodecyl Sulfate-Polyacrylamide Gel Electrophoresis, ηλεκτροφόρηση πηκτής πολυακρυλαμιδίου που περιέχει δωδεκυλοθειικό νάτριο SEM : standard error of the mean, τυπικό σφάλμα μέσου όρου TEMED : N,N,N N -τετραμεθυλενεδιαμίνη TGF-β : transforming growth factor-β, μετασχηματίζων αυξητικός παράγωνβ T h 2 : Type 2 helper T cells, Τ βοηθητικά λεμφοκύτταρα, τύπου 2 TIMPs : tissue inhibitors of matrix metalloproteinases, ιστικοί αναστολείς των μεταλλοπρωτεασών TLC : Total Lung Capacity, ολική χωρητικότητα των πνευμόνων TNF-a : tumor necrosis factor-apha, νεκρωτικός παράγοντας όγκου α TSG-6 : tumor necrosis factor induced gene-6, επαγώμενο γονίδιο 6 νεκρωτικού παράγοντα όγκου VC : Vital Capacity, ζωτική χωρητικότητα (πνευμόνων) VCAM-1 : vascular cell adhesion molecule-1, μόριο προσφύσεως σε αγγειακά κύτταρα-1 VΕGF : vascular endothelial growth factor, αγγειακός ενδοθηλιακός αυξητικός παράγοντας WHO : World Health Organization, Παγκόσμιος οργανισμός υγείας ΧΑΠ : Χρόνια Αποφρακτική Πνευμονοπάθεια 8

15 ΠΡΟΛΟΓΟΣ Οι νόσοι του αναπνευστικού, όπως η πνευμονική ίνωση, η χρόνια αποφρακτική πνευμονοπάθεια (ΧΑΠ) και το άσθμα, αποτελούν μία από τις συχνότερες αιτίες θανάτου. Η ΧΑΠ, για παράδειγμα, αποτελεί την τρίτη αιτία θανάτου στην Ευρώπη και την τέταρτη στις ΗΠΑ, ενώ η συχνότητά της αυξάνεται συνεχώς τα τελευταία χρόνια. Παρά την πρόοδο στην πνευμονολογία, η διάγνωση των παραπάνω αναπνευστικών νόσων γίνεται συνήθως καθυστερημένα, επειδή δεν υπάρχουν πρώιμα συμπτώματα ή βιοχημικοί δείκτες έγκαιρης διάγνωσης κατά τα αρχικά στάδια των πνευμονοπαθειών. Για το λόγο αυτό, είναι εξαιρετικά σημαντικό να διευκρινίσουμε ορισμένες από τις παθοφυσιολογικές λειτουργίες των εν λόγω παθήσεων του αναπνευστικού και να σχεδιάσουμε νέες στρατηγικές για την πρόληψη, διάγνωση και θεραπεία της κοινωνικής αυτής μάστιγας. Οι νόσοι του αναπνευστικού αποτελούν συνήθη αιτία απουσίας από την εργασία κυρίως στο βιομηχανικά ανεπτυγμένο κόσμο. Για παράδειγμα στη Μ. Βρετανία υπολογίζεται πως νοσεί από ΧΑΠ το 17 % των ανδρών ηλικίας ετών και το 8 % των γυναικών. Στην Ελλάδα η συχνότητα τέτοιων παθήσεων αυξάνεται τα τελευταία χρόνια, και το κόστος της ιατρικής περίθαλψης των ασθενών που πάσχουν από πνευμονικές νόσους απορροφά ένα μεγάλο μέρος του προϋπολογισμού του Συστήματος Υγείας. Να επισημανθεί επίσης ότι η σημερινή φαρμακοθεραπεία είναι αποτελεσματική στην αντιμετώπιση των συμπτωμάτων αλλά όχι και στη θεραπεία των εν λόγω ασθενειών. Η πλειονότητα των ερευνητικών προσπαθειών για την πρόληψη, έγκαιρη διάγνωση και θεραπεία των παθήσεων του αναπνευστικού προσανατολίζεται στα κύτταρα του πνεύμονα. Ομοίως και ο συνδετικός ιστός διαδραματίζει καθοριστικό ρόλο στη λειτουργία των πνευμόνων, ρυθμίζοντας την κυτταρική διαφοροποίηση, τη φλεγμονή, την επούλωση και την αναδόμηση των ιστών και αποτελεί σημαντικό νέο στόχο των ερευνητικών προσπαθειών [1-6]. Η δομή, σύνθεση και εναπόθεση του συνδετικού ιστού στους πνεύμονες και τους αεραγωγούς ρυθμίζεται από δύο μηχανισμούς : α. τη de novo σύνθεση των μορίων του συνδετικού ιστού όπως οι γλυκοζαμινογλυκάνες (GAGs), οι πρωτεογλυκάνες (PGs) και οι κολλαγονούχες πρωτεΐνες και β. την ενζυμική διάσπαση των παραπάνω μορίων, από ένζυμα όπως οι μεταλλοπρωτεάσες του συνδετικού ιστού (MMPs), η δράση των οποίων ρυθμίζεται από τους ιστικούς αναστολείς των μεταλλοπρωτεασών (TIMPs) [7,8], οι υαλουρονιδάσες κλπ. Το άσθμα και η ΧΑΠ είναι παθήσεις του αναπνευστικού που χαρακτηρίζονται από χρόνια φλεγμονή και αναδιαμόρφωση των αεραγωγών. Σε μη παθολογικές καταστάσεις η ομοιόσταση των ιστών συντηρείται λόγω της ισορροπίας στη σύνθεση και αποδόμηση του εξωκυττάριου χώρου. Η 9

16 ισορροπία αυτή διαφοροποιείται στο άσθμα και στη ΧΑΠ, οδηγώντας σε δομικές αλλαγές, όπως η αυξημένη απόθεση μορίων του εξωκυττάριου χώρου. Τα λεία μυϊκά κύτταρα των βρόγχων και οι ινοβλάστες είναι η κύρια πηγή κολλαγόνου και GAGs. Με τη σειρά του ο εξωκυττάριος χώρος επηρεάζει την κυτταρική ανάπτυξη, μετανάστευση, διαφοροποίηση και έκκριση κυτοκινών και αυξητικών παραγόντων. Με τον τρόπο αυτό, ο εξωκυττάριος χώρος διαιωνίζει τη φλεγμονώδη διαδικασία καθώς και την αναδιαμόρφωση των αεραγωγών, συμβάλλοντας στην εξέλιξη και τη δριμύτητα των παθήσεων. Εισπνεόμενα κορτικοστεροειδή και β 2 -αδρενεργικοί αγωνιστές αποτελούν τα φάρμακα θεραπείας 1ης γραμμής για το άσθμα και τη ΧΑΠ, αλλά η επίδραση τους στην αναδιαμόρφωση των αεραγωγών δεν είναι ξεκάθαρη. Ο σκοπός αυτής της διατριβής είναι να διερευνήσει την επίδραση των κορτικοστεροειδών και των β 2 -αδρενεργικών αγωνιστών στα μόρια του εξωκυττάριου χώρου όπως GAGs, PGs και MMPs, ώστε να διευκρινιστεί ο ρόλος αυτών των μορίων στην εξέλιξη της φλεγμονής και της αναδιαμόρφωσης των αεραγωγών. Για το σκοπό αυτό δημιουργήθηκαν πρωτογενείς καλλιέργειες βρογχικών λείων μυϊκών κυττάρων από ασθενείς με άσθμα και ΧΑΠ, καθώς και από υγιείς εθελοντές. Οι καλλιέργειες αυτές αναπτύχθηκαν σε συνθήκες προσομοίωσης μη φλεγμονώδους κατάστασης και στη συνέχεια φλεγμονώδους κατάστασης ώστε να δημιουργηθούν οι καταλληλότερες συνθήκες μελέτης. 10

17 ΓΕΝΙΚΟ ΜΕΡΟΣ 11

18

19 ΕΙΣΑΓΩΓΗ 1. Ανατομία πνευμόνων Η αναπνοή, δηλαδή η ανταλλαγή αερίων (πρόσληψη Ο 2 και αποβολή CO 2 ) είναι λειτουργία απαραίτητη για τη ζωή και εξυπηρετείται από το αναπνευστικό σύστημα. Η πρόσληψη του Ο 2 είναι απαραίτητη για την παραγωγή ενέργειας, χωρίς την οποία είναι αδύνατη η διατήρηση της ζωής. Η ενέργεια αυτή απελευθερώνεται από την οξείδωση ουσιών που προσλαμβάνονται με τις τροφές. Tο αναπνευστικό σύστημα διακρίνεται στην άνω και στην κάτω αεροφόρο οδό. Η άνω αεροφόρος οδός αποτελείται από την έξω και έσω μύτη και από τη ρινική και στοματική μοίρα του φάρυγγα, μέχρι το φαρυγγικό στόμιο του λάρυγγα. Η κάτω αεροφόρος οδός αποτελεί, σε στενή έννοια, το ίδιο το αναπνευστικό σύστημα, το οποίο αποτελείται από το λάρυγγα, την τραχεία, τους δύο βρόγχους και τους δύο πνεύμονες (εικόνα 1). Λάρυγγας Εικόνα 1. Σχηματική αναπαράσταση της κάτω αεροφόρου οδού όπου διακρίνονται τα βασικά ανατομικά στοιχεία των πνευμόνων. Ο πνεύμονας αποτελείται από το βρογχικό δένδρο, το πνευμονικό παρέγχυμα και τέλος από αγγεία και νεύρα. Τα ανατομικά αυτά στοιχεία περιβάλλονται από συνδετικό ιστό, πλούσιο σε ελαστικές ίνες, ο οποίος δημιουργεί διαφράγματα προς το εσωτερικό του πνεύμονα, τα οποία παρεμβάλλονται ανάμεσα στις δομές του πνευμονικού παρεγχύματος και περιέχουν τα αγγεία και τα νεύρα του (εικόνα 2). Το βρογχικό δένδρο περιλαμβάνει το τμήμα της κάτω αεροφόρου οδού που βρίσκεται μέσα στον πνεύμονα. 13

20 Βρόγχοι, βρογχικό δένδρο και πνεύμονες Λάρυγγας Πνευμονική αρτηρία Δεξιός κύριος βρόγχος Τραχεία Πνευμονική φλέβα Λοβαίος βρόγχος Τμηματικοί βρόγχοι Βρογχιόλια Καρδιακή εντομή Κυψελωτοί πόροι κυψελίδες Εικόνα 2. Σχηματική αναπαράσταση πνευμόνων όπου διακρίνονται τα βασικά ανατομικά στοιχεία τους καθώς και η ανατομία του βρογχικού δένδρου, των τελικών βρογχιολίων και των αναπνευστικών κυψελίδων. Κάθε βρόγχος κατά την πορεία του μέσα στον πνεύμονα διακλαδίζεται σε μικρότερους σε εύρος παράπλευρους κλάδους. Έτσι, δημιουργείται το βρογχικό δένδρο με αποτέλεσμα να διακρίνονται οι βρόγχοι σε στελεχιαίους και παράπλευρους βρόγχους. Ο στελεχιαίος βρόγχος που είναι συνέχεια του κύριου βρόγχου διακλαδίζεται στους λοβαίους (δευτερογενείς) βρόγχους που με τη σειρά τους διακλαδίζονται στους τμηματικούς (τριτογενούς) βρόγχους και στη συνέχεια στους υποτμηματικούς και στους λοβιακούς βρόγχους. Στη συνέχεια οι λοβιακοί βρόγχοι διακρίνονται σε ενδολόβιους βρόγχους (βρογχιόλια) και μεσολόβιους βρόγχους. Τα βρογχιόλια χωρίζονται στα τελικά βρογχιόλια τα οποία τέλος χωρίζονται στα αναπνευστικά βρογχιόλια που αποτελούνται από αεροθυλάκια και τις πνευμονικές κυψελίδες όπου πραγματοποιείται τελικά η ανταλλαγή αερίων. Το τοίχωμα των στελεχιαίων βρόγχων και των κλάδων τους μέχρι πριν τα λοβιακά βρογχιόλια έχει κατασκευή που μοιάζει με την κατασκευή των κύριων βρόγχων. Έτσι από έξω προς τα μέσα, αποτελούνται από τρεις χιτώνες, τον ινοχόνδρινο, το μυϊκό και το βλεννογόνο (εικόνα 4). Ο ινοχόνδρινος χιτώνας αποτελείται από έναν υμένα από συνδετικό ιστό πλούσιο σε ελαστικές ίνες, μέσα στον οποίο υπάρχουν τεμάχια από υαλώδη ή ελαστικό χόνδρο που έχουν ποικίλο σχήμα και μέγεθος. Όσο ο αυλός του βρόγχου μικραίνει, ο χόνδρος αραιώνει έως ότου εξαφανίζεται μετά τους λοβιακούς βρόγχους ενώ αντίθετα οι ελαστικές ίνες του συνδετικού ιστού πυκνώνουν. 14

21 Το Πνευμονικό βρογχικό δένδρο Τμηματικός βρόγχος Χόνδρος Λοβιακός Βρόγχος Μικροί Βρόγχοι Τελικά βρογχιόλια Λεία μυϊκά κύτταρα Ελαστικές ίνες κυψελίδα 1 ης τάξης 2 ης τάξης 3 ης τάξης Αναπνευστικά βρογχιόλια Κυψελιδικοί πόροι Αεροθυλάκια και κυψελίδες Τελικά βρογχιόλια Αναπνευστικά βρογχιόλια Αεροθυλάκια και κυψελίδες Πόροι του Kohn Εικόνα 3. Σχηματική αναπαράσταση του πνευμονικού βρογχικού δένδρου όπου διακρίνονται τα βασικά ανατομικά στοιχεία του βρογχικού δένδρου, των τελικών βρογχιολίων και των αναπνευστικών κυψελίδων. Ο μυϊκός χιτώνας αποτελείται από λείες μυϊκές ίνες που προσφύονται σε ελαστικό ιστό και είναι ανεξάρτητες από τα χόνδρινα τεμάχια. Οι μυϊκές ίνες είναι λεπτότερες και αραιότερες στα βρογχιόλια, βρίσκονται και στα αεροθυλάκια αλλά απουσιάζουν από τα τοιχώματα των κυψελίδων. Η ελικοειδής φορά των μυϊκών ινών έχει ως αποτέλεσμα η σύσπαση τους να επιφέρει ελάττωση και του εύρους και του μήκους των βρογχιολίων χωρίς να προκαλείται τέλεια σύγκλιση του αυλού τους. Οι μυϊκές ίνες βρίσκονται συνεχώς σε κατάσταση ελαφράς διέγερσης (τόνου). Κατά την εισπνοή χαλαρώνουν και κατά την εκπνοή συσπώνται διευκολύνοντας έτσι τη ροή του αέρα προς τα έξω. Η ρύθμιση του τόνου των μυϊκών ινών γίνεται με νευρικά ή με ορμονικά ερεθίσματα. Οι ορμονικές ουσίες που υπεισέρχονται στη ρύθμιση του τόνου (σεροτονίνη, ισταμίνη και άλλες) φτάνουν στον πνεύμονα από την κυκλοφορία ή παράγονται τοπικά, με αποτέλεσμα Τραχεία και βρόγχοι Βρογχιόλιο Λείες μυϊκές ίνες Συνδετικός ιστός Χόνδρος Βλεννογόνος υμένας Βλεννογόνος Βλέννη Κροσσοί Εκκριτικά κύτταρα Τριχωτά κύτταρα Βασική μεμβράνη Επιθήλιο Εικόνα 4. Σχηματική αναπαράσταση της ανατομίας των αεραγωγών. 15

22 να προκαλείται βρογχοσπασμός. Λειτουργική στένωση του αυλού των βρογχιολίων που έχουν διάμετρο μικρότερο μικρότερη από 2 χιλιοστά παρατηρείται στο βρογχικό άσθμα (εικόνα 5). Εικόνα 5. Σχηματική αναπαράσταση της ανατομίας των αεραγωγών καθώς και του αυλού των αεραγωγών ασθενούς με άσθμα. Ο βλεννογόνος που καλύπτει το βρογχικό δένδρο μέχρι και τα βρογχιόλια παρουσιάζει επιμήκεις πτυχώσεις και φέρει αναπνευστικό επιθήλιο, δηλαδή ψευδοπολύστιβο κροσσωτό επιθήλιο με καλυκοειδή κύτταρα. Το χόριο του βλεννογόνου χαρακτηρίζεται από την ύπαρξη άφθονων ελαστικών ινών. Παρατηρούνται, επίσης, πολλά σιτευτικά κύτταρα, λεμφοκύτταρα και πλασμοκύτταρα που παράγουν IgA και IgE, και ιστιοκύτταρα. Τα στοιχεία αυτά απαρτίζουν το λεμφικό ιστό των βρόγχων. Οι αδένες του βλεννογόνου εντοπίζονται μέχρι και τα ενδολόβια βρογχιόλια. Ο συνδετικός ιστός του πνευμονικού παρεγχύματος που παρεμβάλλεται μεταξύ των στοιχείων του βρογχικού δένδρου και των πνευμονικών λοβίων σχηματίζει διαφράγματα εισχωρώντας μεταξύ των κυψελωτών πόρων. Η σύσταση του συνδετικού ιστού είναι αυτή που προσδίδει στο πνευμονικό παρέγχυμα την ελαστικότητά του. Παθήσεις των πνευμόνων, όπως το εμφύσημα και η ίνωση, στις οποίες επέρχεται ελάττωση της ελαστικότητας του πνευμονικού παρεγχύματος, έχουν ως αποτέλεσμα τη δυσχέρεια στη σύμπτυξη των πνευμόνων. Δημιουργείται δυσχέρεια στην εκπνοή η οποία παύει να είναι παθητικό φαινόμενο και γίνεται το αποτέλεσμα της λειτουργίας των εκπνευστικών μυών. 2. Τύποι πνευμονικών κυττάρων Για την καλύτερη κατανόηση της λειτουργίας των πνευμόνων πρέπει 16

23 να αναφερθούν οι κυριότερες κατηγορίες κυττάρων που συμμετέχουν στη διαδικασία της αναπνευστικής λειτουργίας. Οι κυριότερες κατηγορίες κυττάρων είναι τα επιθηλιακά κύτταρα, τα λεία μυϊκά κύτταρα, κύτταρα του συνδετικού ιστού όπως οι ινοβλάστες καθώς και κινητά κύτταρα του συνδετικού ιστού όπως τα μακροφάγα, τα ηωσινόφιλα κτλ. Αναλυτικότερα, στους τμηματικούς βρόγχους των αεραγωγών παρατηρούνται κυκλοτερείς και λοξές μυϊκές ίνες, ενώ το επιθήλιο είναι ψευδοπολύστιβο κυλινδρικό κροσσωτό. Στους λοβιακούς βρόγχους εντοπίζεται μονόστιβο κυλινδρικό κροσσωτό επιθήλιο και λείες μυϊκές ίνες, στο ενδολόβιο βρόγχιο, μονόστιβο κυβοειδές κροσσωτό επιθήλιο χωρίς καλυκοειδή κύτταρα και αδένες, στο αναπνευστικό βρόγχιο, μονόστιβο κυβοειδές επιθήλιο χωρίς κροσσούς και στους κυψελωτούς πόρους μονόστιβο πλακώδες επιθήλιο χωρίς μυϊκές ίνες. Στις κυψελίδες εντοπίζονται κύτταρα με φαγοκυτταρικές ιδιότητες (κυψελιδικά μακροφάγα) καθώς και τα κυψελιδικά κύτταρα τύπου Ι (πλακώδη) και τα κυψελιδικά κύτταρα τύπου ΙΙ (κυβοειδή). Τα κύτταρα τύπου ΙΙ έχουν μικρολάχνες στην επιφάνεια και παράγουν επιφανειοδραστική ουσία, ενώ το ενδοθήλιο των τριχοειδών και τα κυψελιδικά κύτταρα τύπου Ι παρουσιάζουν πινοκυτταρικά κυστίδια. Εικόνα 6. Επίστρωση πνευμονικού βρόγχου σε μεγέθυνση. Στο πάνω μέρος παρατηρούνται τα παλλόμενα τριχίδια (κροσσοί) (H). Είναι ενωμένα με τα κιονοειδή κύτταρα (Ι). Με τη σύγχρονη και κυματοειδή κίνησή τους, απομακρύνουν από το εσωτερικό των αεραγωγών, με ένα στρώμα βλέννης, τις εισπνεόμενες στερεές ουσίες, και μ' αυτόν τον τρόπο αποτελούν ένα μέσο άμυνας του αναπνευστικού δένδρου. Η βλέννη παράγεται στα καλυκοειδή κύτταρα (J) καθώς, επίσης, και τους βαθύτερους αδένες μέσα στους πνεύμονες. Το κατώτατο στρώμα των κυττάρων (L) είναι τα κύτταρα της βασικής στοιβάδας. Τα βρογχικά επιθηλιακά κύτταρα είναι υψηλά κροσσωτά κύτταρα που στο άκρο τους προς τον αυλό προσφύονται οι κροσσοί, έχουν πυραμιδικό ή τριγωνικό σχήμα, ωοειδή πυρήνα ενώ στα καλυκοειδή κύτταρα το 17

24 κυτταρόπλασμα είναι διατεταμένο με εκκριτικά κενοτόπια και ο πυρήνας είναι στη βάση του κυττάρου. Τα κυβοειδή βρογχιολιδικά κύτταρα είναι χωρίς κροσσούς, χωρίς παραγωγή βλέννης, επενδύουν τους μικρότερους βρόγχους, είναι λίγο μεγαλύτερα από τα λεμφοκύτταρα και έχουν στρογγυλό πυρήνα που περιβάλλεται από στενή ζώνη διαυγούς κυτταροπλάσματος. Τα βρογχιοκυψελιδικά κύτταρα είναι μέτρια μεγάλα κύτταρα, με υπόχρωμο πυρήνα, αρκετό διαυγές κυτταρόπλασμα και πιθανόν να περιέχουν έγκλειστα με φαγοκυτταρωμένο υλικό. Τα ηωσινόφιλα κύτταρα ανευρίσκονται σε αντιδράσεις υπερευαισθησίας, χρόνια βρογχίτιδα, κοκκιωμάτωση Wegener, πρωτοπαθή πνευμονική ηωσινοφιλία και αποτελούν την κυριότερη αιτία στο βρογχικό άσθμα ενώ έχουν δίλοβο πυρήνα (εικόνα 6) 2.1. Επιθηλιακά κύτταρα Στους αεραγωγούς ο βλεννογόνος που καλύπτει το βρογχικό δένδρο μέχρι και τα βρογχιόλια παρουσιάζει επιμήκεις πτυχώσεις και φέρει αναπνευστικό επιθήλιο, δηλαδή ψευδοπολύστιβο κροσσωτό επιθήλιο με καλυκοειδή κύτταρα. Όσο μικραίνει η διάμετρος των αεροφόρων οδών ελαττώνεται και το πάχος του αναπνευστικού επιθηλίου και εξαφανίζονται τα καλυκοειδή κύτταρα, ενώ αυξάνουν τα μη κροσσωτά εκκριτικά κύτταρα και συγχρόνως υποπλάσσονται οι κροσσοί στα κροσσωτά κύτταρα και εμφανίζονται κροσσωτά εκκριτικά κύτταρα. Το επιθήλιο που καλύπτει τις κυψελίδες είναι συνέχεια εκείνου που καλύπτει τα αναπνευστικά βρογχιόλια και αποτελείται από ένα στίχο κυττάρων που επικάθονται σε βασική μεμβράνη. Τα κύτταρα αυτά είναι δύο ειδών : τα πνευμονοκύτταρα τύπου Ι και τύπου ΙΙ. Τα πνευμονοκύτταρα τύπου Ι είναι αποπλατυσμένα πλακώδη, τελικά διαφοροποιημένα κύτταρα, διαμέσου των οποίων γίνεται η ανταλλαγή των αερίων. Τα πνευμονοκύτταρα τύπου ΙΙ είναι λιγότερα, υποστρόγγυλα και παράγουν τον επιφανειοδραστικό παράγοντα των κυψελίδων Κονιοκύτταρα Ο συνδετικός ιστός του πνευμονικού παρεγχύματος παρεμβάλλεται μεταξύ των στοιχείων του βρογχικού δένδρου και των πνευμονικών λοβίων και σχηματίζοντας διαφράγματα εισχωρεί μεταξύ κυψελωτών πόρων. Περιέχει λίγους ινοβλάστες και κυρίως τα κονιοκύτταρα που είναι μονοκύτταρα του αίματος και διαφοροποιούνται σε μακροφάγα στο συνδετικό ιστό των πνευμόνων και εισέρχονται στις κυψελίδες, όπου προσλαμβάνουν ξένα σώματα. 18

25 Α. Κροσσωτό επιθήλιο βλέννη Βρόγχος Β. Κυψελωτός πόρος χόνδρος λεία μυϊκά κύτταρα βοτρύδιο αναπνευστικό βρογχιόλιο βασική μεμβράνη καλυκοειδή κύτταρα Γ. Κυψελίδες που εκκρίνουν βλέννη κύτταρα κύτταρα τύπου ΙΙ τύπου Ι τριχοειδές υποβλεννογόνος αδένας επιφανειοδραστικός παράγοντας Εικόνα 7. Σχηματική αναπαράσταση βρόγχου, βρογχιολίου και κυψελιδικού πόρου Λεία μυϊκά κύτταρα των βρόγχων Τα λεία μυϊκά κύτταρα έχουν ατρακτοειδές σχήμα. Ο πυρήνας που είναι και αυτός ατρακτοειδής, βρίσκεται στο κέντρο του κυττάρου, το οποίο είναι το παχύτερο τμήμα της μυϊκής ίνας. Το κυτταρόπλασμα ονομάζεται σαρκόπλασμα. Περιέχει άφθονα, κυρίως λεπτά μυϊκά μικροϊνίδια ή νημάτια ακτίνης και λίγα παχιά νημάτια μυοσίνης. Τα νημάτια αυτά που είναι τοποθετημένα κατά μήκος του επιμήκη άξονα του κυττάρου, βρίσκονται διάσπαρτα μέσα στο κυτταρόπλασμα, χωρίς ιδιαίτερη διάταξη και σε αυτό οφείλεται η απουσία εγκάρσιας γραμμώσεως στα μυϊκά αυτά κύτταρα. Τα μιτοχόνδρια και η συσκευή Golgi βρίσκονται στο κέντρο του κυττάρου, κοντά στον πυρήνα. Στην περιοχή αυτή βρίσκεται, επίσης, και το κοκκώδες ενδοπλασματικό δίκτυο. Στην επιφάνεια του κυττάρου, η κυτταρική μεμβράνη σχηματίζει άφθονα πινοκυτταρικά κυστίδια. Τα λεία μυϊκά κύτταρα συνδέονται μεταξύ τους με στερεές συνδέσεις. Με τον τρόπο αυτό το ερέθισμα περνάει από το ένα κύτταρο στο άλλο. Τα κύτταρα αυτά διαμορφώνουν τους λείους μύες που περιβάλλουν τους αεραγωγούς. Ανάλογα με την κατάσταση του μυϊκού τόνου τους (σύσπαση-χαλάρωση) πραγματοποιείται η εισπνοή-εκπνοή στους πνεύμονες. Η νεύρωση των λείων μυϊκών κυττάρων γίνεται από το αυτόνομο νευρικό σύστημα. Οι νευρικές ίνες απολήγουν σε ένα κύτταρο και κατόπιν η διέγερση μπορεί να περάσει από το ένα κύτταρο στο άλλο. Αύξηση του λείου μυϊκού ιστού μπορεί να παρουσιαστεί φυσιολογικά στον ενήλικα, αλλά και παθολογικά, όπως στο βρογχικό άσθμα. Η αύξηση του μυϊκού ιστού γίνεται είτε με υπερτροφία των κυττάρων, είτε με πολλαπλασιασμό των κυττάρων, είτε ακόμα με διαφοροποίηση των μεσεγχυματικών κυττάρων σε μυϊκά κύτταρα [9]. 19

26 2.4. Ινοβλάστες Όπως σε όλους τους τύπους συνδετικού ιστού έτσι και στους αεραγωγούς, τα κυρίαρχα κύτταρα που διαμορφώνουν τον εξωκυττάριο χώρο, μέσω των μορίων που εκκρίνουν, είναι οι ινοβλάστες Διάφορα κύτταρα Στο χόριο του βλεννογόνου παρατηρούνται πολλά σιτευτικά κύτταρα, λεμφοκύτταρα και πλασμοκύτταρα που παράγουν IgA και IgE, και ιστιοκύτταρα. 3. Πνευμονικές παθήσεις 3.1. Άσθμα Ορισμός Το άσθμα είναι μια πνευμονοπάθεια, η οποία χαρακτηρίζεται από φλεγμονή των αεραγωγών, εκτεταμένη στένωση ή και απόφραξη των αεροφόρων οδών και/ή υπεραντιδραστικότητα του τραχειοβρογχικού δένδρου, η οποία μπορεί να αναστραφεί μόνη της ή μετά από θεραπεία. Πρόκειται για μία κατάσταση που κλινικά εμφανίζεται με παροξυσμούς δύσπνοιας, παρεμπόδισης της εκπνοής που καταλήγουν στον ξηρό παροξυντικό βήχα, τη συρίττουσα αναπνοή, τα ιξώδη πτύελα και σφίξιμο στο στήθος. Το άσθμα ανάλογα με τη δριμύτητά του χαρακτηρίζεται από δομική αναδιαμόρφωση των αεραγωγών που περιλαμβάνει επιθηλιακή αποκόλληση, υποεπιθηλιακή ίνωση, αυξημένη μάζα βρογχικών λείων μυϊκών κυττάρων, μείωση της απόστασης μεταξύ του επιθηλίου και των βρογχικών λείων μυϊκών κυττάρων, υπερπλασία βλεννωδών αδένων και καλυκοειδών κυττάρων, πολλαπλασιασμό αιμοφόρων αγγείων και ανάπτυξη βρογχικού οιδήματος [10] Επιδημιολογία Το άσθμα αποτελεί μεγάλο πρόβλημα υγείας παγκοσμίως. Υπολογίζεται πως περισσότερα από 300 εκατομμύρια άνθρωποι όλων των ηλικιών και των εθνοτήτων υποφέρουν από άσθμα [11]. Ο Παγκόσμιος Οργανισμός Υγείας (World Health Organization) αναφέρει πως η θνησιμότητα που οφείλεται στο άσθμα αγγίζει τις περιπτώσεις ετησίως και αυξάνεται κατά 50% κάθε δεκαετία, ειδικά στα παιδιά. Επιπροσθέτως, το άσθμα είναι η κύρια αιτία ιατρικής περίθαλψης μικρών παιδιών στις βιομηχανικά αναπτυγμένες χώρες. Η δριμύτητα του άσθματος έχει ως αποτέλεσμα η ποιότητα ζωής των ασθματικών να επιδεινώνεται (φαρμακευτική αγωγή, περίθαλψη σε νοσοκομείο, απουσία από εργασία/σχολείο, ανικανότητα) και συνεπώς το άσθμα αποτελεί κοινωνική μάστιγα της σύγχρονης εποχής [12]. 20

27 Αιτιολογικοί παράγοντες Το άσθμα συνήθως εκδηλώνεται σε μικρή ηλικία ενώ στην εξέλιξή του συμβάλλουν τόσο γενετικοί όσο και περιβαλλοντικοί παράγοντες. Άτομα με οικογενειακό ιστορικό ατοπίας, το οποίο χαρακτηρίζεται από αυξημένη ετοιμότητα για την παραγωγή ανοσοσφαιρίνης Ε (IgE) σε αντίδραση κοινών περιβαλλοντικών αλλεργιογόνων, διατρέχουν μεγαλύτερο κίνδυνο ανάπτυξης άσθματος και αντιδραστικότητας των αεραγωγών. Έχει βρεθεί πως περισσότερο από 50% των ασθματικών περιπτώσεων προκαλούνται από ατοπία [13,14]. Τα τελευταία χρόνια έχουν βρεθεί αποδείξεις πως γονίδια που σχετίζονται με την απόπτωση, το μεταβολισμό της αργινίνης, την επιδιόρθωση των ιστών, τις πρωτεάσες και τις προ-φλεγμονώδεις κυτοκίνες μπορεί να σχετίζονται με την παθογένεση της ασθένειας [15-23]. Η έκθεση ατόμων με γενετική προδιάθεση στο άσθμα σε αλλεργιογόνα (οικιακή σκόνη και ακάρεα, γύρη, μύκητες, ζωικά αλλεργιογόνα, επαγγελματικά αλλεργιογόνα και ερεθιστικές ουσίες, τροφικά αλλεργιογόνα, ατμοσφαιρική ρύπανση, καπνός τσιγάρου) αυξάνει την πιθανότητα εμφάνισης της νόσου [24,25]. Επιπροσθέτως, ο κρύος αέρας, η φυσική άσκηση, οι αναπνευστικές μολύνσεις και οι έντονες συναισθηματικές εξάρσεις μπορούν να ενεργοποιήσουν ασθματικές κρίσεις Παθογένεση Η φλεγμονή στους αεραγωγούς των ασθενών με άσθμα αποτελεί μια πολυκυτταρική διαδικασία που προκαλεί τραυματισμό των ιστών και δομικές αλλαγές, γνωστές ως δομική αναδιαμόρφωση των αεραγωγών. Μια από τις συνέπειες της φλεγμονής είναι η πάχυνση του τοιχώματος των αεραγωγών. Η πάχυνση αυτή σε ασθενείς που κατέληξαν λόγω άσθματος αγγίζει το %, ενώ σε ασθενείς με ηπιότερη μορφή άσθματος το % [26]. Τα κύτταρα που συμμετέχουν στο μηχανισμό της φλεγμονής είναι αυτά που εδρεύουν στους βρογχικούς ιστούς όπως τα σιτευτικά κύτταρα, τα βασεόφιλα, τα μακροφάγα, τα επιθηλιακά και τα ενδοθηλιακά κύτταρα. Ακόμα, συμμετέχουν και κύτταρα που μεταφέρονται από το αίμα στην περιοχή της βλάβης μετά από κάποιο ερέθισμα, όπως τα ουδετερόφιλα, τα μονοκύτταρα, τα λεμφοκύτταρα και τα ηωσινόφιλα. Η εκδήλωση ασθματικής αντίδρασης προκαλείται από αλλεργιογόνα και η κλασική φλεγμονώδης αντίδραση πραγματοποιείται σε δύο στάδια: το πρώιμο στάδιο της αντίδρασης που ακολουθείται από το επιβραδυνόμενο στάδιο. Σιτευτικά κύτταρα Τα σιτευτικά κύτταρα βρίσκονται στο βρογχικό επιθήλιο, στον υποβλεννογόνιο χιτώνα και κοντά στα αιμοφόρα αγγεία. Το πρώιμο στάδιο 21

28 της αντίδρασης ξεκινάει όταν το εισπνεόμενο αλλεργιογόνο έρχεται σε επαφή με τον υποδοχέα υψηλής συγγένειας, FcεRI για την ανοσοσφαιρίνη IgE, στην επιφάνεια των σιτευτικών κυττάρων ενεργοποιώντας τα. Τα σιτευτικά κύτταρα ανταποκρίνονται μέσα σε λίγα λεπτά, αποκκοκιώνονται και απελευθερώνουν ισταμίνη και διάφορες μεσολαβητικές ουσίες όπως τρυπτάσες, προσταγλαδίνη D2, λευκοτριένιο C4 και θρομβοξάνη προκαλώντας βρογχοσπασμό, αγγειοδιαστολή, εξίδρωση πλάσματος καθώς και αύξηση της παραγωγής βλέννης. Οι τρυπτάσες συγκεκριμένα, ενεργοποιούν τον πολλαπλασιασμό των ινοβλαστών, των μυοκυττάρων και την παραγωγή κολλαγόνου τύπου Ι [27]. Παράλληλα αυξάνεται και ο αριθμός των σιτευτικών κυττάρων στο λείο μυϊκό χιτώνα [28]. Αυτό το πρώιμο στάδιο συνήθως σταματά μέσα σε μια ώρα. Τέσσερις με έξι ώρες αργότερα ξεκινάει το παρατεταμένο, επιβραδυνόμενο στάδιο, ως αποτέλεσμα της δράσης κυτοκινών και χημοκινών που εκκρίνονται από τα μόνιμα και κινητά κύτταρα της φλεγμονής. Τα σιτευτικά κύτταρα συμβάλλουν στη χρόνια φλεγμονή απελευθερώνοντας προ-φλεγμονώδεις κυτοκίνες όπως ιντερλευκίνες (IL-4, IL-5, IL-13), νεκρωτικό παράγοντα όγκου-α (TNF-α), και παράγοντα διέγερσης αποικιών κοκκιοκυττάρων (GM-CSF) που ρυθμίζει την ανάπτυξη της ηωσινοφιλικής φλεγμονής [29,30]. Λεμφοκύτταρα Τα T h 2 λεμφοκύτταρα οργανώνουν πολλά χαρακτηριστικά της δομικής αναδιαμόρφωσης των αεραγωγών στο άσθμα [31]. Η ηωσινοφιλική φλεγμονή στους αεραγωγούς είναι αποτέλεσμα της φλεγμονής των T h 2 λεμφοκυττάρων. Τα ηωσινόφιλα αναπτύσσονται στο μυελό των οστών υπό την επίδραση των IL-4, IL13 και GM-CSF. Οι κυτοκίνες (IL-4, IL-5, IL-13) που εκκρίνονται από τα T h 2 ρυθμίζουν την αλλεργική φλεγμονώδη αντίδραση στο άσθμα [32-34]. Η IL-5 ελέγχει τη διαφοροποίηση, ενεργοποίηση και επιβίωση των ηωσινόφιλων, ενώ διεγείρει και την απελευθέρωσή τους στην κυκλοφορία του αίματος [35-37]. Η IL-4 ελέγχει τη διαφοροποίηση των T h 2 και την έκφραση του μορίου προσκόλλησης κυττάρου σε αγγεία-1 (VCAM-1) στα ενδοθηλιακά κύτταρα [38]. Η IL-13 συμμετέχει στην υπεραντιδραστικότητα των αεραγωγών, στην ίνωση των αεραγωγών, στην καταστροφή του επιθηλίου και στην παραγωγή βλέννης [39,40]. Ακόμα, οι κυτοκίνες που εκκρίνουν τα T h 2 (IL-4, IL-5, IL-9, IL-13) μπορούν να οδηγήσουν στη μετάπλαση των καλυκοειδών κυττάρων [40,41], ενώ είναι στενά συνδεδεμένες με τη ρύθμιση της παραγωγής της IgE. Ηωσινόφιλα Τα ηωσινόφιλα είναι τα κυρίαρχα δραστικά κύτταρα στους 22

29 αεραγωγούς των ασθματικών ασθενών διαδραματίζοντας σημαντικό ρόλο στην παθογένεση του άσθματος [42,43]. Τα ηωσινόφιλα εμφανίζονται στους αεραγωγούς 4 h μετά την επαφή με το αλλεργιογόνο και συνεχίζουν να αυξάνονται μέχρι και 24 h μετά την επαφή. Ήδη αναφέρθηκε ότι παράγονται στο μυελό των οστών, ενώ η IL-5 ελέγχει τη διαφοροποίηση, ενεργοποίηση και επιβίωση των ηωσινόφιλων και διεγείρει την απελευθέρωσή τους στην κυκλοφορία του αίματος. Τα ηωσινόφιλα μεταναστεύουν στην περιοχή της φλεγμονής μέσω αλληλεπιδράσεων με σελεκτίνες και προσκολλώνται στο ενδοθήλιο μέσω σύνδεσης των ιντεγκρινών σε μόρια πρόσδεσης. Με την επίδραση μεσολαβητικών μορίων μεταναστεύουν μέσα από το εξωκυττάριο στρώμα των αεραγωγών. Ενώ όμως ο στόχος τους στην περιοχή της φλεγμονής είναι να εξουδετερώσουν τις διάφορες βλαπτικές μεσολαβητικές ουσίες που παράγονται από τα κύτταρα της φλεγμονής, μέσω εκλυόμενων πρωτεϊνικών ουσιών δρουν τοξικά σε άλλα κύτταρα, όπως τα κύτταρα του βρογχικού επιθηλίου, και έτσι προάγουν τη φλεγμονή στους αεραγωγούς. Την καταστροφή του επιθηλίου ακολουθεί μια διαδικασία επούλωσης, κατά την οποία διεγείρονται οι ινοβλάστες που παράγουν κολλαγόνο. Στην προσπάθεια επομένως για επούλωση δημιουργείται ένα είδος ίνωσης που προκαλεί τη δομική αναδιαμόρφωση εν τέλει των αεραγωγών. Επίσης, τα ηωσινόφιλα μέσω των κυτοκινών (IL-2, IL-4, IL-5, IL-13) και του μετασχηματίζοντος αυξητικού παράγοντα-β (TGF-β), χυμοκινών (RANTES, εοταξίνη), κυστεϊνυλικό λευκοτριένιο LTC4 και κυτταροτοξικών σφαιρικών πρωτεϊνών επάγουν την αγγειακή διαπερατότητα, την παραγωγή βλέννης, την ίνωση, τη συστολή των λείων μυών, την καταστροφή ιστών και τη φλεγμονή [44] Ιστοπαθολογία-δομική αναδιαμόρφωση των αεραγωγών Η αναδιαμόρφωση των αεραγωγών στο άσθμα φαίνεται να πραγματοποιείται στην παιδική ηλικία, πριν ακόμα αρχίζουν να εκδηλώνονται συμπτώματα της ασθένειας [45-48]. Αυτή η αναδιαμόρφωση περιλαμβάνει δομικές αλλαγές όπως απώλεια κατά περιοχές του επιφανειακού επιθηλίου του αναπνευστικού βλεννογόνου, πάχυνση του δικτυωτού χιτώνα της βασικής μεμβράνης, υποεπιθηλιακή ίνωση, υπερπλασία και υπερτροφία των βρογχικών λείων μυϊκών κυττάρων και διάταση των αγγείων [49-54] Καταστροφή επιθηλίου Η αποκόλληση του επιφανειακού επιθηλίου του αναπνευστικού βλεννογόνου είναι ένα χαρακτηριστικό γνώρισμα της αναδιαμόρφωσης των αεραγωγών [55]. Ο λόγος της καταστροφής του επιθηλίου έχει αποδειχθεί πως οφείλεται σε αυξημένη απόπτωση των επιθηλιακών κυττάρων των ασθματικών ασθενών [56,57], η οποία μπορεί να προκαλείται από την 23

30 υπάρχουσα φλεγμονή [58], καθώς και το μηχανικό stress εξαιτίας της βρογχοσύσπασης [59]. Επίσης, παρατηρείται μεταπλασία του επιθηλίου, υπερπλασία των καλυκοειδών κυττάρων και αυξημένη έκκριση βλέννης Πάχυνση της βασικής μεμβράνης-ίνωση της υποεπιθηλιακής περιοχής Η πάχυνση της βασικής μεμβράνης αποτελεί ένα πολύ σημαντικό χαρακτηριστικό της αναδιαμόρφωσης των αεραγωγών στο άσθμα. Συγκεκριμένα, η βασική μεμβράνη έχει κανονική εμφάνιση στο ηλεκτρονικό μικροσκόπιο σε ασθενείς με άσθμα [60]. Κάτω από τη βασική μεμβράνη, ενώ σε υγιείς ασθενείς υπάρχει ένα αραιό δίκτυο ινιδίων κολλαγόνου, σε ασθματικούς ασθενείς αυτό το δίκτυο καθίσταται πολύ πυκνό. Έτσι, το δικτυωτό πέταλο που εντοπίζεται κάτω από τη βασική μεμβράνη στους βρόγχους σε ασθενείς με άσθμα, έχει περίπου διπλάσιο πάχος από το φυσιολογικό [61]. Ίνωση αυτού του τύπου οφείλεται σε αυξημένη απόθεση εξωκυττάριου στρώματος και συγκεκριμένα κολλαγόνου τύπου Ι, ΙΙΙ, V, ινονεκτίνης, λαμινίνης, τενασκίνης, GAGs και PGs [60,62-66], ενώ η απόθεση κολλαγόνου τύπου IV και ελαστίνης μειώνεται [67]. Αυτή η αυξημένη απόθεση μορίων του εξωκυττάριου χώρου οφείλεται σε ενεργοποίηση των ινοβλαστών [60], η οποία προκαλείται από παραγωγή κυτοκινών και αυξητικών παραγόντων, όπως ο TGF-β και η IL-11, τα οποία παράγονται από δομικά κύτταρα και κύτταρα της φλεγμονής, ειδικά τα ηωσινόφιλα. Η ίνωση σχετίζεται ακόμα με τον αριθμό των μυοϊνοβλαστών που βρίσκονται κάτω από τη δικτυωτή βασική μεμβράνη [68,69] Υπερπλασία και υπερτροφία των λείων μυϊκών κυττάρων των βρόγχων Ο πολλαπλασιασμός των λείων μυών των αεραγωγών περιλαμβάνει υπερτροφία (αύξηση του μεγέθους) και υπερπλασία (αύξηση του αριθμού). Έχει βρεθεί ότι η υπερπλασία των λείων μυών εντοπίζεται στους κεντρικούς αεραγωγούς και η υπερτροφία σε όλο το βρογχικό δέντρο, ακόμα και στα βρογχιόλια [70]. Η υπερπλασία των βρογχικών λείων μυών που έχει ως αποτέλεσμα την αύξηση της μάζας των λείων μυών, στηρίζεται στην ενεργοποίηση της διαδικασίας της μίτωσης [71], στην καταστολή της απόπτωσης των λείων μυϊκών κυττάρων [72], και στη μετανάστευση μεσεγχυματικών κυττάρων στις δέσμες των βρογχικών λείων μυών [73-78]. Μόρια που ενεργοποιούν τη διαδικασία της μίτωσης των λείων μυϊκών κυττάρων περιλαμβάνουν τον TGF-β, τον EGF, τον IGF (αυξητικός παράγοντας ινσουλίνης), τον PDGF (ισομορφές), τον FGF-2, τις β-εξοζαμινιδάσες, την β- γλυκουρονιδάση, την α-θρομβίνη, τις τρυπτάσες, την 1-φωσφορική σφιγκο- 24

31 σίνη, την φαινυλεφρίνη, την σεροτονίνη, την θρομβοξάνη Α2, το λευκοτριένιο D4, το μηχανικό stress και οξειδωτικές ουσίες (ROS) [79]. Ο πολλαπλασιασμός των λείων μυών μπορεί να επηρεάζεται από το γεγονός ότι στους ασθενείς με άσθμα αλλάζει το προφίλ των μορίων του εξωκυττάριου στρώματος καθώς και ότι τα ίδια τα ASMC παράγουν περισσότερους αυξητικούς παράγοντες και μόρια του εξωκυττάριου στρώματος, με αποτέλεσμα να δημιουργείται μία αυτορύθμιση του πολλαπλασιασμού τους [70,78,80,81]. Έχει βρεθεί, ακόμα, πως ο μεταγραφικός παράγοντας C/EBPα που αναστέλλει τον πολλαπλασιασμό των κυττάρων δεν μεταφράζεται στα βρογχικά λεία μυϊκά κύτταρα ασθενών με άσθμα [79]. Η υπερτροφία των λείων μυών που έχει ως αποτέλεσμα την αύξηση της μάζας των λείων μυών μπορεί να προκληθεί από παράγοντες υπερτροφίας, όπως αυξημένα επίπεδα τάσης, τον TGF-β, την IL-1β και την καρδιοτροπίνη [82] Αγγειογένεση και οίδημα αεραγωγών Σε ασθενείς με ήπιο άσθμα έχουν εντοπιστεί αλλαγές στην αγγειοβρίθεια του τοιχώματος των αεραγωγών που είναι αποτέλεσμα της αγγειογένεσης. Η αλλαγή αυτή συμβάλλει στην ανάπτυξη οιδήματος στους αεραγωγούς καθώς και πάχυνσης του τοιχώματός τους [83-86]. Η αυξημένη αγγειοβρίθεια είναι συνδεδεμένη με αυξημένη έκφραση του VEGF που συσχετίζεται με τη δημιουργία οιδήματος Μεταβολή χόνδρινου χιτώνα Οι χόνδροι αποτελούν βασικό στοιχείο της ακεραιότητας και της ακαμψίας του τοιχώματος των αεραγωγών. Δομικές και βιοχημικές αλλαγές στους χόνδρους επηρεάζουν τη λειτουργία των αεραγωγών. Σε ασθενείς με άσθμα έχει διαπιστωθεί ότι υπάρχει μείωση του όγκου των χόνδρων καθώς και απόθεση ινονεκτίνης [87] Αιτιολογία δομικής αναδιαμόρφωσης των αεραγωγών Έχει ήδη αναφερθεί πως η δομική αναδιαμόρφωση των αεραγωγών θεωρείται δευτερογενές σύμπτωμα της χρόνιας φλεγμονής που έχει εγκατασταθεί στους πνεύμονες. Έτσι, επαναληπτικά επεισόδια οξείας αλλεργικής φλεγμονής πυροδοτούν την ενεργοποίηση των σιτευτικών κυττάρων, των T h 2 λεμφοκυττάρων και των ηωσινόφιλων οδηγώντας σε αυξημένη έκκριση μεσολαβητικών ουσιών που προκαλούν διαφοροποίηση των μεσεγχυματικών κυττάρων και αυξημένη παραγωγή μορίων του εξωκυττάριου στρώματος. Η δομική αναδιαμόρφωση των αεραγωγών μπορεί να είναι αποτέλε- 25

32 σμα ανωμαλίας στην επιδιόρθωση του επιθηλίου με απενεργοποίηση της επιθηλιακής μεσεγχυματικής τροφικής μονάδας [88,89]. Η μονάδα αυτή διαδραματίζει σημαντικό ρόλο στις αλληλεπιδράσεις του βρογχικού επιθηλίου με τα μεσεγχυματικά κύτταρα που εντοπίζονται από κάτω, και είναι απαραίτητη για τη διακλάδωση και μορφογένεση των πνευμόνων. Σύμφωνα με αυτή τη θεωρία, οι συνεχείς τραυματισμοί του επιθηλίου έχουν ως αποτέλεσμα την παρατεταμένη ενεργοποίηση της επιθηλιακής μεσεγχυματικής τροφικής μονάδας, όπου στην περίπτωση του άσθματος, κατευθύνει με παθολογικό τρόπο τη δομική αναδιαμόρφωση των αεραγωγών [88,90]. Στο άσθμα, η επιδιόρθωση του επιθηλίου τροποποιείται και προκαλεί έκκριση του επιδερμικού αυξητικού παράγοντα TGF-β1 και του αυξητικού παράγοντα των ινοβλαστών FGF, οι οποίοι προκαλούν διαφοροποίηση και πολλαπλασιασμό των μυοϊνοβλαστών οδηγώντας σε αυξημένη απόθεση εξωκυττάριου στρώματος [91-94]. Η παρεμπόδιση της φυσιολογικής ροής αέρα διαμέσου των αεραγωγών προκαλεί συνεχή αναδίπλωση του τοιχώματος των αεραγωγών δημιουργώντας έντονο μηχανικό stress. Ως αποτέλεσμα στο μηχανικό stress, τα επιθηλιακά κύτταρα αλληλεπιδρούν με τα γειτονικά μεσεγχυματικά κύτταρα με στόχο να ενεργοποιηθεί η επιδιόρθωση του ιστού [95]. In vitro, έχει βρεθεί πως το μηχανικό stress ενεργοποιεί την έκκριση αυξητικών παραγόντων από τα επιθηλιακά κύτταρα, τη διαφοροποίηση των ινοβλαστών και των βρογχικών λείων μυϊκών κυττάρων με αποτέλεσμα τη δημιουργία μίας προινωτικής κατάστασης [95-101]. Τέλος, αξίζει να αναφερθεί, ότι η δομική αναδιαμόρφωση των αεραγωγών που προκαλεί στένωση της διατομής των αεραγωγών, θεωρείται πως προστατεύει από περαιτέρω στένωση των αεραγωγών [102]. Η πάχυνση της βασικής μεμβράνης προστατεύει το συνδετικό ιστό των πνευμόνων από διήθηση κυττάρων της φλεγμονής και πρωτεϊνών, ενώ η πάχυνση του τοιχώματος των αεραγωγών μειώνει την αντιδραστικότητα και σύσπαση των αεραγωγών σε ασθματικούς ασθενείς. Αυτό το φαινόμενο μπορεί να εξηγηθεί και από το γεγονός ότι με την αναδιαμόρφωση οι αεραγωγοί γίνονται πιο άκαμπτοι ώστε να ανταπεξέλθουν στη δυναμική συμπίεση κατά το βρογχοσπασμό[ ] ΧΑΠ Ορισμός Η Χρόνια Αποφρακτική Πνευμονοπάθεια (ΧΑΠ) είναι μία κοινή φλεγμονώδης κατάσταση (φλεγμονώδη αντίδραση των πνευμόνων σε τοξικά σωματίδια ή αέρια) που χαρακτηρίζεται από χρόνια διάχυτη απόφραξη των αεραγωγών. Σύμφωνα με τις θέσεις ομοφωνίας της Ευρωπαϊκής Πνευμονολογικής Εταιρείας, ως ΧΑΠ ορίζεται η διαταραχή που χαρακτηρίζεται από ελάττωση της μέγιστης εκπνευστικής ροής του αέρα, που δεν παρουσιάζει 26

33 διακύμανση με το χρόνο (σε αντίθεση με το άσθμα) και που προοδευτικά επιδεινώνεται και γίνεται μη αναστρέψιμη. Η χρόνια απόφραξη των αεραγωγών οφείλεται σε μεταβολές των μικρών αεραγωγών ή του πνευμονικού παρεγχύματος. Ένα από τα βασικά στοιχεία της ΧΑΠ είναι η ίνωση η οποία προκαλείται ύστερα από αύξηση του συνδετικού ιστού και της θεμέλιας ουσίας. Η ΧΑΠ περιλαμβάνει τα εξής στάδια: α. Χρόνια Βρογχίτιδα, που χαρακτηρίζεται από χρόνιο βήχα, έκκριση βλέννης και απόφραξη των μικρών αεραγωγών, β. Αποφρακτική Βρογχιολίτιδα, που χαρακτηρίζεται από απόφραξη των μικρών αεραγωγών με φλεγμονή και ίνωση και γ. το τελικό στάδιο που είναι το εμφύσημα και που αποτελεί κλινική εκδήλωση της ΧΑΠ συμπεριλαμβάνοντας μεγέθυνση στους αεροθαλάμους, μείωση της ελαστικότητας των κυψελιδικών τοιχωμάτων και χαρακτηρίζεται από συνεχή αποδόμηση του φυσιολογικού πνευμονικού παρεγχύματος που μπορεί να οφείλεται στη μειωμένη αναγέννηση του συνδετικού ιστού [106]. Τα χαρακτηριστικά συμπτώματα της ΧΑΠ είναι βήχας, δύσπνοια, λαχάνιασμα, συριγμός, βρογχίτιδα και συχνές μολύνσεις στους πνεύμονες Επιδημιολογία Η ΧΑΠ έχει υποτιμημένη νοσηρότητα καθώς δεν μπορεί να διαγνωστεί έγκαιρα και με ακρίβεια, ώστε να αντιμετωπιστεί [107]. Σύμφωνα με τον Παγκόσμιο Οργανισμό Υγείας, η ΧΑΠ καταλαμβάνει την 4 η θέση στις αιτίες θανάτου. Επιπροσθέτως, το 2002 υπολογίστηκε πως νοσούν 11,6 / 1000 άνδρες και 8,77 / 1000 γυναίκες παγκοσμίως. Το 2020 η ΧΑΠ προβλέπεται ότι θα αποτελεί την 3 η αιτία θανάτου [108,109] Αιτιολογικοί παράγοντες Μέχρι σήμερα ο μοναδικός γενετικός παράγοντας που προδιαθέτει για ΧΑΠ είναι η κληρονομική έλλειψη της α 1 -αντιθρυψίνης. Η α 1 -αντιθρυψίνη είναι αναστολέας των πρωτεασών σερίνης του ορού, προστατεύοντας με τη δράση της τους ιστούς από αποδόμηση. Η έλλειψή της επηρεάζει περίπου 1 στους άτομα και είναι υπεύθυνη για το 1-3% των ασθενών με ΧΑΠ [110]. Πέρα από το γονίδιο της α1-αντιθρυψίνης, γονίδια που είναι υπεύθυνα για πρωτεόλυση-αντιπρωτεόλυση, ξενοβιοτικό μεταβολισμό, αντιοξειδωτικές λειτουργίες, καθαρισμό βλέννης, και φλεγμονή, μπορεί να συμμετέχουν στην παθογένεση της ΧΑΠ [ ]. Η ελλιπής έμπτυξη των πνευμόνων σε πρόωρα μωρά και η πτωχή δίαιτα σε αντιοξειδωτικά μπορούν να συμβάλλουν στην ανάπτυξη της ΧΑΠ [ ]. Η ΧΑΠ εκδηλώνεται όταν συνδυάζονται γενετικοί και περιβαλλοντικοί παράγοντες. Στις βιομηχανοποιημένες χώρες το κάπνισμα ευθύνεται σε ποσοστό 90% για τη 27

34 ΧΑΠ και αποτελεί τον πιο σημαντικό παράγοντα για την εκδήλωση της ασθένειας [ ]. Παρόλα αυτά υπάρχει μεγάλη διαφοροποίηση στην πνευμονική λειτουργία μεταξύ καπνιστών καθώς μόνο το 10-20% αναπτύσσει κλινικά συμπτώματα που σχετίζονται με ΧΑΠ. Άλλοι ενοχοποιητικοί περιβαλλοντικοί παράγοντες μπορεί να είναι η έκθεση σε σκόνη επαγγελματικών χώρων, χημικά αντιδραστήρια, ατμοσφαιρική ρύπανση και βακτηριακές ή ιικές λοιμώξεις [121] Παθογένεση Στη ΧΑΠ παθολογικές μεταβολές παρατηρούνται στους κεντρικούς και περιφερειακούς αεραγωγούς, στο πνευμονικό παρέγχυμα και στα πνευμονικά αγγεία. Αυτές οι μεταβολές περιλαμβάνουν προοδευτική κατάστροφή και λανθάνουσα επιδιόρθωση του πνευμονικού παρεγχύματος, αποτέλεσμα χρόνιας φλεγμονής στους αεραγωγούς, διαταραχής στην ισορροπία πρωτεασών-αντιπρωτεασών και οξειδωτικού stress. Αναλυτικά στη ΧΑΠ, η επικρατούσα πνευμονική φλεγμονή επηρεάζει τους περιφερειακούς αεραγωγούς και το πνευμονικό παρέγχυμα και σχετίζεται με τη δριμύτητα της περιορισμένης ροής αέρα [ ]. Η φλεγμονή σχετίζεται με τον αυξημένο αριθμό μακροφάγων, ουδετερόφιλων και CD8+ T λεμφοκυττάρων που απελευθερώνουν πολλές μεσολαβητικές ουσίες όπως κυτοκίνες, λευκοτριένια, χημοκίνες, αυξητικούς παράγοντες και πρωτεάσες [ ]. Η δράση της ελαστάσης, των πρωτεασών σερίνης και κυστεΐνης καθώς και των MMPs, έχουν ως στόχο την ελαστίνη και το κολλαγόνο με αποτέλεσμα η ΧΑΠ να χαρακτηρίζεται από μείωση ελαστικότητας και καταστροφής του πνευμονικού παρεγχύματος [134,135]. Τα ουδετερόφιλα εκκρίνουν ελαστάση, καθεψίνες και τις MMP-8 και MMP- 9 που οδηγούν στην αποδόμηση του εξωκυττάριου στρώματος. Τα κυψελιδικά μακροφάγα εκκρίνουν τις MMP-2, MMP-9, MMP-12 και κάθεψίνες [132, ]. Υπό φυσιολογικές συνθήκες οι πρωτεάσες βρίσκονται σε ισορροπία με τους αναστολείς τους, όπως η α1-αντιθρυψίνη και οι TIMPs αλλά αυτή η ισορροπία διαταράσσεται στη ΧΑΠ [135,139]. Οξειδωτικές ουσίες που προέρχονται από το κάπνισμα και τα κύτταρα φλεγμονής ενεργοποιούν τα μακροφάγα που εκκρίνουν μεσολαβητικές ουσίες όπως ο TNF-α, η IL-8 και LTB4. Αυτές οι ουσίες ενεργοποιούν τα ουδετερόφιλα, προκαλούν την καταστροφή των ιστών, τη χρόνια φλεγμονή, διαιωνίζουν τη βρογχοσύσπαση, τη δομική αναδιαμόρφωση των αεραγωγών και την υπερέκκριση βλέννης [124,140,141]. Το κάπνισμα αποτελεί τη σημαντικότερη αιτία της ΧΑΠ, καθώς οι ελεύθερες ρίζες του καπνού μειώνουν την αντιπρωτεασική δράση και ενεργοποιούν τις χημοκίνες των ουδετερόφιλων. Αξίζει να σημειωθεί πως η διακοπή του καπνίσματος θεωρείται απαραίτητη για τη θεραπεία της ΧΑΠ, ενώ η χρόνια φλεγμονή στους αεραγωγούς δεν υποχωρεί πάντα, γεγονός που σημαίνει ότι υπάρχει μηχανισμός που διατηρεί τη 28

35 φλεγμονή εφόσον αυτή εγκατασταθεί [142] Δομική αναδιαμόρφωση αεραγωγών στη ΧΑΠ Στη ΧΑΠ η δομική αναδιαμόρφωση των αεραγωγών εμφανίζεται αρκετά μετά την εμφάνιση της νόσου και σχετίζεται με το κάπνισμα, ενώ εκδηλώνεται κυρίως στους περιφερειακούς βρόγχους και στο πνευμονικό παρέγχυμα Δομική αναδιαμόρφωση περιφερειακών αεραγωγών στη ΧΑΠ Σε ασθενείς με ΧΑΠ, ο βρογχικός βλεννογόνος των περιφερειακών βρόγχων χαρακτηρίζεται από μεταπλασία των επιθηλιακών κυττάρων, υπερπλασία των καλυκοειδών κυττάρων, μεγέθυνση των βλεννογόνων αδένων, υπερτροφία των βρογχικών λείων μυϊκών κυττάρων και διήθηση των κυττάρων της φλεγμονής στους ιστούς [125, ]. Άλλα σημαντικά χαρακτηριστικά της ασθένειας είναι οι αλλαγές στα πνευμονικά αγγεία, όπως η πάχυνση του τοιχώματος των αγγείων, η αγγειογένεση και η αυξημένη αγγειοβρίθεια [85, ]. Αυτές οι παθολογικές αλλαγές οδηγούν στην υπερέκκριση βλέννης, πάχυνση και στένωση του τοιχώματος των αεραγωγών με αποτέλεσμα την παρεμπόδιση της ροής του αέρα στους ασθενείς με ΧΑΠ [127, ] Δομικές αλλαγές πνευμονικού παρεγχύματος στη ΧΑΠ Το εμφύσημα, κλινική εκδήλωση της ΧΑΠ, χαρακτηρίζεται από αποδόμηση του εξωκυττάριου στρώματος του πνευμονικού παρεγχύματος και συγκεκριμένα του κολλαγόνου, της ελαστίνης και των PGs που προσδίδουν την απαραίτητη ελαστικότητα στο πνευμονικό παρέγχυμα ώστε να ανταπεξέλθει στο επαναληπτικό φυσιολογικό stress της αναπνοής [2,154,155]. Η αποδόμηση αυτή έχει ως αποτέλεσμα τη δημιουργία κενών στο συνδετικό ιστό με αποτέλεσμα τη μείωση της ελαστικότητας των πνευμόνων. Παράλληλα με την αποδόμηση των συνδετικού ιστού, έχει διαπιστωθεί και ίνωση τόσο στα τοιχώματα των αεραγωγών όσο και στα κυψελιδικά τοιχώματα, με αυξημένο αριθμό ινοβλαστών. Τέλος, έχει διαπιστωθεί σε ασθενείς με εμφύσημα, αυξημένη απόθεση κολλαγόνου στο πνευμονικό παρέγχυμα που συνδέεται με την αποδόμηση του συνδετικού ιστού [156]. Το εμφύσημα και η ενεργή επιδιόρθωση των ιστών αποτελούν τα κυρίαρχα παθολογικά χαρακτηριστικά των ασθενών με ΧΑΠ, και συμβάλλουν στην παρεμπόδιση της ροής του αέρα στους πνεύμονες. 29

36 Αιτιολογία της δομικής αναδιαμόρφωσης των αεραγωγών στη ΧΑΠ Στη ΧΑΠ όλες οι δομικές αλλαγές οφείλονται στην επαναλαμβανόμενη έκθεση των ασθενών σε καπνό τσιγάρου, περιβαλλοντικούς και επαγγελματικούς ρύπους και, κατά συνέπεια, στη δημιουργία τραύματος και φλεγμονής στους πνεύμονες. Στους περιφερειακούς βρόγχους το μέγεθος της φλεγμονής σχετίζεται με την παθολογική διαδικασία επιδιόρθωσης του τραύματος [157]. Η έναρξη της αποδόμησης του πνευμονικού παρεγχύματος οφείλεται σε διαταραχή της ισορροπίας των ενδογενών πρωτεασών και αντιπρωτεασών στους πνεύμονες. Η διαταραχή αυτή ευνοεί τη δράση των πρωτεασών με αποτέλεσμα την καταστροφή του πνευμονικού ιστού. Το αίτιο της πάχυνσης των τοιχωμάτων των αεραγωγών και της αποδόμησης του πνευμονικού παρεγχύματος σε ασθενείς με ΧΑΠ οφείλεται σε χρόνια φλεγμονή και σε παθολογική διαδικασία επιδιόρθωσης της ιστικής βλάβης Ιστολογικές αλλοιώσεις στο άσθμα και στη ΧΑΠ Οι βρόγχοι φυσιολογικά, καλύπτονται από μονόστιβο επιθήλιο το οποίο είναι συνδεδεμένο με βασική μεμβράνη που αποτελείται από κολλαγόνο τύπου IV, λαμινίνη, ινονεκτίνη και νιδογόνο [1,7,8,158,159]. Κάτω από τη βασική μεμβράνη βρίσκεται το στρώμα που αποτελείται από μεσεγχυματικά κύτταρα, ινοβλάστες και βρογχικά λεία μυϊκά κύτταρα τα οποία βρίσκονται τοποθετημένα μέσα σε συνδετικό ιστό. Ο συνδετικός αυτός ιστός αποτελείται από κολλαγόνο τύπου I και III και ελαστίνη και διαδραματίζει καθοριστικό ρόλο στη δομή και λειτουργικότητα των βρόγχων [2,8,158,160,161]. H αναπνευστική δυσλειτουργία, που αποτελεί κλινικό σημείο των παθήσεων του αναπνευστικού, έχει συσχετιστεί με διαταραχές στη σύνθεση, εναπόθεση και αποδόμηση των μορίων του συνδετικού ιστού. Στο εμφύσημα, που αποτελεί κλινική εκδήλωση της ΧΑΠ, χαρακτηρίζεται από συνεχή αποδόμηση του φυσιολογικού πνευμονικού παρεγχύματος που μπορεί να οφείλεται είτε στη μειωμένη αναγέννηση του συνδετικού ιστού είτε στην αυξημένη δραστηριότητα των MMPs, είτε στην αναστολή των TIMPs. Αντίθετα η παθογένεση της πνευμονικής ίνωσης σχετίζεται με αυξημένη εναπόθεση μορίων του συνδετικού ιστού και επαγωγή αυξητικών παραγόντων όπως ο TGF και ο αυξητικός παράγοντας του συνδετικού ιστού (connective tissue growth factor, CTGF) [ ]. Οι μεταβολές της δομής του συνδετικού ιστού που παρατηρούνται στη ΧΑΠ και στο άσθμα παρουσιάζουν ομοιότητες αλλά και διαφορές. Ένα από τα βασικά χαρακτηριστικά της ΧΑΠ είναι η ίνωση που προκαλείται ύστερα από αύξηση του συνδετικού ιστού και της θεμέλιας ουσίας [ ], ενώ το άσθμα σχετίζεται κυρίως με υπερπλασία των λείων μυϊκών κυττάρων των βρόγχων, πάχυνση της βασικής μεμβράνης και τροποποίηση της σύστασης του 30

37 εξωκυττάριου χώρου [143,167,168]. Στο άσθμα και στη ΧΑΠ, χρόνια ή εμμένουσα φλεγμονή προηγείται της συσσώρευσης μορίων του συνδετικού ιστού στους αεραγωγούς [71,169]. Η έκφραση και εναπόθεση κολλαγόνου τύπου I, III και V αυξάνεται σε ασθματικούς αεραγωγούς, ενώ το κολλαγόνο τύπου IV μειώνεται. Η αγγειογένεση αυξάνεται στο άσθμα αλλά όχι στη ΧΑΠ, ενώ ο χιτώνας των λείων μυϊκών κυττάρων αυξάνεται τόσο στο άσθμα όσο και στη ΧΑΠ, στους μεγάλους και μικρούς βρόγχους αντίστοιχα Σύγκριση χαρακτηριστικών άσθματος και ΧΑΠ Οι διαφορές που παρουσιάζονται στη δομική αναδιαμόρφωση των αεραγωγών μεταξύ άσθματος και ΧΑΠ συγκεντρώνονται στον Πίνακα 1 Δομικές Αλλαγές Άσθμα ΧΑΠ Ανατομική Εντόπιση Μεγάλοι αεραγωγοί Μικροί αεραγωγοί και κυψελίδες Κύτταρα φλεγμονής Σιτευτικά, ηωσινόφιλα, Μακροφάγα, ουδετερόφιλα, CD4+T λεμφοκύτταρα CD8+T λεμφοκύτταρα Καταστροφή επιθηλίου Υπερπλασία καλυκοειδών κυττάρων Μεταπλασία πλακωδών κυττάρων Υπερτροφία βλεννογόνων αδένων Πάχυνση δικτυωτής βασικής μεμβράνης Αυξημένη μάζα λείων μυών Πάχυνση τοιχώματος αεραγωγών Ίνωση αεραγωγών Αγγειογένεση και αυξημένη αγγειοβρίθεια Εμφύσημα Πίνακας 1. Σύγκριση δομικών αλλαγών στο άσθμα και τη ΧΑΠ Κλινική εικόνα του άσθματος και της ΧΑΠ Κλινική εικόνα στο άσθμα Η διάγνωση του βρογχικού άσθματος βασίζεται στο ιστορικό, στη φυσική εξέταση και στα εργαστηριακά ευρήματα. Οι ασθενείς με άσθμα παρουσιάζουν μεγάλη διακύμανση στα συμπτώματα αλλά και στα κλινικά ευρήματα Συμπτώματα Η πιο συχνή κλινική εκδήλωση στο άσθμα είναι η συρίττουσα εκπνευστική δύσπνοια. Συνυπάρχει συνήθως αίσθημα σύσφιξης στο στήθος, έντονος ξηρός παροξυντικός βήχας και ιξώδης απόχρεμψη. Πολύ συχνά εμφανίζονται και συμπτώματα του ανώτερου αναπνευστικού συστήματος, όπως οι κρίσεις πταρμών, η καταρροή και η ρινική απόφραξη. Οι αρχικές 31

38 κρίσεις του βρογχικού άσθματος συνήθως υποχωρούν με ή χωρίς λήψη φαρμάκων. Στις περιπτώσεις που η ασθματική κρίση επιμένει και δεν υποχωρεί παρά τη λήψη κατάλληλης φαρμακευτικής αγωγής γίνεται λόγος για οξύ σοβαρό ασθματικό παροξυσμό Κλινικά ευρήματα Στα κλινικά ευρήματα επικρατεί η παρατεταμένη εκπνευστική φάση της αναπνοής. Ο ασθενής που βρίσκεται σε κρίση βρογχικού άσθματος, βοηθάει την αναπνοή του με τους επικουρικούς αναπνευστικούς μύες και προσπαθεί να «βγάλει τον αέρα από τους πνεύμονες». Ανάλογα με τη βαρύτητα της ασθένειας παρουσιάζεται ταχύπνοια, κυάνωση, διεύρυνση μεσοπλεύριων διαστημάτων κτλ. Κατά την ακρόαση διαπιστώνεται συνήθως μεγάλη παράταση της εκπνοής, ακούγονται όμως και πολλοί ξηροί ρόγχοι Κλινική εξέταση Η μελέτη της αναπνευστικής λειτουργίας αποτελεί βασικό στοιχείο στη διάγνωση και εκτίμηση της βαρύτητας του βρογχικού άσθματος. Οι μετρήσεις της ζωτικής χωρητικότητας σε συνδυασμό με μετρήσεις του μετά από προσπάθεια εκπνεόμενου όγκου στο πρώτο δευτερόλεπτο (FEV 1 ) με σπιρόμετρο και της μέγιστης εκπνευστικής ροής (PEF) με ροόμετρο αρκούν, για να αποδειχθεί η ύπαρξη βρογχικού άσθματος στην έξαρση της νόσου, αλλά και για να εκτιμηθεί η πορεία της νόσου Κλινική εικόνα στη ΧΑΠ Η ΧΑΠ περιλαμβάνει την απλή χρόνια βρογχίτιδα, τη λοιμώδη χρόνια βρογχίτιδα, και την αποφρακτική χρόνια βρογχίτιδα Συμπτώματα και κλινικά ευρήματα Α. Απλή χρόνια βρογχίτιδα Εμφανίζεται αρχικά με βήχα και απόχρεμψη, ενώ τα συμπτώματα αποδίδονται στο κάπνισμα. Πιθανή λοίμωξη του αναπνευστικού προκαλεί επιδείνωση των συμπτωμάτων. Β. Λοιμώδης χρόνια βρογχίτιδα Κατά τους χειμερινούς μήνες εμφανίζονται ιογενείς λοιμώξεις του αναπνευστικού που προκαλούν έξαρση των συμπτωμάτων στους ασθενείς, όπως κακουχία, πυρετός, αύξηση της ποσότητας της απόχρεμψης. Ο αιμό- 32

39 φιλος της ινφλουέντσας και ο πνευμονιόκοκκος είναι οι κύριοι αιτιολογικοί παράγοντες. Γ. Αποφρακτική χρόνια βρογχίτιδα Κυρίαρχο σύμπτωμα της απόφραξης είναι η δύσπνοια κατά την κόπωση που επιδεινώνεται με την πάροδο του χρόνου. Άτομα με περιορισμένες δραστηριότητες δεν αντιλαμβάνονται έγκαιρα το σύμπτωμα αυτό. Νυχτερινός βήχας με συνοδό δύσπνοια αποτελεί συχνό σύμπτωμα. Η ετήσια ελάττωση του FEV 1 των ασθενών που νοσούν από ΧΑΠ είναι μεγαλύτερη από 80 ml ενώ δεν υπερβαίνει τα 40 ml σε υγιείς. Ανάλογα με την αναπνευστική ώση που εμφανίζουν οι ασθενείς, η απόφραξη διαχωρίζεται σε: 1. Εμφυσηματικού τύπου Οι ασθενείς αυτοί εμφανίζουν αυξημένη αναπνευστική ώση και τείνουν να υπεραερίζονται. Παρουσιάζουν έντονη δύσπνοια και χρησιμοποιούν τους επικουρικούς αναπνευστικούς μύες. Εμφανίζουν ακόμα μικρή απόχρεμψη και σπάνια, παρατηρείται δεξιά καρδιακή ανεπάρκεια. Λόγω της ταυτόχρονης διαταραχής του αερισμού και της αιμάτωσης του πνεύμονα δεν παρατηρείται έντονη διαταραχή στα αέρια αίματος. 2. Βρογχιτιδικού τύπου Οι ασθενείς τείνουν να υποαερίζονται και δεν εμφανίζουν ιδιαίτερη δύσπνοια. Είναι παχύσαρκοι με άφθονη απόχρεμψη και συχνά επεισόδια λοιμώξεων. Λόγω της διαταραχής του αερισμού και της αιμάτωσης του πνεύμονα παρατηρούνται διαταραχές στη μερική πίεση Ο 2 και CO 2 του αρτηριακού αίματος και αντιρροπιστική κατακράτηση διτταναθρακικών Κλινικά ευρήματα Η ήπια βρογχική απόφραξη δεν εμφανίζει ιδιαίτερα κλινικά ευρήματα. Η μεγάλη ελάττωση των εκπνευστικών ροών οδηγεί σε υπερδιάταση του θώρακα. Ακροαστικά, παρατηρείται παράταση της εκπνοής, ξηροί ρόγχοι και ελάττωση του αναπνευστικού ψιθυρίσματος. Σε σοβαρές περιπτώσεις κάματου εμφανίζεται ταχύπνοια και παράδοξη αναπνοή. Σε σοβαρή βρογχίτιδα εμφανίζεται διάταση των κλάδων της πνευμονικής αρτηρίας και μεγαλοκαρδία. Οι εμφυσηματικού τύπου ασθενείς εμφανίζουν υπερδιάταση των πνευμόνων με αύξηση της ολικής πνευμονικής χωρητικότητας (TLC), αύξηση της ενδοτικότητας, ελάττωση του δείκτη διάχυσης και σχετικά φυσιολογική τη σχέση αερισμού-αιμάτωσης. Οι βρογχιτιδικού τύπου ασθε- 33

40 νείς δεν εμφανίζουν υπερδιάταση, διατηρούν φυσιολογική ενδοτικότητα και δείκτη διάχυσης, ενώ η σχέση αερισμού-αιμάτωσης είναι διαταραγμένη. Η υπερδιάταση των πνευμόνων θέτει σε μειονεκτική θέση το διάφραγμα και προκαλεί δυσλειτουργία των αναπνευστικών μυών Κλινική εξέταση Οι μετρήσεις της αναπνευστικής λειτουργίας είναι απαραίτητες για τη διάγνωση των χρόνιων αποφρακτικών πνευμονοπαθειών και για τη διαβάθμιση της βαρύτητας τους. Η ύπαρξη περιορισμού των εκπνευστικών ροών ανιχνεύεται από την ελάττωση της σχέσης του FEV 1 προς τη ζωτική χωρητικότητα VC. Η σχέση αυτή είναι σχετικά ευαίσθητη για τη διαπίστωση ήπιας απόφραξης των αεραγωγών. Για μέτρια ή σοβαρή απόφραξη καλύτερη είναι η μέτρηση του FEV 1 σε σχέση προς τις προβλεπόμενες τιμές για υγιή άτομα. Οι εμφυσηματικοί ασθενείς εμφανίζουν ελαφρά υποξυγοναιμία και φυσιολογική μερική πίεση CO 2, ενώ οι βρογχιτιδικοί παρουσιάζουν ελάττωση της μερικής πίεσης Ο 2 και αύξηση της μερικής πίεσης CO 2. Η ακτινογραφία θώρακα μπορεί να δώσει σαφή διάγνωση σε ΧΑΠ σοβαρής απόφραξης. Η αξονική τομογραφία αποτελεί ιδιαίτερα ευαίσθητη μέθοδο διάγνωσης του εμφυσήματος Θεραπεία άσθματος και ΧΑΠ Μέχρι σήμερα δεν υπάρχει θεραπεία για το άσθμα και τη ΧΑΠ. Η διαθέσιμη φαρμακοθεραπεία είναι αποτελεσματική στην αντιμετώπιση των συμπτωμάτων των εν λόγω ασθενειών αλλά όχι στη θεραπεία τους. Η βάση της θεραπείας για το άσθμα περιλαμβάνει μακροχρόνια αντιμετώπιση της φλεγμονής των αεραγωγών με τη χρήση κορτικοστεροειδών και ανακούφιση του βρογχοσπασμού των αεραγωγών με βρογχοδιαστολείς, όπως οι μακράς δράσης β 2 -αδρενεργικοί αγωνιστές. Για τη ΧΑΠ καμία θεραπεία δεν είναι αποτελεσματική για τη διακοπή της εξέλιξης της ασθένειας, αλλά υπάρχουν θεραπείες που μειώνουν τα συμπτώματα, τον αριθμό και τη δριμύτητα των επεισοδίων. Φάρμακα πρώτης γραμμής για τη ΧΑΠ αποτελούν τα βρογχοδιασταλτικά, αντιχολινεργικά ή β 2 -αδρενεργικοί αγωνιστές, που χορηγούνται σε συμπτωματικούς ασθενείς με ΧΑΠ [ ]. Επιπροσθέτως, μεγάλες δόσεις εισπνεόμενων κορτικοστεροειδών χορηγούνται σε ασθενείς με βαριά συμπτώματα της ασθένειας, ώστε να μειωθεί η συχνότητα και η δριμύτητα των επεισοδίων [ ]. Η φλεγμονή στη ΧΑΠ παρουσιάζει μεγάλη αντίσταση στην αντιφλεγμονώδη δράση των κορτικοστεροειδών [ ]. Αυτή η αντίσταση φαίνεται να οφείλεται στη μειωμένη ενεργότητα του ενζύμου HDAC-2 (αποακετυλάση ιστόνης-2) που εντοπίζεται στον πυρήνα και η δράση του είναι απαραίτητη για την καταστολή της μεταγραφής των γονιδίων, που είναι 34

41 υπεύθυνα για την προαγωγή της φλεγμονής, από τα κορτικοστεροειδή [ ] β 2 -αδρενεργικοί αγωνιστές μακράς διάρκειας δράσης Εισπνεόμενοι εκλεκτικοί β 2 -αδρενεργικοί αγωνιστές μακράς διάρκειας δράσης είναι η φορμοτερόλη και η σαλμετερόλη. Είναι χημικά ανάλογα της αλβουτερόλης, αλλά διαφέρουν στο ότι διαθέτουν μια μακριά λιπόφιλη πλάγια άλυσο που αυξάνει τη συγγένεια του φαρμάκου για το β 2 -αδρενεργικό υποδοχέα. Η σαλμετερόλη και η φορμοτερόλη έχουν μακρά διάρκεια δράσης, εξασφαλίζοντας, έτσι, βρογχοδιαστολή για τουλάχιστον 12 h. Η σαλμετερόλη είναι ιδιαίτερα λιπόφιλη και διαχέεται μέσω της λιπιδικής διπλοστιβάδας στη μεμβράνη των μυϊκών κυττάρων για να συνδεθεί με τους β 2 υποδοχείς, γεγονός που εξηγεί τη βραδεία έναρξη και τη μεγαλύτερη διάρκεια δράσης. Η φορμοτερόλη που είναι λιγότερο λιπόφιλη, έχει πολύ γρήγορη έναρξη δράσης, παρόμοια με αυτή των β 2 -αγωνιστών βραχείας δράσης, και πιστεύεται ότι εναποτίθεται στη λιπιδική διπλοστιβάδα δημιουργώντας ένα απόθεμα, πράγμα που αποδεικνύεται από τη μεγάλη διάρκεια δράσης της [184,185]. Να σημειωθεί ότι οι εισπνεόμενοι εκλεκτικοί β 2 - αδρενεργικοί βρογχοδιαστολείς μακράς διάρκειας δράσης δεν παρουσιάζουν αντιφλεγμονώδη δράση Μηχανισμός δράσης Οι εισπνεόμενοι εκλεκτικοί β 2 -αδρενεργικοί αγωνιστές μακράς διάρκειας δράσης ασκούν τη βρογχοδιασταλτική τους δράση μέσω της ενεργοποίησης των β 2 -αδρενεργικών υποδοχέων στην κυτταρική μεμβράνη. Οι β 2 -αδρενεργικοί υποδοχείς είναι μέλη της κατηγορίας υποδοχέων που συνδέονται με G-πρωτεΐνες. Μετά τη σύνδεση του αγωνιστή με τον υποδοχέα, ενεργοποιούνται οι G-πρωτεΐνες που με τη σειρά τους προκαλούν ενεργοποίηση της αδενυλικής κυκλάσης. Αυτή η διαδικασία οδηγεί στην παραγωγή κυκλικής μονοφωσφορικής αδενοσίνης και μεταγενέστερα στην ενεργοποίηση της πρωτεϊνικής κινάσης Α, η οποία φωσφορυλιώνει ενδοκυττάριες ρυθμιστικές πρωτεΐνες που συμμετέχουν στη ρύθμιση του μυϊκού τόνου, όπως η κινάση της ελαφριάς αλυσίδας της μυοσίνης. Αυξημένη συγκέντρωση camp έχει ως αποτέλεσμα την αναστολή απελευθέρωσης του ενδοκυττάριου ασβεστίου, οδηγώντας σε χάλαση των βρογχικών λείων μυϊκών κυττάρων [186]. Η δράση των β 2 -αδρενεργικών αγωνιστών δεν είναι μόνο βρογχοδιασταλτική, αλλά ενεργούν και ως αναστολείς των διαμεσολαβητικών μορίων της φλεγμονής, ενώ παρεμποδίζουν, επίσης, τη διαρροή πλάσματος [187,188]. Η φορμοτερόλη, συγκεκριμένα, αναστέλλει την απελευθέρωση της ισταμίνης και των λευκοτριενίων από τους ευαισθητοποιημένους ανθρώπινους βρόγχους. Σε μελέτες με πειραματόζωα, η φορμο- 35

42 τερόλη έχει βρεθεί ότι έχει μερικές αντιφλεγμονώδεις ιδιότητες, όπως ανασταλτική δράση στο οίδημα και στη συγκέντρωση των φλεγμονωδών κυττάρων. Σε ανθρώπους, αναστέλλει το βρογχόσπασμο που προκαλείται από αλλεργιογόνα, άσκηση, ψυχρό αέρα, ισταμίνη ή μεταχολίνη Κλινική εμπειρία από τη χρήση των β 2 -αδρενεργικών αγωνιστών Οι β 2 -αδρενεργικοί αγωνιστές είναι ισχυρά εργαλεία στην ανακούφιση του βρογχόσπασμου που σχετίζεται με το άσθμα. Η πιο σημαντική δράση τους είναι η πρόκληση χάλασης των λείων μυϊκών ινών των αεραγωγών, μέσω της σύνδεσής τους με τους β-αδρενεργικούς υποδοχείς τους [185]. Τα αποτελέσματα μακροχρόνιων ερευνών (Salmeterol Off CorticoSteroids) [189] έδειξαν ότι οι β 2 -αδρενεργικοί αγωνιστές δεν μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως μονοθεραπεία στο επίμονο άσθμα. Η πρώτη κλινική μελέτη που πρότεινε ότι οι β 2 -αδρενεργικοί αγωνιστές μπορούν να δράσουν ως κάτι παραπάνω από βρογχοδιαστολείς ήταν η FACET (Formoterol And Corticosteroids Establishing Therapy) [190]. Αποδείχθηκε ότι ο συνδυασμός μακράς διάρκειας δράσης β 2 -αδρενεργικών αγωνιστών και κορτικοστεροειδών μειώνει τις κρίσεις άσθματος σε μεγαλύτερο ποσοστό ακόμα και από την υψηλότερη δυνατή δόση κορτικοστεροειδών [191], υποδηλώνοντας αντιφλεγμονώδη δράση των μακράς διάρκειας δράσης β 2 -αδρενεργικών αγωνιστών όταν χρησιμοποιούνται σε συνδυασμό με κορτικοστεροειδή [ ] Ανεπιθύμητες ενέργειες Η χρήση β 2 -αδρενεργικών αγωνιστών μπορεί συχνά να προκαλέσει τρόμο και λιγότερο συχνά μυϊκές κράμπες και μυαλγίες. Ακόμα, συχνές ανεπιθύμητες ενέργειες είναι η αίσθηση των παλμών, η ταχυκαρδία και πιο σπάνιες οι αρρυθμίες, η κολπική μαρμαρυγή, η υπερκοιλιακή ταχυκαρδία και οι έκτακτες συστολές. Σε πολύ σπάνιες περιπτώσεις (συμπεριλαμβανομένων και των μεμονωμένων περιπτώσεων) προκαλούν στηθάγχη, επιμήκυνση του διαστήματος QTc, μεταβολές στην αρτηριακή πίεση (αύξηση ή μείωση), υπεργλυκαιμία, αντιδράσεις υπερευαισθησίας, αγγειονευρωτικό οίδημα, ταραχή, ζάλη, άγχος, νευρικότητα, αϋπνία, διέγερση, ανησυχία ενώ λιγότερο σπάνια υποκαλιαιμία, εξάνθημα, κνίδωση, κνησμό, πονοκέφαλο, στοματοφαρυγγικό ερεθισμό και διαταραχή της γεύσης. Οι τοξικές ανεπιθύμητες ενέργειες, όπως η ταχυκαρδία, η υπεργλυκαιμία, η υποκαλιαιμία και η υπομαγνησιαιμία, ελαχιστοποιούνται όταν τα φάρμακα χορηγούνται με εισπνοή και όχι από συστηματικές οδούς. Μπορεί να εμφανιστεί ανθεκτικότητα στις δράσεις των β 2 -αδρενεργικών αγωνιστών στους ιστούς πλην των αεραγωγών, σε φυσιολογικές δόσεις, όμως, είναι ασυνήθιστο. 36

43 Κορτικοστεροειδή Εισπνεόμενα κορτικοστεροειδή, όπως η βουδεσονίδη και η φλουτικαζόνη αποτελούν τους πιο αποτελεσματικούς αντιφλεγμονώδεις παράγοντες που είναι διαθέσιμοι για τη μακράς διάρκειας αντιμετώπιση του άσθματος. Μειώνουν τα συμπτώματα της ασθένειας αναστέλλοντας τη διήθηση των κυττάρων της φλεγμονής στο βρογχικό βλεννογόνο και μειώνουν τις διαμεσολαβητικές ουσίες της φλεγμονής [195] Μηχανισμός δράσης Η κυρίαρχη αντιφλεγμονώδης δράση των κορτικοστεροειδών ασκείται αναστέλλοντας τη μεταγραφή των γονιδίων της φλεγμονής μέσω αλληλεπιδράσεων του ενεργοποιημένου υποδοχέα των γλυκοκορτικοειδών (GR) με προφλεγμονώδεις μεταγραφικούς παράγοντες όπως ο NF-κB (πυρηνικός παράγοντας κάππα βήττα) [ ]. Τα κορτικοστεροειδή διαχέονται μέσω της κυτταρικής μεμβράνης και συνδέονται με τον GR στο κυτταρόπλασμα. Όταν ο GR είναι ελεύθερος παραμένει στο κυτταρόπλασμα και συνδέεται με διαφορετικές πρωτεΐνες, περιλαμβάνοντας και το μοριακό συνοδό πρωτεϊνών θερμικού πλήγματος 90 (Hsp90). Όταν συνδέεται με κορτικοστεροειδή, ο GR αλλάζει διαμόρφωση, αποσυνδέεται από την Hsp90, και το σύμπλοκο κορτικοστεροειδούς-gr μετατοπίζεται στον πυρήνα. Ακολούθως, το σύμπλοκο κορτικοστεροειδούς-gr αναστέλλει την ακετυλίωση των ιστονών στο σημείο μεταγραφής των γονιδίων φλεγμονής, είτε με απευθείας σύνδεση με τους συνδεδεμένους συνενεργοποιητές του NF-κB, είτε με την ανάκτηση του ενζύμου HDAC-2, οδηγώντας σε αναστολή της μεταγραφής των ενεργοποιημένων γονιδίων της φλεγμονής [204,205]. Τα κορτικοστεροειδή μπορούν ακόμα να ενεργοποιήσουν την έκφραση των αντιφλεγμονωδών γονιδίων. Το ενεργοποιημένο σύμπλοκο κορτικοστεροειδούς-gr μεταφέρεται στον πυρήνα, δημιουργεί διμερή και αλληλεπιδρά με τα στοιχεία απόκρισης στα γλυκοκορτικοειδή (GRE), στην περιοχή του υποκινητή των γονιδίων ευαίσθητων στα κορτικοστεροειδή. Οι αλληλεπιδράσεις GR-GRE οδηγούν σε ανάκτηση των μορίων των συνενεργοποιητών, όπως η CREB προσδένουσα πρωτεΐνη (CBP), που έχει ως αποτέλεσμα την ακετυλίωση της ιστόνης, ξεδίπλωμα της χρωματίνης και μεταγραφή των γονιδίων που κωδικοποιούν πρωτεΐνες με αντιφλεγμονώδη δράση [202,206]. Όπως ήδη έχει αναφερθεί, τα κορτικοστεροειδή δεν έχουν αποτέλεσμα στους ασθενείς με ΧΑΠ. Υψηλές δόσεις κορτικοστεροειδών δεν έχουν ανασταλτικό αποτέλεσμα ούτε στα κύτταρα της φλεγμονής, ούτε στις κυτοκίνες, αλλά ούτε και στη διαταραχή της ισορροπίας των πρωτεασών-αντιπρωτεασών που διαπιστώνεται στους ασθενείς με ΧΑΠ [ ]. Αυτή η απουσία αντίδρασης των κορτικοστεροειδών μπορεί να οφείλεται στο αυξημένο οξειδωτικό stress που προκαλείται από το κάπνισμα και οδηγεί στη μειωμένη ενεργότητα του 37

44 ενζύμου HDAC-2 [181,183]. Πρόσφατα, το βρογχοδιασταλτικό θεοφυλλίνη έδειξε ότι ενεργοποιεί τη δράση της HDAC-2 σε ασθενείς με ΧΑΠ, αποκαθιστώντας την αντιφλεγμονώδη δράση των κορτικοστεροειδών [207] Κλινική εμπειρία από τη χρήση των κορτικοστεροειδών Τα εισπνεόμενα κορτικοστεροειδή βελτιώνουν την υπερευαισθησία και τη λειτουργία των πνευμόνων, μειώνουν τις κρίσεις και γενικά στους περισσότερους ασθενείς με άσθμα (ανεξάρτητα από τη σοβαρότητα της ασθένειας) βελτιώνουν την κατάσταση της υγείας τους [208]. Ορισμένες επιδράσεις των εισπνεόμενων κορτικοστεροειδών εμφανίζονται άμεσα μετά την έναρξη της θεραπείας, ενώ κάποιες άλλες μετά από κάποιο χρονικό διάστημα. Έτσι, η μεγάλη διάρκεια της θεραπείας βελτιώνει την υπερευαισθησία των πνευμόνων [209], ενώ παράλληλα διατηρείται η βελτιωμένη πνευμονική λειτουργία που διαπιστώνεται άμεσα με τη χορήγηση των κορτικοστεροειδών [209,210] Ανεπιθύμητες ενέργειες Η μακροχρόνια χρήση κορτικοστεροειδών μπορεί να έχει πολλές ανεπιθύμητες ενέργειες στις οποίες συμπεριλαμβάνεται η ανακατανομή λίπους, η αυξημένη όρεξη, διαταραχές στα επίπεδα γλυκόζης αίματος και η πρόσληψη βάρους. Ασθενείς που λαμβάνουν υψηλές δόσεις κορτικοστεροειδών μπορεί να παρουσιάσουν καταστολή των επινεφριδίων, μειωμένη οστική πυκνότητα και εύκολη εμφάνιση μωλώπων. Στις τοπικές ανεπιθύμητες ενέργειες από εισπνεόμενα κορτικοστεροειδή συμπεριλαμβάνεται η καντιντίαση του στοματοφάρυγγα (λοίμωξη του στόματος) και η δυσφωνία (βράγχος φωνής). Ο κίνδυνος εμφάνισης αυτών των ανεπιθύμητων ενεργειών μπορεί να ελαχιστοποιηθεί με το ξέπλυμα του στόματος με νερό μετά από τη χρήση συσκευής εισπνοών, καθώς και με τη χρήση αεροθαλάμου, η οποία αυξάνει την ποσότητα του φαρμάκου που φθάνει απευθείας στους πνεύμονες. Υπάρχουν ακόμη νέες συσκευές που μειώνουν την εναπόθεση του φαρμάκου στο στόμα και το φάρυγγα. Οι ανησυχίες των ασθενών σχετικά με τις ανεπιθύμητες ενέργειες των κορτικοστεροειδών μπορεί να οδηγήσουν στη διακοπή της θεραπείας μόλις ρυθμιστούν τα συμπτώματά τους, γεγονός που μπορεί να οδηγήσει σε επανεμφάνιση των συμπτωμάτων και παροξύνσεις άσθματος [211]. Οι κατευθυντήριες οδηγίες για τη διαχείριση του άσθματος συνιστούν χρήση της ελάχιστης αποτελεσματικής δόσης κορτικοστεροειδών για τη ρύθμιση του άσθματος, ώστε να ελαχιστοποιηθεί ο κίνδυνος εμφάνισης ανεπιθύμητων ενεργειών. Τα γλυκοκορτικοειδή που χορηγούνται από το στόμα ή παρεντερικώς έχουν πληθώρα δυνητικά σοβαρών ανεπιθύμητων ενεργειών. Ωστόσο, τα εισπνεόμενα γλυκοκορτικοειδή, ειδικά όταν χορηγούνται με αεροθάλαμο 38

45 (spacer), έχουν ελάχιστες συστηματικές δράσεις. Ο κίνδυνος αναστολής της ανάπτυξης των παιδιών από τα κορτικοστεροειδή είναι αμελητέος και υποσκελίζεται κατά πολύ από τις θετικές ενέργειες της χρήσης εισπνεόμενων στεροειδών. Η στοματοφαρυγγική καντιντίαση μπορεί να αποτελέσει πρόβλημα σε ασθενείς που εισπνέουν γλυκοκορτικοειδή, ειδικότερα σε ανοσοκατεσταλμένους ασθενείς. Οι συσκευές καθορισμένης δράσης ελαχιστοποιούν το πρόβλημα της καταστολής των επινεφριδίων, μειώνοντας το ποσό του γλυκοκορτικοειδούς που εναποτίθεται στο στοματοφάρυγγα Συνδυασμός φαρμάκων Ο συνδυασμός κορτικοστεροειδών και β 2 -αδρενεργικών αγωνιστών μακράς διάρκειας δράσης έχει καλύτερο θεραπευτικό αποτέλεσμα από ότι οι υψηλότερες δόσεις των κορτικοστεροειδών σε μονοθεραπεία, σε ασθενείς με άσθμα [190, ] ή ΧΑΠ [215,216]. Ο συνδυασμός των φαρμάκων έχει ως αποτέλεσμα τη βελτίωση των συμπτωμάτων των ασθενειών ενώ παρατηρείται συνεργιστική μείωση της φλεγμονής των αεραγωγών. Τα οφέλη του συνδυασμού των κορτικοστεροειδών και β 2 -αδρενεργικών αγωνιστών μακράς διάρκειας δράσης οφείλονται στους ειδικούς μηχανισμούς δράσης του κάθε φαρμάκου (αντιφλεγμονώδη δράση και βρογχοδιαστολή αντίστοιχα), ενώ κάποια από τα επιπρόσθετα αποτελέσματα αποδίδονται στην ικανότητα των β 2 -αδρενεργικών αγωνιστών μακράς διάρκειας δράσης να ενισχύουν την ενεργοποίηση του GR και τη μετάθεσή του στον πυρήνα καθώς και στην ικανότητα των κορτικοστεροειδών να επάγουν τη σύνθεση των β 2 -αδρενεργικών υποδοχέων [188, ]. Μεγάλες κλινικές μελέτες που έχουν πραγματοποιηθεί, (GOAL, Gaining Optimal Asthma control [221], OPTIMA, Oxis and Pulmicort Turbuhaler In the Management of Asthma [213], SMART, Symbicort as Maintenance And Reliever Therapy [185]), επιβεβαιώνουν ότι ο συνδυασμός κορτικοστεροειδών και β 2 -αδρενεργικών αγωνιστών μακράς διάρκειας δράσης επιτυγχάνουν την καλύτερη ρύθμιση των κρίσεων των ασθενών με άσθμα Αποτέλεσμα δράσης του συνδυασμού των κορτικοστεροειδών και των β 2 -αδρενεργικών αγωνιστών μακράς διάρκειας δράσης, στην δομική αναδιαμόρφωση των αεραγωγών Τα κορτικοστεροειδή και οι β 2 -αδρενεργικοί αγωνιστές μακράς διάρκειας δράσης χρησιμοποιούνται στη θεραπεία της φλεγμονής των αεραγωγών και έχει δειχθεί ότι επηρεάζουν την αναδόμηση των αεραγωγών και τη σύνθεση του εξωκυττάριου χώρου του πνεύμονα [64,222]. Η θεραπεία του άσθματος με κατάλληλη δοσολογία εισπνεόμενων κορτικοστεροειδών 39

46 μπορεί να αναστείλει την υπερπλασία των καλυκοειδών κυττάρων και τη δημιουργία φυσιολογικού επιθηλίου [223]. Η αγωγή μικρής διάρκειας με κορτικοστεροειδή δεν προκαλεί κάποια αλλαγή στην πάχυνση της βασικής μεμβράνης των βρόγχων ασθενών με άσθμα [ ], ενώ θεραπεία μεγαλύτερης διάρκειας είχε ως αποτέλεσμα τη μείωσή της. Η μείωση αυτή επιτυγχάνεται μέσω της ελαττωμένης απόθεσης εξωκυττάριου στρώματος, αυξητικών παραγόντων και της έκφρασης των MMPs [64,160, ]. Θεραπεία με εισπνεόμενα κορτικοστεροειδή προκαλεί μείωση στην αγγειοβρίθεια του υποβλεννογόνου των αεραγωγών σε ασθενείς με άσθμα [84,233,234]. Τα κορτικοστεροειδή αναστέλλουν τον πολλαπλασιασμό των λείων μυϊκών κυττάρων από αεραγωγούς (ASMC) υγειών ατόμων [235], ενώ η έλλειψη του παράγοντα C/EBPα φαίνεται να είναι υπεύθυνη για την ενίσχυση του πολλαπλασιασμού των ASMC σε ασθενείς με άσθμα καθώς και για το γεγονός ότι η θεραπεία με κορτικοστεροειδή αποτυγχάνει να αναστείλει τον πολλαπλασιασμό τους in vitro [79,236]. Οι β 2 -αδρενεργικοί αγωνιστές μακράς διάρκειας δράσης μειώνουν την αγγειοβρίθεια των αεραγωγών σε ασθενείς με άσθμα [237], καθώς και τον πολλαπλασιασμό των ASMC υγειών ατόμων [238]. Τέλος, ο συνδυασμός κορτικοστεροειδών και β 2 -αγωνιστών αναστέλλει τον πολλαπλασιασμό των ASMC σε μεγαλύτερο βαθμό από ότι το κάθε φάρμακο ξεχωριστά μέσω της συγχρονισμένης ενεργοποίησης του GR και του C/EBPα [239] Άλλες κατηγορίες φαρμάκων που χορηγούνται στις πνευμονικές παθήσεις Ανταγωνιστές του υποδοχέα των λευκοτριενίων, που δρουν κατάσταλτικά στην φλεγμονή και ασκούν και βρογχοδιασταλτική δράση χρησιμοποιήθηκαν πριν μερικά χρόνια με επιτυχία για τη θεραπεία του άσθματος [240]. Η αποτελεσματικότητά τους βέβαια είναι μικρότερη από το συνδυασμό κορτικοστεροειδών και β 2 -αδρενεργικών αγωνιστών μακράς διάρκειας δράσης. Αρκετές έρευνες για τη θεραπεία του άσθματος στοχεύουν στην αναστολή των κυτοκινών που παράγονται από τα T h 2 λεμφοκύτταρα [241,242]. Για παράδειγμα, ένα μονοκλωνικό αντίσωμα για την IL-5 κατάφερε να μειώσει την κυκλοφορία των ηωσινόφιλων μετά από αλλεργική αντίδραση αλλά δεν είχε κανένα αποτέλεσμα στο βρογχοσπασμό που προκαλείται [243]. Το LTB4 είναι μια ισχυρή χημειοτακτική ουσία για τα ουδετερόφιλα και τα ηωσινόφιλα, ενώ τα LTC4, LTD4 και LTE4 συσπούν τους λείους μυς των βρογχιολίων, αυξάνουν τη διαπερατότητα των τριχοειδών και προάγουν την έκκριση βλέννης. Όλα είναι παράγωγα της οδού της 5-λιποξυγονάσης του μεταβολισμού του αραχιδονικού οξέος. Η ζιλεουτόνη είναι ένας εκλεκτικός και ειδικός αναστολέας της 5-λιποξυγονάσης, που αναστέλλει την παραγωγή τόσο του LTB4, όσο και των κυστεϊνυλικών λευκοτριενίων. Η ζαφιρλουκάστη και η μοντελουκάστη είναι 40

47 εκλεκτικοί, αναστρέψιμοι αναστολείς του υποδοχέα των κυστεϊνυλικών λευκοτριενίων, αναστέλλοντας έτσι τη δράση τους. Η ομαλιζουμάμπη είναι ένα μονοκλωνικό αντίσωμα που παρασκευάζεται από ανασυνδυασμένο DNA, το οποίο αναστέλλει εκλεκτικά την ανοσοσφαιρίνη IgE. Εμφανίζει θετικά αποτελέσματα στην εξασθένιση της αλλεργικής απάντησης και βελτιώνει τα συμπτώματα και τις εξάρσεις του άσθματος. Χρησιμοποιείται στη θεραπεία των ασθενών με άσθμα που δεν παρουσιάζουν βελτίωση με κορτικοστεροειδή και β 2 - αδρενεργικούς αγωνιστές [244,245]. 4. Συνδετικός ιστός -Γενικά Ο συνδετικός ιστός αποτελείται, γενικά, από έναν τοπικό πληθυσμό κυττάρων που περικλείεται από ίνες και άμορφη θεμέλια ουσία. Συνδέει και σταθεροποιεί διάφορες δομές του σώματος, παρέχοντας, έτσι, υποστήριξη στο σώμα και τα όργανα. Εξυπηρετεί πολλαπλές λειτουργίες: προσδίδει στον οργανισμό σχήμα και μηχανική υποστήριξη υποστηρίζοντας το σχήμα των κυττάρων, των ιστών και των οργάνων, ρυθμίζει την κυτταρική μετανάστευση, ανάπτυξη και διαφοροποίηση. Είναι απαραίτητος για την προστασία του σώματος, τόσο συνεργαζόμενος με τους αμυντικούς μηχανισμούς που αναπτύσσονται ενάντια σε μία φλεγμονή, όσο και ενάντια σε ένα φυσικό ή χημικό τραυματισμό. Περιέχει κύτταρα και μεταβολίτες που διαδραματίζουν σημαντικό ρόλο στον ανοσοποιητικό μηχανισμό, όπως σε μια φλεγμονή, στην ανάπλαση των ιστών και οργάνων καθώς και στην επούλωση των ιστών μετά από τραυματισμό. Η λειτουργία του συνδετικού ιστού είναι να μεσολαβεί με τα διάφορα συστατικά του, από τα οποία τα περισσότερα είναι μακρομόρια που αλληλεπιδρούν μεταξύ τους καθώς και με τα κύτταρα. Ο συνδετικός ιστός είναι μεταβολικά ενεργός και εξυπηρετεί πολλές λειτουργίες. Τα διατροφικά στοιχεία όλων σχεδόν των κυττάρων, όπως και οι άχρηστες ουσίες, διακινούνται μέσω του συνδετικού ιστού. Αποτελεί το περιβάλλον ανάπτυξης για τα περισσότερα κύτταρα και συνεισφέρει στον ομοιοστατικό μηχανισμό του σώματος όσον αφορά το νερό και τα διάφορα άλατα, καθώς, επίσης, και τα λίπη. Αποτελείται από τρία βασικά συστατικά : ίνες, θεμέλια ουσία και κύτταρα. Οι ίνες και η θεμέλια ουσία που εντοπίζονται έξω από τα κύτταρα συνιστούν τον εξωκυττάριο χώρο Ίνες του συνδετικού ιστού Τρεις κύριοι τύποι ινωδών πρωτεϊνών εμφανίζονται στο συνδετικό ιστό : Ίνες κολλαγόνου Οι ίνες κολλαγόνου βρίσκονται σε όλες τις μορφές του συνδετικού 41

48 ιστού. Είναι τοποθετημένες κατά δέσμες και φέρονται κυματοειδώς προς όλες τις κατευθύνσεις. Κάθε κολλαγόνος ίνα αποτελείται από κολλαγόνα ινίδια και κάθε κολλαγόνο ινίδιο αποτελείται από μικροϊνίδια. Οι κολλαγόνες ίνες είναι εύκαμπτες και ανθεκτικές και βρίσκονται άφθονες στο χονδρικό ιστό και στο δέρμα. Χημικά τα κολλαγόνα μικροϊνίδια αποτελούνται από μία πρωτεϊνούχο ουσία, το τροποκολλαγόνο. Τα μόρια του τροποκολλαγόνου σχηματίζονται από τους ινοβλάστες και ελευθερώνονται στον εξωκυττάριο χώρο, όπου πολυμερίζονται και σχηματίζουν τα μικροϊνίδια. Τα ινίδια αθροιζόμενα κατά δέσμες σχηματίζουν τις κολλαγόνες ίνες Ελαστικές ίνες Οι ελαστικές ίνες βρίσκονται συνήθως μονήρεις και είναι τοποθετημένες προς κάθε κατεύθυνση. Είναι λεπτές και πολύ ελαστικές. Οι ελαστικές ίνες αποτελούνται από ελαστίνη που περικλείεται μέσα σε σωληνοειδείς μικροΐνες και είναι πιο λεπτές και τεντωμένες από τις ίνες του κολλαγόνου. Η πρόδρομος ουσία της ελαστίνης η τροποελαστίνη σχηματίζεται, επίσης, από τους ινοβλάστες, χονδροϊνοβλάστες, μυοϊνοβλάστες και από μερικά λεία μυϊκά κύτταρα, κυρίως του τοιχώματος των μεγάλων αγγείων Δικτυωτές ίνες Οι δικτυωτές ίνες είναι ιδιαίτερα λεπτές και διακλαδώνονται για να σχηματίσουν ένα εκτεταμένο δίκτυο σε συγκεκριμένα όργανα, όπως στους λείους μύς. Αυτές οι ίνες αποτελούνται από κολλαγόνο συνδεδεμένο με γλυκοπρωτεΐνες και PGs. Κατά τη διάρκεια φλεγμονώδους κατάστασης και επιδιόρθωσης τραύματος ιστού σε όλους τους συνδετικούς ιστούς επικρατούν οι δικτυωτές ίνες, οι οποίες στη συνέχεια αντικαθίστανται από κανονικές ίνες κολλαγόνου 4.2. Πρωτεΐνες σύνδεσης Ινονεκτίνη Είναι πρωτεΐνη που λειτουργεί στον εξωκυττάριο χώρο και «συναρμολογεί» τις ελαστικές ίνες. Συνδέεται με τις κυτταρικές επιφάνειες και με το κολλαγόνο, την ελαστίνη, την ηπαρίνη και την ακτίνη. Συμμετέχει στις αλληλεπιδράσεις κυττάρων, στη διατήρηση του σχήματος του κυττάρου και στην επούλωση. Λαμινίνη Είναι μία σύνθετη γλυκοπρωτεΐνη που αποτελείται από 3 διαφορετικές 42

49 πολυπεπτιδικές αλύσους, τις α, β και γ. Θεωρείται ότι ρυθμίζει τη μετανάστευση και την οργάνωση των κυττάρων στους ιστούς κατά την εμβρυική ανάπτυξη αλληλεπιδρώντας με τα υπόλοιπα μόρια του εξωκυττάριου χώρου Θεμέλια ουσία Η θεμέλια ουσία του συνδετικού ιστού γεμίζει τα κενά μεταξύ των ινών και των κυττάρων του. Βρίσκεται σε ρευστή ή πηκτωματώδη κατάσταση και αποτελεί στην πραγματικότητα ένα υδρόφιλο διάλυμα, το οποίο μπορεί να δεσμεύει ορισμένη ποσότητα νερού που βγαίνει από τα τοιχώματα των τριχοειδών αγγείων και βρίσκεται μεταξύ των κυττάρων, ως διάμεσο υγρό των ιστών. Τα δύο κυριότερα συστατικά της θεμέλιας ουσίας είναι οι PGs και οι δομικές γλυκοπρωτεΐνες που παγιδεύουν μόρια νερού και, έτσι, προσδίδουν δύναμη, ακαμψία και ελαστικότητα στον εξωκυττάριο χώρο. Η χημική δομή των PGs προσδιορίζει το μέγεθος τους και τις δομικές τους λειτουργίες και θα εξεταστεί αναλυτικά παρακάτω Κύτταρα του συνδετικού ιστού Τα κύτταρα του συνδετικού ιστού διακρίνονται σε μόνιμα κύτταρα που εντοπίζονται πάντα στο συνδετικό ιστό και σε κινητά κύτταρα που έχουν εισέλθει στο συνδετικό ιστό από την κυκλοφορία του αίματος σε απόκριση κάποιου ερεθίσματος Μόνιμα κύτταρα Ινοβλάστες Οι ινοβλάστες είναι κύτταρα με επιμήκη πυρήνα και πολλές κυτταροπλασματικές προεκβολές. Είναι τα κυρίαρχα κύτταρα του συνδετικού ιστού και είναι υπεύθυνα για την έκκριση όλων των ειδών των ινών (κολλαγόνες, δικτυωτές, ελαστικές) και των σύνθετων υδατανθράκων της θεμέλιας ουσίας, συμμετέχοντας, έτσι, στη δημιουργία του εξωκυττάριου χώρου. Μακροφάγα Είναι κύτταρα με μεγάλη διαφοροποίηση και έχουν άμεση σχέση με την άμυνα του οργανισμού έχοντας φαγοκυτταρικές ικανότητες. Προέχονται από τα μονοκύτταρα. Λιπώδη κύτταρα Τα λιπώδη κύτταρα βρίσκονται φυσιολογικά στο χαλαρό συνδετικό ιστό. Έχουν την ιδιότητα να αποταμιεύουν λίπος. 43

50 Αδιαφοροποίητα μεσεγχυματικά κύτταρα Μοιάζουν με ινοβλάστες, όμως, είναι μικρότερα και τοποθετούνται γύρω από τα μικρά αγγεία. Είναι ίσως συσταλτά κύτταρα, αλλά είναι, επίσης, πιθανό να εξασφαλίζουν τη μηχανική υποστήριξη του τοιχώματος των αγγείων. Σε φλεγμονώδεις καταστάσεις μπορούν να διαφοροποιηθούν σε ινοβλάστες, και να παράγουν κολλαγόνο, ή σε λεία μυϊκά κύτταρα ή ακόμα σε δικτυωτά κύτταρα. Σιτευτικά κύτταρα Τα σιτευτικά κύτταρα είναι γεμάτα με κοκκία που περιέχουν ισταμίνη, ηπαρίνη και αναφυλακτικούς παράγοντες. Όταν απελευθερώνονται σε απάντηση ενός αντιγόνου προκαλούν αντιδράσεις υπερευαισθησίας, αλλεργία και αναφυλαξία Κινητά κύτταρα Λεμφοκύτταρα Είναι κύτταρα που κυκλοφορούν στο αίμα, υπεύθυνα για την ανοσολογική απάντηση και φυσιολογικά μόνο ένας μικρός αριθμός εντοπίζεται στο συνδετικό ιστό. Σε περίπτωση φλεγμονής όμως ο αριθμός τους αυξάνεται δραματικά. Σιτευτικό κύτταρο Ινοβλάστης Ελαστική ίνα Δικτυωτή ίνα Μακροφάγο Νευρική ίνα Λεμφοκύτταρο Κολλαγόνος ίνα Ουδετερόφιλο Πλασμοκύτταρο Θεμέλια ουσία Λιπώδες κύτταρο Τριχοειδές Εικόνα 8. Σχηματική αναπαράσταση της σύστασης του συνδετικού ιστού. 44

51 Πλασματοκύτταρα Προέρχονται από β-λεμφοκύτταρα και παράγουν αντισώματα ενάντια σε κάποιο αντιγόνο. Έχουν μικρή μεταναστευτική ικανότητα και μικρή διάρκεια ζωής. Ουδετερόφιλα Τα ουδετερόφιλα είναι λευκά αιμοσφαίρια που δρουν φαγοκυτταρικά στο πρώιμο στάδιο της οξείας φλεγμονής. Ηωσινόφιλα Τα ηωσινόφιλα είναι λευκά αιμοσφαίρια που βρίσκονται σε σημεία αλλεργικής αντίδρασης και παρασιτικής φλεγμονής. Βασεόφιλα Τα βασεόφιλα είναι λευκά αιμοσφαίρια που, όπως, τα σιτευτικά κύτταρα απελευθερώνουν ισταμίνη και ηπαρίνη σε αντίδραση σε κάποιο αντιγόνο. Μονοκύτταρα Τα μονοκύτταρα είναι λευκά αιμοσφαίρια που μεταπίπτουν σε μακροφάγα με έντονες φαγοκυτταρικές ιδιότητες όταν μεταφέρονται από τα αγγεία στους ιστούς [9,246] Ο συνδετικός ιστός στους πνεύμονες Ο συνδετικός ιστός διαμορφώνει τον όγκο των εξωκυττάριων στοιχείων του πνεύμονα και διαδραματίζει έναν σημαντικό ρόλο στον καθορισμό της πνευμονικής λειτουργίας σε φυσιολογικές και παθολογικές καταστάσεις. Όλοι οι γνωστοί τύποι συνδετικού ιστού είναι παρόντες στους πνεύμονες, και αποτελούν το ¼ του ολικού ξηρού βάρους του οργάνου [247]. Η δομή και λειτουργία του φυσιολογικού πνεύμονα εξαρτάται από την ακεραιότητα των στοιχείων του συνδετικού ιστού που περιλαμβάνονται στις δομές των βρόγχων. Αυτά τα μακρομόρια εξασφαλίζουν μια δομική υποδομή, απαραίτητη για τη φυσιολογική κυτταρική αρχιτεκτονική και αναγκαία για αποτελεσματική ανταλλαγή αερίων και φυσιολογική μηχανική συμπεριφορά των πνευμόνων κατά τον αναπνευστικό κύκλο [248]. Τα κυρίαρχα συστατικά του συνδετικού ιστού στους πνεύμονες είναι το κολλαγόνο, ίνες ελαστίνης, PGs και άλλες γλυκοπρωτεΐνες [249]. Από 45

52 αυτές τις πρωτεΐνες το κολλαγόνο είναι το πιο διαδεδομένο αποτελώντας το 6-20% του ξηρού βάρους του πνεύμονα. Το κολλαγόνο είναι η επικρατούσα πρωτεΐνη, αποτελώντας το 30% των ολικών πρωτεϊνών στον ανθρώπινο οργανισμό. Τουλάχιστον 14 διαφορετικοί τύποι κολλαγόνου έχουν απομονωθεί και χαρακτηριστεί, καθώς οι περισσότεροι ιστοί περιέχουν πολλούς τύπους. Οι τύποι του κολλαγόνου σχηματίζουν ινίδια ή φύλλα παρέχοντας αντοχή ή ελαστικότητα. Όλοι οι τύποι του κολλαγόνου έχουν κοινή δομή, διαφέρουν στη χημική τους σύνθεση, μακρομοριακή οργάνωση, κατανομή στους ιστούς και λειτουργία [250] Εξωκυττάριος στρώμα (Extracellular matrix, ECM) και ενδοκυττάρια δομικά μόρια Το εξωκυττάριο στρώμα είναι ένα πολύπλοκο σύμπλεγμα πρωτεϊνών και πολυσακχαριτών και συνεισφέρει στη δομή και τη λειτουργία του συνδετικού ιστού. Τα δύο κύρια τμήματα που το αποτελούν είναι οι πολύσακχαρίτες και οι πρωτεΐνες. Οι πολυσακχαρίτες που κατά κύριο λόγο βρίσκονται στο εξωκυττάριο στρώμα είναι οι GAGs, οι οποίες συνδέονται με πρωτεΐνες για να σχηματίσουν PGs. Η δομή τους και η σημασία τους αναλύονται σε άλλο κεφάλαιο. Οι πρωτεΐνες του, χωρίζονται σε δομικές και πρωτεΐνες που έχουν ρόλο σύνδεσης με άλλα μόρια. Οι δομικές πρωτεΐνες κατά κύριο λόγο είναι το κολλαγόνο, η ελαστίνη και οι δικτυωτές ίνες, ενώ από τις πρωτεΐνες σύνδεσης κύρια ανευρίσκονται η ινονεκτίνη, η λαμινίνη και μικρές γλυκοπρωτεΐνες, όπως οι σελεκτίνες και οι καντχερίνες. Οι πρωτεΐνες σύνδεσης είναι απαραίτητες για την αλληλεπίδραση των κυττάρων μεταξύ τους, καθώς και για την αλληλεπίδραση κυττάρου-εξωκυττάριου στρώματος. Η σύσταση του εξωκυττάριου στρώματος έχει επίδραση στη μετανάστευση, στο σχήμα, στην απόπτωση, στη σύνδεση και στην πολικότητα των κυττάρων. Το εξωκυττάριο στρώμα διαχωρίζει και προστατεύει τα κύτταρα, δέχεται βάρος, αντιστέκεται στο στρεσάρισμα και προσφέρει αμυντικές λειτουργίες. Διάφοροι πληθυσμοί κυττάρων με ποικίλες λειτουργίες αλληλεπιδρούν με τον εξωκυττάριο χώρο συμβάλλοντας σε πολλούς μηχανισμούς της φυσιολογίας των ιστών. Αναφέρθηκε ήδη ότι οι ίνες και η θεμέλια ουσία που εντοπίζονται έξω από τα κύτταρα συνιστούν τον εξωκυττάριο χώρο. Το εξωκυττάριο στρώμα υπόκειται σε συνεχή αναδιαμόρφωση τόσο σε επίπεδο οργάνου, ιστού, όσο και σε επίπεδο κυττάρων. Η ημερήσια ανάπλαση του εξωκυττάριου χώρου σε έναν υγιή ανθρώπινο πνεύμονα είναι μεγαλύτερη από 10% [251], και είναι απαραίτητη για τη διατήρηση της δομικής και λειτουργικής ακεραιότητας του πνεύμονα. Τα περισσότερα στοιχεία του εξωκυττάριου χώρου συντίθενται από τα ίδια τα κύτταρα του ιστού, όπως είναι οι ινοβλάστες και τα επιθηλιακά κύτταρα, τα οποία συγ- 46

53 χρόνως συνθέτουν και αποδομητικά ένζυμα του εξωκυττάριου χώρου, όπως οι MMPs. Αποδομητικά ένζυμα του εξωκυττάριου χώρου μπορούν ακόμα να παραχθούν κατά τη διάρκεια φλεγμονής, επούλωσης τραύματος ή νεοπλασματικής γένεσης από κύτταρα ανοσίας που διηθούν τους ιστούς [252]. Οι πνεύμονες υποστηρίζονται από ένα δίκτυο τριχοειδών αγγείων που περιστοιχίζεται από ένα λεπτό στρώμα ενδιάμεσου χώρου, το οποίο ορίζεται από ένα στρώμα επιθηλιακών κυττάρων και τη βασική τους μεμβράνη, και τη τριχοειδή βασική μεμβράνη των ενδοθηλιακών κυττάρων. Αυτός ο ενδιάμεσος χώρος στο κυψελιδικό τοίχωμα που εντοπίζεται μεταξύ του κυψελιδικού επιθηλίου και του τριχοειδούς ενδοθηλίου είναι το εξωκυττάριο στρώμα στους πνεύμονες [253]. Σε μερικά σημεία οι δύο μεμβράνες συγχωνεύονται ώστε να μειωθεί η απόσταση διάχυσης, όσο γίνεται περισσότερο. Στα σημεία που οι δύο μεμβράνες δεν συγχωνεύονται ο ενδιάμεσος χώρος αποτελείται από κύτταρα, μακρομοριακά ινώδη στοιχεία και την υγρή φάση του εξωκυττάριου χώρου. Κατά τη διάρκεια του αναπνευστικού κύκλου, ο εξωκυττάριος αυτός χώρος δέχεται ποικίλες μηχανικές πιέσεις συσχετιζόμενες με τη μείωση του κυψελιδικού όγκου κατά την εκπνοή που ακολουθείται από την αύξηση του κυψελιδικού όγκου κατά την εισπνοή. Για το λόγο αυτό, ο ενδιάμεσος κυψελιδικός-αιμοφόρων τριχοειδών αγγείων χώρος πρέπει να είναι ανθεκτικός, ώστε να αντέχει σε τοπικές μηχανικές πιέσεις των ιστών και παράλληλα να είναι αρκετά λεπτός για να διευκολύνει την αναπνευστική ΕΠΙΘΗΛΙΟ ΒΑΣΙΚΗ ΜΕΜΒΡΑΝΗ ΣΥΝΔΕΤΙΚΟΣ ΙΣΤΟΣ ΚΟΛΛΑΓΟΝΟ ΜΑΚΡΟΦΑΓΟ ΤΡΙΧΟΕΙΔΕΣ ΙΝΟΒΛΑΣΤΗΣ ΕΛΑΣΤΙΝΗ ΜΑΣΤΟΚΥΤΤΑΡΟ ΥΑΛΟΥΡΟΝΙΚΟ ΟΞΥ, ΠΡΩΤΕΟΓΛΥΚΑΝΕΣ ΚΑΙ ΓΛΥΚΟΠΡΩΤΕΙΝΕΣ Εικόνα 9. Σχηματικό μοντέλο του εξωκυττάριου στρώματος στους πνεύμονες. ανταλλαγή αερίων. Τέτοιες ιδιότητες προσδίδονται στον πνευμονικό εξωκυττάριο χώρο από τα μακρομοριακά στοιχεία που εμβαπτίζονται μέσα σε αυτόν και δημιουργούν ένα διχτυωτό τρισδιάστατο κορμό με τα κυριότερα ινώδη μακρομόρια να είναι το κολλαγόνο τύπου Ι και ΙΙΙ (παρέχοντας αντοχή εφελκυσμού) και η ελαστίνη (μεταφέροντας ελαστική 47

54 επαναφορά) [ ]. Η προσαρμογή των πνευμόνων στην αναπνευστική λειτουργία οφείλεται, κυρίως, στην αφθονία και διευθέτηση των ινών του κολλαγόνου και της ελαστίνης στον εξωκυττάριο χώρο. Η μέγιστη διαστολή των πνευμόνων καθορίζεται, κυρίως, από τις ίνες κολλαγόνου ενώ η ευκαμψία που απαιτείται από τους πνεύμονες για να διατηρήσουν το αρχικό τους σχήμα και όγκο μετά την εισπνοή, παρέχεται από τις ελαστικές ίνες [6]. Πολλοί τύποι κυττάρων όπως ινοβλάστες, χονδροβλάστες, μυοϊνοβλάστες και λεία μυϊκά κύτταρα συνθέτουν τις ίνες ελαστίνης. Σε φυσιολογικά κυψελιδικά διαφράγματα ένα υποεπιθηλιακό στρώμα ελαστικών ινών αποτελείται κυρίως από πλήρως αναπτυγμένες ελαστικές ίνες, προσδίδοντας μεγάλη ελαστικότητα στον κυψελιδικό ιστό [257]. Σε καταστάσεις αυξημένης καταστροφής πνευμονικού ιστού, η σύνθεση της ελαστίνης επανεργοποιείται, σηματοδοτώντας σημαντικές αλλαγές στις μηχανικές ιδιότητες των πνευμόνων [255]. Οι PGs και οι GAGs δημιουργώντας εύκαμπτες γέφυρες μεταξύ των ινωδών μακρομορίων και γεμίζοντας τα κενά μεταξύ των δεσμών κολλαγόνου, σταθεροποιούν το τρισδιάστατο εξωκυττάριο στρώμα, παρέχοντας αντίσταση στη συμπίεση των ιστών και στη διαστολή του ενδιάμεσου υγρού μέσου. Ακόμα, στους πνεύμονες οι PGs και οι GAGs αλληλεπιδρούν με το κολλαγόνο τύπου IV στην αγγειακή βασική μεμβράνη, περιορίζοντας την εισροή υγρού στον ενδιάμεσο χώρο. Αποδεικνύεται, επομένως, πως οι PGs και οι GAGs συμβάλλουν στη φυσιολογική ισορροπία υγρού, ενώ διαταραχές της φυσιολογικής τους ομοιόστασης μπορεί να οδηγήσει σε πνευμονικό οίδημα ή τραυματισμό [258]. Έχει ήδη αναφερθεί ότι ο φυσιολογικός ρυθμός ανακύκλωσης του εξωκυττάριου στρώματος στους πνεύμονες είναι της τάξης του 10-15% ημερησίως [259]. Στους πνεύμονες, το εξωκυττάριο στρώμα πέρα από το ρόλο της μηχανικής υποστήριξης, ελαστικότητας, ανταλλαγής αερίων διαδραματίζει σημαντικό ρόλο και επιβοηθά στην προστασία των ιστών ενεργώντας ως ρυθμιστικό διάλυμα ενάντια στην κατακράτηση του νερού και των πρωτεϊνών του πλάσματος στον ενδιάμεσο χώρο, ελέγχει την κυτταρική συμπεριφορά με τη σύνδεση με αυξητικούς παράγοντες, χημοκίνες, κυτοκίνες καθώς και την αλληλεπίδραση με υποδοχείς στην επιφάνεια των κυττάρων [260], συμμετέχει στην επιδιόρθωση των ιστών και την αναδιαμόρφωση τους [261]. Σε καταστάσεις φλεγμονής των πνευμόνων, το εξωκυττάριο στρώμα επηρεάζει την κατανομή, την ενεργοποίηση και επιβίωση, όπως, επίσης, και τη σύνδεση των φλεγμονωδών κυττάρων, λειτουργώντας ως μία δεξαμενή για διαμεσολαβητές και αυξητικούς παράγοντες που συμμετέχουν στη φλεγμονή [262,263]. Ενώ πολλές μελέτες έχουν πραγματοποιηθεί για το ρόλο των PGs σε διάφορες πνευμονικές παθήσεις, οι λειτουργίες των GAGs στο πνευμονικό παρέγχυμα είναι λιγότερο κατανοητές. Η μελέτη του εξωκυττάριου χώρου και των GAGs είναι σημαντική γιατί μπορεί να βελτιώσει τη γνώση μας για την παθοφυσιολογία της ανάπτυξης 48

55 πνευμονικών παθήσεων, καθώς και να επιτρέψει την έγκαιρη διάγνωση από τη μεταβολή του εξωκυττάριου χώρου και της δομικής αναδιαμόρφωσης των πνευμόνων, ενώ ακόμα μπορεί να βοηθήσει στην ανάπτυξη στρατηγικών φαρμακολογικής θεραπείας. Ενδοθηλιακά κύτταρα συνδεκάνη γλυπικάνη διγλυκάνη CD44 Βασική μεμβράνη Περλεκάνη HS ελαστίνη κολλαγόνο βερσικάνη κολλαγόνο Υαλουρονικό οξύ ντεκορίνη ντεκορίνη ελαστίνη Βασική μεμβράνη CD44 διγλυκάνη γλυπικάνη συνδεκάνη Επιθηλιακά κύτταρα Εικόνα 10. Σχηματικό μοντέλο του εξωκυττάριου στρώματος του συνδετικού ιστού και της βασικής μεμβράνης στους πνεύμονες. Στον συνδετικό ιστό των πνευμόνων οι PGs και οι GAGs δημιουργούν μία ζελατινώδη και ενυδατωμένη ουσία στην οποία εμβαπτίζονται οι ινώδεις πρωτεΐνες Γλυκοζαμινογλυκάνες (GAGs) Οι GAGs είναι μεγάλοι, όξινοι, γραμμικοί και ετερογενείς πολυσακχαρίτες, οι οποίοι αποτελούνται από μία επαναλαμβανόμενη δισακχαριτική μονάδα. Εικόνα 11. Δομή του επαναλαμβανόμενου δισακχαρίτη των GAGs. Η δισακχαριτική μονάδα αποτελείται από γαλακτόζη, γλυκουρονικό ή ιδουρονικό οξύ και Ν-ακετυλο-γαλακτοζαμίνη ή Ν-ακετυλο-γλυκοζαμίνη. 49