Skip to main content
LibreTexts - Ukrayinska

11.3G: Запалення

  1. Last updated
  2. Save as PDF
  • Page ID
    3121

    • \( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

    Цілі навчання

    1. Опишіть 4 процеси, що входять до складу запального механізму.
    2. Коротко опишіть різні сприятливі ефекти запалення, які пов'язані з витоком плазми і з діапедезом.
    3. Коротко опишіть процес діапедезу, вказавши на роль P-селектинів, інтегринів і молекул адгезії.
    4. Коротко опишіть стадію загоєння запалення.
    5. Коротко опишемо проблеми, які виникають внаслідок хронічного запалення.

    Запальна реакція - це спроба організму відновити і зберегти гомеостаз після травми і є невід'ємною частиною захисту організму. Більшість елементів захисту організму розташовані в крові, а запалення - це засіб, за допомогою якого захисні клітини організму та захисні хімічні речовини залишають кров і потрапляють в тканини навколо травмованого або інфікованого місця. Запалення по суті корисно, однак надмірне або тривале запалення може завдати шкоди.

    Механізм запалення

    По суті, чотири процеси складають запальний механізм:

    а Гладка мускулатура навколо великих кровоносних судин скорочується, щоб уповільнити потік крові через капілярні ліжка в інфікованому або травмованому місці. Це дає більше можливостей лейкоцитам прилипати до стінок капіляра і видавлюватися в навколишні тканини.

    б. ендотеліальні клітини, що складають стінку більш дрібних кровоносних судин, скорочуються. Це збільшує простір між ендотеліальними клітинами, що призводить до збільшення проникності капілярів. Оскільки ці кровоносні судини в результаті цього отримують більше в діаметрі, процес називається вазодилатацією (див. Рис.\(\PageIndex{1}\)).

    Скануючі електронні мікрофотографії поперечного перерізу капіляра, що показують ендотеліальну клітину та капіляр з еритроцитами; люб'язно надано мікроскопією Денніса Кункеля).

    с. молекули, звані селектинами, виробляються на мембрані лейкоцита і здатні оборотно зв'язуватися з відповідними селектинглікопротеїновими рецепторами на внутрішній стінці венули. Це оборотне зв'язування дозволяє лейкоциту котитися по внутрішній стінці венули. Це оборотне зв'язування дозволяє лейкоциту котитися по внутрішній стінці венули. Молекули адгезії активуються на поверхні ендотеліальних клітин на внутрішній стінці капілярів. Відповідні молекули на поверхні лейкоцитів, звані інтегранами, прикріплюються до цих молекул адгезії, дозволяючи лейкоцитам сплющуватися і стискати через простір між ендотеліальними клітинами. Цей процес називається діапедезом або екстравазацією.

    d Активація шляху згортання змушує фібринові згустки фізично затримувати інфекційні мікроби і запобігати їх потраплянню в кров. Це також запускає згортання крові всередині навколишніх дрібних кровоносних судин, щоб як зупинити кровотечу, так і додатково запобігти потраплянню мікроорганізмів в кров.

    Фільм You Tube та анімація екстравазації лейкоцитів (діапедезу)
     від ImmuneDocumentary

    3D-анімація, що ілюструє білі кров'яні клітини, що виходять з капілярів і потрапляють в тканини (діапедез), а також ендомембранну систему в лейкоциті.
    З Гарвардського університету, Внутрішнє життя клітини. Ця анімація займає деякий час для завантаження.

    Ці чотири події викликаються і посилюються різними хімічними медіаторами запалення. Тепер ми розділимо запальну реакцію на дві стадії: раннє запалення і пізнє запалення.

    Раннє запалення і діапедез

    Більшість лейкоцитарного діапедезу (екстравазації) відбувається в посткапілярних венулах, оскільки гемодинамічні сили зсуву нижчі в цих венулах. Це полегшує приєднання лейкоцитів до внутрішньої стінки судини і видавлювання між ендотеліальними клітинами. Більш детально цей процес ми розглянемо нижче.

    1. На дуже ранніх стадіях запалення такі подразники, як травма або інфекція, викликають вивільнення різноманітних медіаторів запалення, таких як лейкотрієни, простагландини та гістамін. Зв'язування цих медіаторів з їх рецепторами на ендотеліальних клітинам призводить до розширення судин, скорочення ендотеліальних клітин, підвищення проникності кровоносних судин. Крім того, базальна мембрана, що оточує капіляри, перебудовується таким чином, щоб сприяти міграції лейкоцитів і руху макромолекул плазми з капілярів в навколишні тканини. Огрядні клітини сполучної тканини, а також базофіли, нейтрофіли та тромбоцити, що виходять з крові з пошкоджених капілярів, вивільняють або стимулюють синтез вазодилататорів, таких як гістамін, лейкотрієни, кініни та простагландини. Деякі продукти шляхів комплементу (C5a і C3a) можуть зв'язуватися з огрядними клітинами і викликати їх вивільнення їх вазоактивних агентів. Крім того, пошкодження тканин активізує коагуляційний каскад і вироблення медіаторів запалення на кшталт брадикінінів.
    2. Зв'язування гістаміну з гістаміновими рецепторами на ендотеліальних клітині запускає регуляцію молекул Р-селектину і тромбоцитарно-активуючого фактора або PAF на ендотеліальних клітинам, які вистилають венули.
    3. Потім P-селектини здатні оборотно зв'язуватися з відповідними лігандами глікопротеїну Р-селектину (ПСГЛ-1) на лейкоцитах. Це оборотне зв'язування дозволяє лейкоциту тепер котитися по внутрішній стінці венули.
    4. Зв'язування PAF з відповідним його рецептором PAF-R на лейкоцитарі регулює поверхневу експресію інтеграну, званого лейкоцитарною функцією-асоційованою молекулою 1 (LFA-1) на поверхні лейкоцита.
    5. Молекули LFA-1 на рухомих лейкоцитах тепер можуть міцно зв'язуватися з молекулою адгезії, яка називається молекулою міжклітинної адгезії-1 (ICAM-1), знайденою на поверхні ендотеліальних клітин, що утворюють внутрішню стінку кровоносної судини (див. Рис.\(\PageIndex{4}\)).
    6. Лейкоцити розплющуються, стискаються між звуженими ендотеліальними клітинами і використовують ферменти для руйнування матриксу, який утворює базальну мембрану, що оточує кровоносну судину. Потім лейкоцити мігрують до хемотаксичних агентів, таких як білок комплементу C5a та лейкотріен B 4, що генеруються клітинами в місці інфекції або травми (див. Рис.\(\PageIndex{5}\)).

    Пізнє запалення і діапедез

    1) Зазвичай протягом двох-чотирьох годин ранніх стадій запалення активовані макрофаги і ендотеліальні клітини судин виділяють запальні цитокіни, такі як ФНП і ІЛ-1, коли їх толл-подібні рецептори зв'язують патоген-асоційовані молекулярні структури - молекулярні компоненти, пов'язані з мікроорганізмів, але не виявлено у складі еукаріотичних клітин. Це дозволяє судинним ендотеліальним клітинам сусідніх венул збільшити експресію молекул адгезії, таких як P-селектини, Е-селектини, молекули міжклітинної адгезії (ICAMS) та хемокіни.

    2) Зв'язування TNF і IL-1 з рецепторами на ендотеліальних клітині викликає і підтримує запальну реакцію шляхом регуляції вироблення молекули адгезії E-селектину та підтримання експресії P-селектину на ендотеліальних клітині, що вирівнюють венули.

    3). Е-селектини на внутрішній поверхні ендотеліальних клітин тепер можуть міцно зв'язуватися з відповідним інтеграном Е-селектин ліганд-1 (ESL-1) на лейкоцитах (див. Рис.\(\PageIndex{4}\)).

    4) Лейкоцити розплющуються, стискаються між звуженими ендотеліальними клітинами і рухаються через базальну мембрану, оскільки вони притягуються до хемокінів, таких як інтерлейкін-8 (IL-8) та моноцитний хемотаксичний білк-1 (MCP-1), що генерується клітинами в місці інфекції або травми ( див. Малюнок\(\PageIndex{5}\)). Потім витік фібриногену і фібронектину плазми утворює молекулярний каркас, який підсилює міграцію та утримання лейкоцитів на зараженому місці.

    переваги запалення

    В результаті цього підвищується проникність:

    а. плазма витікає з крові в тканини.

    До корисних молекул в плазмі (див. Рис.\(\PageIndex{2}\)) відносяться:

    1. Фактори згортання крові. Пошкодження тканин активізує коагуляційний каскад, в результаті чого утворюються фібринові згустки для локалізації інфекції, зупинки кровотечі та хемотаксичного залучення фагоцитів.

    2. Антитіла. Вони допомагають видалити або блокувати дію мікробів за допомогою різних методів, які будуть пояснені в розділі 6.

    3. Білки шляхів комплементу. Вони, в свою чергу: 1) стимулюють більше запалення (C5a, C3a і C4a), 2) прилипають мікроорганізми до фагоцитів (C3b і C4b), 3) хемотаксично притягують фагоцити (C5a), і 4) зв'язані з лізою мембраною клітини, що показують чужорідні антигени (комплекс мембранної атаки або МАК).

    4. поживні речовини. Вони живлять клітини запаленої тканини.

    5. Лізоцим, кателіцидіни, фосфоліпаза А 2 та захисні речовини людини. Лізоцим розкладає пептидоглікан. Кателіцидини розщеплюються на два пептиди, які безпосередньо токсичні для мікробів і можуть нейтралізувати ЛПС з грамнегативної бактеріальної клітинної стінки. Фосфоліпаза А 2 гідролізує фосфоліпіди в бактеріальній цитоплазматичній мембрані. Людські дефенсини ставлять пори в цитоплазматичні мембрани багатьох бактерій. Дефензіни також активують клітини, що беруть участь у запальній реакції.

    6. Трансферрин.Трансферин позбавляє мікробів необхідного заліза.

    б. лейкоцити потрапляють в тканину через процес, званий діапедезом або екстравазацією, розглянутий вище при ранньому запаленні та пізньому запаленні.

    До переваг діапедезу можна віднести (див. Рис.\(\PageIndex{2}\)):

    1. Підвищений фагоцитоз. Нейтрофіли, моноцити, які диференціюються в макрофаги при попаданні в тканини, і еозинофіли - фагоцитарні лейкоцити.

    2. Більше розширення судин. Базофіли, еозинофіли, нейтрофіли, тромбоцити потрапляють в тканини і виділяють або стимулюють вироблення вазоактивних засобів, що сприяють запаленню.

    3. Цитотоксичні Т-лімфоцити (CTL), ефекторні Т4-клітини та NK-клітини потрапляють у тканину, щоб знищити такі клітини, як інфіковані клітини та ракові клітини, які відображають чужорідні антигени на своїй поверхні (обговорюється в розділі 6).

    Цитокіни, звані хемокіни, особливо важливі в цій частині запальної реакції. Вони відіграють ключову роль у діапедезі - дозволяючи білим кров'яним клітинам прилипати до внутрішньої поверхні кровоносних судин, мігрувати з кровоносних судин у тканину та хемотаксично притягуватися до травмованого або інфікованого місця. Вони також запускають позаклітинне вбивство нейтрофілами.

    Нарешті, протягом 1-3 днів макрофаги вивільняють цитокіни інтерлейкін-1 (IL-1) та фактор некрозу пухлини-альфа (TNF-a). Ці цитокіни стимулюють NK-клітини і Т-лімфоцити виробляти цитокін-інтерферон-гамма. (ЯКЩО-?). ІФ-? потім зв'язується з рецепторами на макрофагах, змушуючи їх виробляти фактор росту фібробластів і ангіогенні фактори для ремоделювання тканин. При проліферації ендотеліальних клітин і фібробластів ендотеліальні клітини утворюють тонку мережу нових капілярів в травмовану область для постачання запаленої тканини кров'ю, киснем та поживними речовинами. Фібробласти відкладають білковий колаген в травмованій області і утворюють міст сполучної рубцевої тканини, щоб закрити відкриту, відкриту область. Це називається фіброзом або рубцем, і являє собою завершальну стадію загоєння.

    Запалення в нормі ретельно регулюється цитокінами. Запальні цитокіни, такі як інтерферон-гамма та інтерлейкін-12, підсилюють запальну реакцію, тоді як цитокін-інтерлейкін-10 пригнічує запалення, зменшуючи експресію запальних цитокінів.

    Отже, як видно, гостре запалення має важливе значення для захисту організму. Хронічне запалення, однак, може призвести до значного пошкодження тканин і рубців. При тривалій підвищеній проникності капілярів нейтрофіли постійно залишають кров і накопичуються в тканині на зараженому або травмованому місці. Коли вони виділяють свій лізосомальний вміст і активні форми кисню або РОС, навколишні тканини руйнуються і з часом замінюються рубцевою тканиною. Протизапальні засоби, такі як антигістамінні препарати або кортикостероїди, можливо, доведеться давати для полегшення симптомів або зменшення пошкодження тканин.

    Наприклад, як дізналося в блоці 3, під час важких системних інфекцій з великою кількістю мікроорганізмів виділяється високий рівень асоційованих патогенів молекулярних моделей (ПАМП), що призводить до надмірного вироблення цитокінів макрофагами, і це може завдати шкоди організму. Крім того, нейтрофіли починають виділяти свої протеази та активні форми кисню, які вбивають не тільки бактерії, але й навколишні тканини. Шкідливі наслідки включають високу температуру, гіпотонію, руйнування тканин, витрата, гострий респіраторний дистрес-синдром або ГРДС, дисеміноване внутрішньосудинне згортання або ДВС-синдром, пошкодження ендотелію судин, гіповолемія та зниження перфузії крові через тканини та органи, що призводить до шоку, множинної системи недостатність органів (MOSF), а часто і смерть. Ця надмірна запальна реакція називається синдромом системної запальної відповіді або SIRS або шоковим каскадом.

    Вправа: Подумайте, пара-поділіться питаннями

    1. Коротко опишіть механізми, що дозволяють уповільнити приплив крові в місці зараження і отримати фагоцити, білки комплементу і антитіла до місця зараження.
    2. Чому важливо доставити плазму до місця зараження?
    3. Чому важливо, щоб діапедез виникав під час запалення?

    Хронічне запалення також сприяє захворюванню серця, хвороби Альцгеймера, діабету та раку.

    • У випадку раку пропонується, що коли макрофаги виробляють запальні цитокіни, такі як TNF-альфа, ці цитокіни активують перемикач генів в раковій клітині, який включає синтез білків, які сприяють реплікації клітин та запалення, блокуючи апоптоз ракової клітини.
    • При захворюваннях серця вважається, що макрофаги перетравлюють ліпопротеїни низької щільності або ЛПНЩ, поганий холестерин, а потім укладені в фіброзний ковпачок, який утворює артеріальну бляшку.
    • При діабеті вважається, що метаболічний стрес ожиріння викликає вроджені імунні клітини та жирові клітини виробляти цитокіни, такі як TNF-альфа, які можуть перешкоджати нормальній функції інсуліну.
    • У разі хвороби Альцгеймера мікрогліальні клітини, макрофагоподібні клітини мозку взаємодіють з бета-амілоїдними білками, які накопичуються в нейроні тих, хто хворіє на хворобу Альцгеймера і згодом виробляють запальні цитокіни та вільні радикали, які руйнують нейрони.

    Резюме

    1. Більшість елементів захисту організму розташовані в крові, а запалення - це засіб, за допомогою якого захисні клітини організму та захисні хімічні речовини залишають кров і потрапляють в тканини навколо травмованого або інфікованого місця.
    2. Як частина механізму запалення, гладкі м'язи навколо більших кровоносних судин скорочуються, щоб уповільнити потік крові через капілярні русла в інфікованому або травмованому місці. Це дає більше можливостей лейкоцитам прилипати до стінок капіляра і видавлюватися в навколишні тканини.
    3. В рамках механізму запалення скорочуються ендотеліальні клітини, що складають стінку більш дрібних кровоносних судин. Це збільшує простір між ендотеліальними клітинами, що призводить до збільшення проникності капілярів.
    4. Як частина механізму запалення, молекули адгезії активуються на поверхні ендотеліальних клітин на внутрішній стінці капілярів і відповідні молекули на поверхні лейкоцитів, звані інтегранами, прикріплюються до цих молекул адгезії, дозволяючи лейкоцитам сплющуватися і здавлювати. через простір між ендотеліальними клітинами. Цей процес називається діапедезом або екстравазацією.
    5. В рамках механізму запалення активація шляху згортання змушує фібринові згустки фізично затримувати інфекційні мікроби і перешкоджати їх потраплянню в кров.
    6. Гостре запалення має важливе значення для захисту організму.
    7. В результаті цієї підвищеної проникності плазма витікає з крові в тканини, доставляючи фактори згортання, молекули антитіл, білки шляху комплементу, поживні речовини, антибактеріальні ферменти і пептиди, а також трансферин для вродженого захисту організму.
    8. В результаті цієї підвищеної проникності лейкоцити потрапляють в тканину, що доставляють фагоцитарні клітини, клітини, що викликають запалення, цитотоксичні Т-лімфоцити, ефекторні Т4-лімфоцити, NK-клітини.
    9. Запальні цитокіни також дозволяють ендотеліальним клітинам утворювати тонку мережу нових капілярів в травмовану область для постачання крові, кисню та поживних речовин до запаленої тканини, а також дозволяють фібробластам депонувати білковий колаген в травмованій області та формувати міст сполучної рубцевої тканини, щоб закрити відкритий , Оголена область.
    10. Хронічне запалення може призвести до значного пошкодження тканин і рубців, насамперед до позаклітинного вбивства фагоцитами та гіпоперфузією.
    11. Вважається, що хронічне запалення також сприяє серцевим захворюванням, хворобі Альцгеймера, діабету та раку.