17.5: Запалення та лихоманка

Цілі навчання

• Визначте ознаки запалення та лихоманки та поясніть, чому вони виникають
• Поясніть переваги та ризики, пов'язані із запальними реакціями

Запальна реакція, або запалення, викликається каскадом хімічних медіаторів і клітинних реакцій, які можуть виникнути при пошкодженні клітин і стресі або коли патогени успішно порушують фізичні бар'єри вродженої імунної системи. Хоча запалення, як правило, пов'язане з негативними наслідками травми або захворювання, це необхідний процес, оскільки він дозволяє набирати клітинні захисні сили, необхідні для усунення патогенів, видалення пошкоджених та мертвих клітин та ініціювання механізмів відновлення. Надмірне запалення, однак, може призвести до місцевого пошкодження тканин, а у важких випадках може навіть стати смертельним.

гостре запалення

Рання, якщо не негайна, відповідь на травму тканин - гостре запалення. Відразу після травми відбудеться звуження судин, щоб мінімізувати крововтрати. Обсяг вазоконстрикції пов'язаний з кількістю ураження судин, але зазвичай воно коротке. Судинозвуження супроводжується розширенням судин і підвищенням проникності судин, як безпосередній результат вивільнення гістаміну з резидентних огрядних клітин. Підвищений кровотік і проникність судин можуть розріджувати токсини і бактеріальні продукти в місці травми або інфекції. Вони також сприяють появі п'яти спостережуваних ознак, пов'язаних із запальною реакцією: еритема (почервоніння), набряк (набряк), жар, біль і змінена функція. Вазодилатація і підвищена проникність судин також пов'язані з припливом фагоцитів в місці травми і/або інфекції. Це може посилити запальну реакцію, оскільки фагоцити можуть виділяти прозапальні хімічні речовини, коли вони активуються клітинними сигналами дистресу, що виділяються з пошкоджених клітин, PAMP або опсонінами на поверхні патогенів. Активація системи комплементу може додатково посилити запальну реакцію за рахунок вироблення анафілатоксину C5a. Малюнок\(\PageIndex{1}\) ілюструє типовий випадок гострого запалення на місці шкірної рани.

Малюнок\(\PageIndex{1}\): (а) Огрядні клітини виявляють пошкодження сусідніх клітин і вивільняють гістамін, ініціюючи запальну реакцію. (б) Гістамін збільшує приплив крові до місця рани, а підвищена проникність судин дозволяє рідини, білкам, фагоцитам та іншим імунним клітинам потрапляти в інфіковану тканину. Ці події призводять до набряку і почервоніння травмованого місця, а посилений приплив крові до травмованого місця змушує його відчувати тепло. Запалення також пов'язане з болем через ці події, що стимулюють нервові больові рецептори в тканині. Взаємодія PRR фагоцитів з клітинними сигналами дистресу і ПАМПС і опсонінами на поверхні патогенів призводить до виділення більшої кількості прозапальних хімічних речовин, посилюючи запальну реакцію.

У період запалення виділення брадикініну змушує капіляри залишатися розширеними, затоплюючи тканини рідинами і приводячи до набряку. Зростаюча кількість нейтрофілів набирають на територію для боротьби з хвороботворними мікроорганізмами. Оскільки боротьба вирує, гній утворюється від скупчення нейтрофілів, відмерлих клітин, тканинних рідин та лімфи. Як правило, через кілька днів очистити цей гній допоможуть макрофаги. Зрештою, відновлення тканин може початися в пораненій області.

хронічне запалення

Коли гостре запалення не здатне очистити інфекційний збудник, може виникнути хронічне запалення. Це часто призводить до постійної (а іноді і марної) битви нижчого рівня між організмом господаря та збудником. Поранена область може заживати на поверхневому рівні, але патогенні мікроорганізми все ще можуть бути присутніми в більш глибоких тканині, стимулюючи триваюче запалення. Крім того, хронічне запалення може бути залучено до прогресування дегенеративних неврологічних захворювань, таких як хвороба Альцгеймера та Паркінсона, хвороби серця та метастатичний рак.

Хронічне запалення може призвести до утворення гранульоми, кишень інфікованої тканини, відстінених і оточених WBC. Макрофаги та інші фагоцити ведуть невдалу боротьбу за усунення патогенів та мертвих клітинних матеріалів всередині гранульоми. Одним із прикладів захворювання, що викликає хронічне запалення, є туберкульоз, в результаті якого утворюються гранульоми в легеневих тканині. Туберкульозна гранульома називається горбком (рис.\(\PageIndex{2}\)). Туберкульоз буде більш детально висвітлений у бактеріальних інфекціях дихальних шляхів.

Хронічне запалення пов'язане не просто з бактеріальними інфекціями. Хронічне запалення може бути важливою причиною ураження тканин від вірусних інфекцій. Обширне рубцювання, що спостерігається при інфекціях гепатиту С та цирозі печінки, є результатом хронічного запалення.

Малюнок\(\PageIndex{2}\): Горбок - це гранульома в легеневій тканині хворого на туберкульоз. На цій мікрофотографії білі кров'яні тільця (пофарбовані в фіолетовий колір) відшарували кишеню тканини, інфікованої мікобактерією туберкульозу. Гранульоми зустрічаються і при багатьох інших формах захворювання. (кредит: модифікація роботи Піотровського WJ, Гурський П., Дуда-Шиманська Дж., Квятковська С.)

Вправа\(\PageIndex{1}\)

1. Назвіть п'ять ознак запалення.
2. Гранульома - це гостра або хронічна форма запалення? Поясніть.

хронічний набряк

Крім гранульоми, хронічне запалення також може закінчитися тривалим набряком. Стан, відомий як лімфатичний філяріоз (також відомий як слонова хвороба), є крайнім прикладом. Лімфатичний філяріоз викликається мікроскопічними нематодами (паразитичними черв'яками), личинки яких передаються між господарями людини комарами. Дорослі глисти живуть в лімфатичних судибах, де їх присутність стимулює інфільтрацію лімфоцитами, плазматичними клітинами, еозинофілами та тромбоцитами (стан, відомий як лімфангіт). Через хронічного характеру хвороби з часом можуть виникнути гранульоми, фіброз, блокування лімфатичної системи. Згодом ці закупорки можуть погіршуватися при повторних інфекціях протягом десятиліть, що призводить до потовщення шкіри з набряком і фіброзом. Лімфа (позаклітинна тканинна рідина) може виливатися з лімфатичних ділянок і назад в тканини, викликаючи сильний набряк (рис.\(\PageIndex{3}\)). Зазвичай слідують вторинні бактеріальні інфекції. Оскільки це захворювання, викликане паразитом, еозинофілія (різке зростання кількості еозинофілів в крові) характерна для гострої інфекції. Однак цього збільшення антипаразитних гранулоцитів недостатньо для очищення інфекції у багатьох випадках.

Лімфатичний філяріоз вражає приблизно 120 мільйонів людей у всьому світі, здебільшого зосереджені в Африці та Азії. ¹ Покращена санітарія та боротьба з комарами можуть зменшити швидкість передачі.

Малюнок\(\PageIndex{3}\): Слонова хвороба (хронічний набряк) ніг внаслідок філяріозу. (кредит: зміна роботи Центрів контролю та профілактики захворювань)

Лихоманка

Лихоманка - це запальна реакція, яка виходить за межі місця зараження і вражає весь організм, в результаті чого відбувається загальне підвищення температури тіла. Температура тіла в нормі регулюється і підтримується гіпоталамусом, анатомічним відділом мозку, який функціонує для підтримки гомеостазу в організмі. Однак певні бактеріальні або вірусні інфекції можуть призвести до вироблення пірогенів, хімічних речовин, які ефективно змінюють «налаштування термостата» гіпоталамуса, щоб підвищити температуру тіла та викликати лихоманку. Пірогени можуть бути екзогенними або ендогенними. Наприклад, ліпополісахарид ендотоксину (ЛПС), що виробляється грамнегативними бактеріями, є екзогенним пірогеном, який може спонукати лейкоцити до вивільнення ендогенних пірогенів, таких як інтерлейкін-1 (IL-1), IL-6, інтерферон-γ (IFN-γ) та фактор некрозу пухлини (TNF). При каскадному ефекті ці молекули можуть потім призвести до вивільнення простагландину Е2 (PGE ₂) з інших клітин, скидаючи гіпоталамус, щоб ініціювати лихоманку (рис.\(\PageIndex{4}\)).

Малюнок\(\PageIndex{4}\): Роль гіпоталамуса в запальній реакції. Макрофаги розпізнають патогенні мікроорганізми в області і виділяють цитокіни, які викликають запалення. Цитокіни також посилають сигнал вгору блукаючого нерва до гіпоталамуса.

Як і інші форми запалення, лихоманка підсилює вроджений імунний захист, стимулюючи лейкоцити для знищення хвороботворних мікроорганізмів. Підвищення температури тіла також може гальмувати ріст багатьох патогенних мікроорганізмів, оскільки патогенами людини є мезофіли з оптимальним зростанням близько 35° C (95° F). Крім того, деякі дослідження припускають, що лихоманка також може стимулювати вивільнення сполук, що зв'язують залізо з печінки, тим самим видаляючи з голоду мікроби, які покладаються на залізо для росту. ²

Під час лихоманки шкіра може здатися блідою через звуження судин в шкірі, яке опосередковано гіпоталамусом для відведення кровотоку від кінцівок, мінімізуючи втрату тепла і підвищуючи температуру ядра. Гіпоталамус також стимулюватиме тремтіння м'язів, ще один ефективний механізм генерації тепла та підвищення температури ядра.

Кризова фаза настає при розриві лихоманки. Гіпоталамус стимулює розширення судин, в результаті чого відбувається повернення кровотоку до шкіри і подальше виділення тепла з організму. Гіпоталамус також стимулює потовиділення, яке охолоджує шкіру в міру випаровування поту.

Хоча лихоманка низького рівня може допомогти людині подолати хворобу, в деяких випадках ця імунна відповідь може бути занадто сильною, спричиняючи пошкодження тканин та органів, а у важких випадках - навіть смерть. Запальна реакція на бактеріальні суперантигени - один із сценаріїв, при якому може розвинутися небезпечна для життя лихоманка. Суперантигени - це бактеріальні або вірусні білки, які можуть викликати надмірну активацію Т-клітин від специфічної адаптаційної імунної захисту, а також надмірне вивільнення цитокінів, що надмірно стимулює запальну реакцію. Наприклад, золотистий стафілокок і Streptococcus pyogenes здатні виробляти суперантигени, що викликають синдром токсичного шоку і скарлатину відповідно. Обидва ці стани можуть бути пов'язані з дуже високою, небезпечною для життя лихоманкою, що перевищує 42° C (108° F).

Вправа\(\PageIndex{2}\)

1. Поясніть різницю між екзогенними і ендогенними пірогенами.
2. Як лихоманка пригнічує хвороботворні мікроорганізми?

Клінічна спрямованість: Дозвіл

Враховуючи передчасну смерть батька, лікар Анжели підозрює, що у неї спадковий ангіоневротичний набряк, генетичне захворювання, яке порушує функцію білка інгібітора С1. Пацієнти з цією генетичною аномалією можуть випадково спостерігатися епізоди набряку в різних ділянках тіла. У випадку Анжели набряк стався в дихальних шляхах, що призвело до утруднення дихання. Набряк також може виникати в шлунково-кишковому тракті, викликаючи спазми в животі, діарею та блювоту, або в м'язах обличчя або кінцівок. Цей набряк може бути не реагувати на лікування стероїдів і часто неправильно діагностується як алергія.

Оскільки існує три типи спадкового набряку Квінке, лікар призначає більш специфічний аналіз крові для пошуку рівнів C1-INH, а також функціональний аналіз інгібіторів С1 Анжели. Результати свідчать про те, що Анжела має спадковий ангіоневротичний набряк I типу, який становить 80% - 85% всіх випадків. Ця форма розладу викликана дефіцитом інгібіторів естерази С1, білків, які зазвичай допомагають придушити активацію системи комплементу. Коли ці білки є дефіцитними або нефункціональними, надмірна стимуляція системи може призвести до вироблення запальних анафілатоксинів, що призводить до набряку та накопичення рідини в тканині.

Не існує ліків від спадкового набряку Квінке, але своєчасне лікування очищеним і концентрованим C1-INH від донорів крові може бути ефективним, запобігаючи трагічним наслідкам, подібним до того, який страждав батько Анжели. Ряд терапевтичних препаратів, затверджених в даний час або на пізніх стадіях випробувань на людях, також можуть розглядатися як варіанти лікування в найближчому майбутньому. Ці препарати працюють, пригнічуючи запальні молекули або рецептори запальних молекул.

На щастя, стан Анжели швидко діагностували і лікували. Хоча у неї можуть виникнути додаткові епізоди в майбутньому, її прогноз хороший, і вона може очікувати жити відносно нормальним життям за умови, що вона шукає лікування при появі симптомів.

Ключові поняття та резюме

• Запалення є результатом колективної реакції хімічних медіаторів та клітинних захисних засобів на травму або інфекцію.
• Гостре запалення короткочасне і локалізується на місці травми або інфекції. Хронічне запалення виникає при невдалій запальній реакції і може призвести до утворення гранульоми (наприклад, при туберкульозі) і рубців (наприклад, при вірусних інфекціях гепатиту С та цирозі печінки).
• П'ять кардинальних ознак запалення - еритема, набряк, жар, біль і змінена функція. Вони значною мірою є наслідком вроджених реакцій, які притягують посилений приплив крові до травмованої або інфікованої тканини.
• Лихоманка - загальносистемний ознака запалення, що підвищує температуру тіла і стимулює імунну відповідь.
• І запалення, і лихоманка можуть бути шкідливими, якщо запальна реакція занадто сильна.

Виноски

1. 1 Центри з контролю та профілактики захворювань. «Паразити—лімфатичний філіаріаз». 2016 р. http://www.cdc.gov/parasites/lymphat...info/faqs.html.
2. 2 Н. Парроу та ін. «Секвестрація та очищення заліза при інфекції». Інфекція та імунітет 81 № 10 (2013) :3503—3514