Capacitatea de a elimina invadatori străini cum sunt agenții infecțioși sau [605244]

Capacitatea de a elimina invadatori străini cum sunt agenții infecțioși sau
țesuturile lezate este esențială pentru supraviețuirea organismelor. Acestă funcție este
mediată de un răspuns complex numit inflamație. Inflamația este un răspuns protectiv
ce implică celule gazdă, vase de sânge, proteine, alți mediatori care elimină cauza
inițială a leziunii celulare cât și celule și țesuturi necrotice rezultate din leziun ea ințială
având deasemena rol în inițierea procesului de vindecare.
Celulele și moleculele sistemului imun, leucocitele și proteinele plasmatice, circulă în
mod normal prin sânge, rolul reacției inflamatorii este de a le aduce în focarul
inflamator. În răspunsul inflamator sunt deasemenea implicate celule endoteliale, celule
și proteine ale matricei extracelulare.
Inflamația poate fi acută sau cronică. Inflamația acută are un debut rapid, durată scurtă
de câteva minute sau câteva zile fiind caracterizată de exudat proteic și infiltrat celular
predominat neutrofilic. Inflamația cronică poate avea debut insidios, durată mai lungă
(zile până la ani) și este caracterizată de un influx de macrofage și limfocite cu
proliferare și fibroză vasculară asociată. Ce le două forme ale infamației pot coexista.
Inflamația este indusă de mediatorii chimici produși de celulele gazdă ca și răspuns la
stimuli nociceptivi. Prezența infecției sau leziunii este sesizată de macrofage, celule
deditrice, mastocite sau alte tipuri de celule. Aceste celule secretă molecule(citokine și
alți mediatori) care induc și reglează răspunsul inflamator. Mediatorii inflamției sunt
produși si de către proteine plasmatice care interacționează cu microbii sau țesutul
lezat. O parte din acești med iatori promovează efluxul de plasmă și recrutarea în focarul
inflamator de leucocite ce vor încerca să eliminine agentul patogen prin fagocitoză.
Manifestările externe ale inflamției, numite semne cardinale sunt căldura, eritemul,
durerea, edemul și impote nța funcțională.
In mod normal inflamația este controlată și limitată. Mediatorii și celulele sunt activate
doar ca și răspuns la un stimul lezant, au viață scurtă și sunt degradante sau devin
inactive odată ce stimulul a fost eliminat.

Inflamția acută

Raspunsul inflamator acut determină migrarea rapidă a leucocitelor și proteinelor
plasmatice la locul injuriei. Odata ajunse acolo leucocitele elimină agentul inflamator,
începe procesul de digestie și eliminare a țesutului necrotic.
Inflamația acută are două componente majore:
-Schimbarile vasculare: alterarea calibrului vascular (vasodilatație) și schimbările de la
nivelul peretelui (cresterea permeabilitații vasculare). Celulele endoteliale sunt activate
determinând o crestere în adeziunea și migrarea l eucocitelor prin peretele vascular.
-Evenimentele celulare: extravazarea leucocitelor și acumularea acestora în focarul
inflamator urmat de activarea lor determină eliminarea agentului lezant. Principalele
leucocite prezente in inflmația acuta sunt neutro filele.
Stimuli ai inflamației acute
Reacția inflamatorie acută poate fi declanșată de o varietate de stimuli:
-infecțiile (bacteriene, virale, fungice, parazitare) sunt cauza cea mai comună si
importantă
-trauma, agenti fizici sau chimici ce lezează celul e
-necroza tisulară, incluzând ischemia și leziuniile fizice și chimice
-corpii străini
-reacțiile imune împotriva substanțelor din mediu sau propriului țesut
Recunoasterea microbilor, celulelor necrotice si corpilor străini
Fagocitele, celulele dendriti ce și multe alte celule precum celulele endoteliale exprimă
receptori care au rolul de a depista prezența agenților patogeni sau a substanțelor
eliberate de către celulele necrotice. Cele mai importante două familii a receptorilor
sunt:
-receptori toll -like(TLRs): localizați în membrana plsamtică și endozomi sunt capabili să
facă detecție extracelulară și să ingere microbi. Împreună cu alți receptori care îi
complementează pot oferi protecție împotriva tuturor claselor de agenți patogeni.

Schimbări vasculare
Principalele schimbări vasculare ce apar in inflamția acută sunt cresterea circulației
sanguine secundar vasodilației și cresterea permeabilitații vasculare, amandouă avâand
rolul de a aduce celulele și proteinele sanguine in focarul inflamator. Stimulul nociceptiv

intra prima data in contact cu macrofage sau alte celule in tesutul conjunctiv dar
această interacțiune este curand urmata și dominată de răspunsul vascular.
Schimbări in calibrul si fluxul vascular
Inițial apare o vasoconstricție tranz itorie (cu durată de câteva secunde) urmată de o
vasodilatație determinând astfel o creștere a fluxului sanguin și ingroșarea patului
capilar in aval. Aceasta expansiune vasculară este cauza eritemului caracteristic
inflamației acute.
Sitemul microvascular devine mai permeabil și fluide bogate în proteine se deplasează
în țesutul extravascular. Aceaste modificări cresc concentrația sângelui astfel că acesta
devine mai vâscos și viteza de curgere scade. Microscopic aceste schimbari apar ca și
mici vase dilat ate umplute cu elitrocite (stază).
Pe măsură ce fenomenul de stază avansează, leucocitele (în principal neutrofile) încep
să se acumuleze de -a lungul suprafeței endoteliale, proces numit migrare. Acesta este
primul pas al trecerii leucocitelor prin peretel e vascular.
Creșterea permeabilitații vasculare
Creșterea permeabilitații vasculare determină mișcarea de fluide bogate în proteine sau
chiar sânge în spațiul extravascular, crescând presiunea osmotică a lichidului interstițial.
Această creștere determină deplasarea unui flux mai mare de apă din sânge în țesuturi.
Fluidul bogat in proteine ce se acumulează se numește exudat și determină edem.
În reacția inflamatorie acută la creșterea permeabilitații vasculare contribuie multiple
mecanisme:
-Contracția celu lelor endoteliale ce determină spații intercelulare in venulele
postcapilare este cea mai comuna cauză, are loc rapid după legarea histaminei,
bradichininei, leucotrienelor și a multor alți mediatori la receptori specifici având durată
scurta (15 -30 de min ute). Factorul necrotic (TNF) și interleukina -1 (IL-1) pot determina o
retracție a celulelor endoteliale mai inceatasi mai prelungită. Această reacție este
declanșată la 4 -6 ore de la stimulul inițial și durează 24 de ore sau mai mult
-Leziunea endoteliană care determină detașare și necroză celulară. Celulele endoteliale
pot fi lezate ca urmare a unor injurii severe (arsuri, unele infecții) dar și de acumularea
de leucocite de -a lungul peretelui vascular. Leucocitele activate eliberează mediatori
toxici ce cauzează aceste modificări.

-Transcitoză crescută a proteinelor ce prin o cale veziculară intracelulară crește
permeabilitatea venulară mai ales după expunerea la anumiți mediatori ca și factorul de
creștere endotelial. Transcitoza se desfășoară prin canal e rezultate din fuziunea
veziculelor intracelulare.
-Creșterea permeabilității vaselor nou format. Repararea tisulară implică formarea de
vase noi. Aceste vase raman permeabile pană cand celulele endoteliane sunt suficient
de mature pentru a forma joncțiun i intercelulare. Vasele nou formate sunt constituite din
celule endoteliale cu o expresie crescută a receptorilor pentru mediatorii vasoactivi. O
parte din factorii ce stimulează angiogeneză induc și o permeabilitate vasculară
crescută.
Răspunsul vaselor l imfatice
Vasele limfatice particiapă și ele la răspunsul inflamator. Fluxul limfatic este crescut în
inflamație și ajută la drenarea edemului, leucocitelor și resturilor de debridare din spațiul
extravascular. În reacții inflamatorii severe vasele limfatic e pot transporta agentul
patogen contribuind astfel la diseminarea lui. În inflamație putem întâlni limfangită și
limfadenită.
Evenimente celulare: recrutarea și activarea leucocitelor
Așa cum am menționat anterior un rol importanta al raspunsului inflamat or este de a
duce și de a activa limfocitele în focarul inflamator. Leucocitele ingestă agentii patogeni,
omoara bacterii si alți microbi și elimina țesutul necrotic sau substanțe străine. Odată
activate leucocitele pot determina ți leziuni tisularesau pre lungirea inflamației deoarece
produși leucocitari pot distruge și țesut normal. De aceea mecanismele de apărare
includ și verificări care asigură că leucocitele sunt recrutate și activate doar unde și
când este necesar.
Recrutarea leucocitară
În mod normal leucocitele circulă prin sânge dar în inflamație ele trebuie oprite și duse
la în focarul inflamator care este de regulă situat extravascular. Recrutarea leucocitară
are mai multe etape (1) marginația și răstogolirea de -a lungul peretelui vascular, (2)
ferma adeziune la endoteliu, (3) transmigrația printre celulele endoteliale și (4) migrarea
în țesutul interstițial către un stimul chemotactic. Răstogolirea, adeziunea și
transmigrația sunt mediate de interacțiunile moleculelor de adeziune pe leucocite și

suprafața endotelială. Mediatori chimici , chemoatractanți și anumite citokine
influențează procesul prin modularea expresie de receptori, afinitatea moleculelor de
adeziune și prin stimularea mișcării direcționale a leucocitelor.
Marginația și răstogolirea
Eritrocitele sunt celule de dimensiuni mici și circulă în sânge cu o viteză mai mare decât
a celulelor albe de dimensiuni mai mari, astfel că leucocitele sunt împinse în afara
axului central și au o mai bună oprtunitate de a interacționa cu celulele endot eliale mai
ales când avem și fenomenul de stază. Procesul de acumulare al leucocitelor la
perfieria vaselor se numeste marginație. În raspunsul inflamator citokinele și alți
mediatori locali activează celulele endoteliale ce vor exprima molecule de adeziun e ce
leagă slab leucocitele, generând astfel o mișcare de legare și detașare, proces numit
răstogolire.
Legăturile slabe și tranzitorii formate în timpul răstogolirii sunt mediate de selectine –
recepori ai leucocitelor și endoteliului ce prezintă și un dom eniu extracelular ce leagă
zahar. Există trei tipuri de selectine, selectina E (CD62E) caracteristică celulelor
endoteliale, selectina -P(CD62P) prezentă atât pe plachete cât și la nivelul endoteliului și
selctina -L ce apare pe suprafața leucocitelor. Selec tinele leagă forme sialilate de
oligozaharide (Lewis X sialilat pe leucocite) care sunt atașate de glicoproteine mucin –
like de pe diferite celulele. Selectinele sunt slab exprimate sau nu sunt pe endoteliul
neactivat dar citokinele și alți mediatori stimu lează femonenul up. Deci, legarea
leucocitelor este restricționată la locul de infecție sau de leziune tisulară.
Adeziunea
Procesul de adeziune fermă este mediat de integrinele leucocitare ce interacționează
cu liganzi lor de pe celulele endoteliale. Int egrinele sunt glicoproteine heterodimerice
tranmembranare ce mediază adeziunea leucocitelor la endoteliu și a multor altor celule
la matricea extracelulară. Leucocitele neactivate exprimă inegrine cu afinitate scăzută
ce aderă la liganzi lor specifici doar după activare.
Chemokinele sunt citokine chemoatractante secretate la locul inflamației vizibile pe
suprafața endotelială. Contactul leucocitelor aderente cu chemokinele determină
activarea celulelor și schimbarea conformațională a integrinelor care adopt ă forma
caracterizată de o afinitate crescută. In același timp, alte citokine, mai ales TNF și IL -1

activează celuele endoteliale amplificând astfel exprimarea liganzilor pentru
integrine. Acești liganzi includ și melecule de adeziune -1 (ICAM -1) ce se lea gă de
integrinele leucocitare, antigenul asociat -1 (LFA -1) ce se leagă de antigenul foarte
târziu(VLA -4). Interacțiunea integrinelor cu liganzi trimite semnale ce determină
schimbări ale citoscheletului ce mediază adeziunea fermă la substrat.
Transmigrația
Migrarea leucocitelo către spațiul extravascular se face inițial printre joncțiunile
intercelulare . Extravazarea leucocitele se numește diapedeză și are loc mai ales la
nivelul venulelor ce fac parte din vasclarizația sistemică dar și în capilarele din
vascularizația pulmonară. Migrarea leucocitelor este dirijată de chemokinele produse în
țesutul vascular ce stimulează mișcarea lor în direcția gradientului chimic. Leucocitele
traversează endoteliul sub acțiunea mediatoare a moleculei de adeziune celulară
trombocito -endotelială. După traversarea endoteliului leucocitele secretă colagen, fapt
ce le permite trecerea prin membrana bazală vasculară.
Chemotaxis
După extravazare leucocitele se întreptă spre focarul inflamator printr -un proces numit
chemotaxis. Pot fi substanțe chemotactice pentru leucocite următoareleȘ
-produși bacterieni, în special peptidele cu grupare terminală formil -metionină -N
-citokinele, mai ales cele din familia chemokinelor
-sistemul complement , in special C5
-produși ai metabolismul ui acidului arahidonic, leucotrienele B4 in particular
Moleculele chemotactice se leagă de receptori specifici și activează ansamblul
contractil necesar pentru mișcare. Leucocitele se depasează prin pseudopode ce se
ancorează de ECM și trag celula. Direcț ia mișcării este detrminată de o densitate mai
mare de receptori ai chemokinelor la priferia celulară. Astfel leucocitele merg spre
focarul inflamator unde sunt reținute.
În inflamația acută infiltratul inflamator conține predominant neutrofile în primele 6-24
ore fiind înlocuite de către monocite in următoarele 24 -48 ore. Abundeța de neutrofile
este consecința mai multor factori: sunt cele mai numeroase leucocite din sânge,
răspund raid la chemokine, se atașează ferm la moleculele de adeziune induse preco ce
de celulele endoteliale (selectinele P și E). După intrarea în țesut leucocitele au viață

scurtă , mor prin apoptoză și dispar , monocitele în schimb supraviețuiesc mai mult
timp.
Activarea leucocitară
Activarea leucocitelor de către microbi, produși a i necrozei celulare și alți
mediatori implică amplificarea urmatoarelor funcții:
-fagocitoza
-distrugerea intracelulară a microbilor fagocitați și a celulelor moarte de către speci
reactive ale oxigenului, enzime lizozomale și specii ale nitrogenului.
-eliberarea substanțelor ce distrug microbi și țesutul necrotic din spațiul extracelular
-producția de mediatori, metaboliți ai acidului arahidonic și citokine, ce amplifică
răspunsul inflamator prin activarea și recrutarea uni număr mai mare de leucocite.
Fagocitoza are trei etape: (1) recunoașterea și atașarea particulei la leucocit, (2)
înglobarea particulei și formarea unei vacuole fagocitare și (3) distrugerea materialului
ingerat.
Leucocitele leagă și ingeră microorganismele și celuele moarte prin inter mediul
receptorilor de suprafață. O parte din acești receptori recunosc componente ale
microbilor sau celulelor moarte în timp ce alti receptori recunosc opsoninele (proteine ce
înconjoară microbi facilitând fagocitoza). Cele mai importante opsonine sunt
imunoglobulinele din clasa G (IgG) ce se leagă de suprafața antigenului microbian,
produșilor de descompunere a proteinei C3 și colectinelor. Leucocitele exprimă
receptori pentru opsonine (receptorul Fc pentru IgG, receptorii 1 si 3 pentru fragmente
ale com plementului și C1q pentru colectine) ce facilitează fagocitoza microbilor
înconjurați de acestea.
Legarea particulelor opsonizate de acești receptori declanșează procesul de înglobare
și induce activarea celulară ce amplifică degradarea și degradarea mic robilor ingerați.
Pe durata fenomenului de înglobare se extind în jurul obiectului pseudopode ce într -un
final vor forma o vacuolă. Membrana vacuolei fuzionează cu membrana unei granule
lizozomale și determină eliberarea conținutului granular în fagolizozo m.

Distrugerea și degradarea microbilor fagocitați

Pași esențiali în acest proces sunt producția substanțelor distrugătoare de microbi și
fuziunea lizozomilor cu fagozomi realizând astfel expunerea particulelor ingerate la
mecanismele de distrugere ale l eucocitelor. Specile reactive de oxigen și enzimele
lizozomale sunt cele mai importante substanțe cu rol în distrugerea micobilor. Specile
reactive de oxigen se formează astfel:
-fagocitoza și angajarea diferitelor tipuri de receptori declanșează o exploz ie oxidativă (
numită și explozie respiratorie) caracterizată de o creștere rapidă a consumului de
oxigen, oxidare crescută a glucozei și formare de speci reactive ale oxigenului.
Metabolitii oxigenului sunt generați datorită activarii rapide a oxidazei le ucocitare
NADPH ( oxidaza fagocitară) ce oxidează NADPH și în acest proces convertește
oxigenul la ion superoxid (O2 -).
-prin dismutare spontană superoxidul este transformat în hidrogen peroxid ((O2 –
+2H+→H2O2). Aceste specii reactive ale oxigenului se comp ortă ca și radicali liberi și
distrug microbi.
-in mod normal cantiatatea de H2O2 este insuficientă pentru distrugerea bacteriilor(deși
formarea de superoxid și radicali hidroxil ar putea fi suficientă). Lizozomi neutrofilelor
(granulele azurofile) conțin mieloperoxidază (MPO) care în prezența unei halogenuri
(Cl-) catalizează conversia H2O2 la HOCl+(radical hipocloros0. HOCl+ este un
puternic agent oxidant și antimicrobian ce omoară bacteriile prin halogenare sau prin
peroxidare lipidică și proteică.
Oxidaza fagocitară este activă doar după translocarea subunității citoplasmatice la
membrana fagolizozomului, în acest fel produși reactivi sunt generați în interiorul
veziculei, iar fagocitul nu este lezat. H2O2 este scindat în apă și O2 sub acțiunea
catala zei, restul specilor reactive de oxigen fiind degradate. Speciile reactive ale
nitrogenului au un comportament similar speciilor reactive de oxigen.
Microorganismele moarte sunt apoi degradate sub acțiunea hidrolazelor acide
lizozomale, cea mai importantă dintre acestea fiind elastaza.
Proteinele bactericide ce crec peremabilitatea (responsabile de activarea fosfolipazei și
degradarea membranei fosolipidice), lizozomi ( determină degradarea învelișului
bacterian oligozaharidic), proteinele bazice majore (ci totoxice pentru paraziți) și
defensinele (peptide ce distrug microbi prin perforarea membranelor).

Secreția substanțelor distructoare de microbi
Mecanismele de distrugere microbiană au loc în interiorul fagolizozomilor pentru a
proteja leucocitele de fenomenul de autodistrugere. Leucocitele secretă și ele în mod
activ enzime precum elastaza ce distrug și digeră microbi și șesutul mort extravascular
dar și peptide antimicrobiene. Secreția de granule leucocitare are loc prin diverse
mecanisme:
-vacuolele fagocitar răman parțial deschise până la închiderea completă a
fagolizozomului.
-atunci când celulele întâlnesc materiale greu de ingerat, spre exemplu complexele
imune de pe suprafețe nemobilizabile (membrana bazală glomerulară) se declanșează
o puternic ă activare leucocitară.
-membrana fagolizozomului poate fi leazată de fagocitarea unor substanțe precum
siliconul.
Capcane neutrofilice extracelulare (NETs) .
Ca și răspuns la patogeni infecțioși și mediatori ai inflamației neutofilele crează o rețea
fibrilară extracelulară (capcane). Acestă rețea generează o cantitate mare de substanțe
antimicrobiale și împiedică răspandirea microbiană prin reținerea acestora în fibrile. În
acest proces, nutrofilele își pierd nucleul , ceea ce conduce la moarte celulară.
Mediatorii chimici și regulatorii inflamației
Anterior am descris evenimentele vasculare și celulare care au loc în inflamația acuta si
alterațiile morfologice aferente iar acum vom discuta despre mediatorii chimici care sunt
responsabili de aceste evenime nte. Aceste notiuni sunt importante deoarece au fost
folosite pentru a produce o mare parte a medicamentelor anti -inflamatorii cum ar fi
aspirina și acetaminofenul. Vom evidenția proprietățiile mediatorilor inflamației și vom
sublinia cele mai importante m olecule implicate. De asemenea vom atinge o parte din
mechanismele care limitează și încheie reacțiile inflamatorii.
Medialtorii pot fi produsi local – de catre celulele de la locul inflamației sau pot fi derivați
din precursorii circulanți inactivi (in mod normal sintetizați de catre ficat ) care vor fi
activați la locul inflamației. Mediatorii derivați din celule sunt depozitați în granule
intracelulare și sunt secretați rapid cand are loc activarea celulară (ex. histamina în
mastocite) sau sunt sintetizaț i de novo ca raspuns la un stimul (ex. prosaglandinele și

citokinele produse de catre leucocite sau alte celule). Mediatorii plasmatici derivați din
protein (proteinele complementului, kininele) circulă ca forma inactivă și in mod normal
sunt supuse unui clivări proteolitice pentru a devenii biologic active.
Cei mai mulți mediatori acționează prin legarea lor la receptorii specifici ai celulelor
țintă. Acești mediatori pot acționa pe unul sau cateva tipuri de celule, sau pot să
funcționeze diferit având u n effect diferit în funcție de tipul celulei asupra careia
acționează. Unii mediatori (ex. proteazele lizozomale, speciile reactive de oxigen) au o
activitate enzimatica sau toxică direct care nu necesită legarea la receptorii specifici.
Acțiunile celor ma i mulți mediatori sunt strict reglementate și au o durată scurtă. După
activarea și eliberarea lor de catre celulă, mediatorii sunt rapid degradați (ex. metaboliții
acidului arahidonic), inactivați de enzyme (kininaza inactivează bradikinina), sunt
elimina ți (antioxidanții elimină metabiliții toxici ai oxigenului) sau sunt inhibați (ex.
proteinele de reglare a complementului blochează activarea complementului).
Mediatori derivați din celule
Aminele vasoactive
Cele două amine vasoactive, histamina și seroton ina, sunt depozitate sub formă de
molecule preformate în celulele mast și alte celule și sunt printre primi mediatori
eliberați în reacția inflamatorie acută.
-Histamina este produsă de celule mast adiacente vaselor dar și de plachetele și
bazofilele circu lante. Celulele mast eliberează molecule preformate de histamină ca și
răspuns la o varietate de stimuli: (1) traumă,(2) reacții imune ce implică legarea
anticorpilor IgE la receptori Fc a celulelor mast), (3) toxinele anafilactice C3 și C5, (4)
proteinele eliberatoare de histamină derivate din leucocite. Histaminele produc dilatație
arteriolară și o creștere rapidă a permeabilității vasculare prin contracția