patogenesi della flogosi

I mediatori dell’infiammazioneI mediatori dell’infiammazione

Sono le molecole, generate in un focolaio infiammatorio, capaci di

modulare il processo infiammatorio

I mediatori (endogeni)I mediatori (endogeni)I mediatori (endogeni) sono di origine plasmatica o di origine cellulare:

• I mediatori plasmatici sono presenti nel plasma in forma di precursori che devono essere attivati.

• I mediatori cellulari sono sequestrati in granuli intracellulari, oppure sono sintetizzati ex novo.

Le cellule: piastrine, neutrofili, monociti/macrofagi, e mastociti; anche cellule mesenchimali (endotelio, muscolo liscio e fibroblasti) possono essere indotte ad sintetizzare alcuni mediatori.

ProprietProprietàà generali dei mediatorigenerali dei mediatori• in genere, si legano a recettori cellulari specifici; alcuni

hanno però attività enzimatica diretta, o mediano un danno ossidativo (proteasi, ROS)

• possono stimolare il rilascio di altri mediatori, con effetti di amplificazione o di regolazione negativa della risposta

• hanno funzioni multiple: una o poche cellule bersaglio / piùbersagli / effetti diversi, a seconda del tipo di cellula e tessuto su cui agiscono

• hanno in genere emivita breve, essendo rapidamente inibiti da enzimi o da sistemi chimici

• la loro azione può causare effetti potenzialmente dannosi

Mediatori chimici dellMediatori chimici dell’’infiammazioneinfiammazioneMediatori Fonte

IstaminaIstamina

a) agenti fisici (traumi, caldo, freddo)b) reazioni immuni (IgE)c) frammenti del complemento (C3a e C5a)d) proteine provenienti da leucociti che

determinano il rilascio di istamina; e) citochine (IL-1, IL-8).

Stimoli di rilascioStimoli di rilascio

EffettiEffetti- Vasodilatazione (arteriolare)- Aumento permeabilità (venulare)

Enzimi lisosomialiEnzimi lisosomiali• Proteine cationiche

• Proteasi neutre: degradano vari componenti extracellulari (collageno, MB, fibrina, elastina, e cartilagine) e determinano un danno tessutale. Inoltre, possono attivare il complemento.

• Proteasi acide: degradano batteri e detriti all’interno dei fagolisosomi

Mediatori plasmaticiMediatori plasmatici(tre sistemi proteici interdipendenti)(tre sistemi proteici interdipendenti)

• Sistema complemento

• Sistema delle chinine

• Sistema della coagulazione-fibrinolisi

ComplementComplement activationactivation pathwayspathways

Le funzioni biologiche del complemento rientrano in due categorie generali:

1) Lisi cellulare da parte del complesso MAC

2) Effetti biologici dei frammenti proteolitici (C3a, C5a, C3b: mediatori dell’infiammazione)

Le funzioni biologiche del complementoLe funzioni biologiche del complemento

Frammenti del complemento come Frammenti del complemento come mediatori dellmediatori dell’’infiammazioneinfiammazione

• C3a, C5a: Aumentano la permeabilità vascolare e provocano vasodilatazione, principalmente facendo rilasciare istamina dai mastociti.

• C5a: attivazione e chemiotassi dei leucociti (aviditàdelle integrine, attivazione del metabolismo dell’ac. arachidonico nei neutrofili e nei monociti, rilascio di ulteriori mediatori dell’infiammazione).

• C3b: fagocitosi, si può fissare sulla parete cellulare batterica e agire come opsonina.

*

*

*

**

VD, P A

P, C

Xa P, C

*P

VD, vasodilatazione

P, permeabilità

C, chemiotassi

Correlazioni fra i sistemi dei mediatori plasmatici innescati dall’attivazione del fattore XII

Mediatori plasmatici piMediatori plasmatici piùù importanti in vivo: importanti in vivo: -Permeabilità vascolare: Bradichinina, C3a, e C5a-Attivazione cellule endoteliali: trombina-Chemiotassi: C5a

Meccanismi:Attivazione del fattore XII, e innesco della via delle chinine, coagulazione, fibrinolisi, e complemento.

Attivazione del complemento (via classica, via alternativa, via della lectina, proteasi come plasmina e callicreina)

Interazioni fra i sistemi dei mediatori plasmaticiConsiderazioni riassuntive:

Metaboliti dellMetaboliti dell’’ac. arachidonico: ac. arachidonico: Prostaglandine, Prostaglandine, leucotrienileucotrieni e e lipossinelipossine

Quando le cellule vengono attivate da stimoli disparati, i loro lipidi di membrana vengono rimodellati, generando mediatori lipidici biologicamente attivi; i metaboliti dell’AA influenzano molti processi biologici (infiammazione ed emostasi).

• Vengono formati rapidamente (DAG, Ca++, fosfolipasi A2)

• Hanno effetto locale

• Decadono spontaneamente (o per via enzimatica).

In un processo a due fasi, COX converte l’ac. arachidonico in PGH2, a sua volta convertito da altri enzimi in PGI2 (prostaciclina), PGD2, PGE2, PGF2, e TxA2. Gli enzimi hanno concentrazioni varie nei diversi tessuti (EC, PGI2; piastrine, TxA2; PGE2, vasodilatazione, e dolore).

LL’’acido acido arachidonicoarachidonico, e i suoi metaboliti, e i suoi metaboliti(via delle (via delle ciclossigenasiciclossigenasi))

LL’’acido acido arachidonicoarachidonico, e i suoi metaboliti, e i suoi metaboliti

Azioni infiammatorie degli Azioni infiammatorie degli eicosanoidieicosanoidi

LipossineChemiotassi, adesioneHETE

Leucotriene B4

PermeabilitàLeucotrieni C4, E4, D4

VasodilatazionePGI2, PGE1, PGE2, PGD2

Leucotrieni C4, E4, D4Vasocostrizione

Trombossano A2

PAF: Fattore attivante le piastrinePAF: Fattore attivante le piastrine

Mediatore derivato dai fosfolipidi di molti tipi cellulari (piastrine, basofili, mastociti, neutrofili, monociti/macrofagi, cellule endoteliali), sia come prodotto secreto che cellulo-legato.

Oltre che stimolare le piastrine, PAF determina:-vasodilatazione e aumento di permeabilità venulare;-aumento dell’adesione leucocitaria;-chemiotassi, degranulazione e burst ossidativo;-stimola anche la sintesi di eicosanoidi.

Nel complesso, ha un forte potere infiammatorio.

CITOCHINE E CHEMOCHINECITOCHINE E CHEMOCHINE

Le citochine sono PROTEINE prodotte da molti tipi cellulari, principalmente macrofagi e linfociti attivati, ma anche cellule endoteliali, epiteliali, e del tessuto connettivo, CAPACI DIMODULARE LA FUNZIONE DI ALTRI TIPI CELLULARI.

Hanno importanti ruoli nella risposta immunitaria cellulo-mediata, nell’infiammazione acuta e nell’infiammazione cronica.

Classi funzionali delle Classi funzionali delle citochinecitochine

Citochine che regolano la funzione dei linfociti. IL-1 e IL-4, che favoriscono la crescita, e anche IL-10 e TGF-β, che sono regolatori negativi delle risposte immuni.

Citochine coinvolte nell’immunità naturale. Questo gruppo comprende due importanti citochine infiammatorie, TNF-α e IL-1β; comprende anche gli interferoni di tipo I (IFN-α e IFN-β), e IL-6.

Citochine che attivano cellule dell’infiammazione. Attivano i macrofagi durante le risposte immuni cellulo-mediate, e comprendono IFN-γ, TNF-α, TNF-β (linfotossina), IL-5, IL-10 e IL-12.

Chemochine. Citochine con attività chemiotattica per vari leucociti.

Citochine che stimolano l’emopoiesi. Mediano la proliferazione e la differenziazione dei leucociti immaturi: IL-3, IL-7, ligando c-kit, CFS granulocitico-macrofagico, CFS macrofagico, CFS granulocitico, SCF (stem cell factor).

ILIL--1 1 -- TNFTNF

IL-1 e TNF (α e β) sono le principali citochine chemediano l’infiammazione•IL-1 e TNFα sono prodotte dai macrofagi attivati•TNFβ è prodotto dai linfociti T attivati•IL-1 e TNF possono avere effetto autocrino, paracrino, o endocrino.

Le più importanti azioni sull’infiammazione sono date dagli effetti sull’endotelio, fibroblasti, e leucociti; sono anche responsabili delle reazioni (sistemiche) della fase acuta.

EffettiEffetti sullsull’’endotelioendotelio

Attivazione endoteliale: sintesi di molecole di adesione, di mediatori chimici (altre citochine, chemochine, GFs, eicosanoidi, NO), MMP; aumentano la trombogenicità della superficie endoteliale. Il TNF causa anche aggregazione e priming dei neutrofili, e rilascio di enzimi proteolitici da cellule mesenchimali.

Reazioni della fase acutaReazioni della fase acuta

IL-1 e TNF (ma anche IL-6) inducono le risposte della fase acuta (febbre, inappetenza, sonno a onde lente, rilascio di neutrofili in circolo, rilascio di ACTH e corticosteroidi).TNF genera gli effetti emodinamici dello shock settico (ipotensione, diminuita resistenza vascolare, aumento della frequenza cardiaca, diminuzione del pH ematico).

Le CHEMOCHINELe CHEMOCHINEFamiglia di piccole proteine capaci di attivare e attrarre specifici leucociti. Sono classificate in quattro classi, con attività biologiche relativamente distinte.

Chemochine α: IL-8, secreta dai macrofagi attivati (daIL-1 e TNF α), e da cellule endoteliali, attiva e attrae neutrofili.

Chemochine β: MCP-1 (monocyte chemoattractantprotein-1), la eotaxin, la MIP-1α (macrophage inflammatoryprotein), e RANTES (regulated and normal T cell expressedand secreted).

Chemochine γ: specifiche per i linfociti.

CX3C chemochine: monociti e cellule T.

Ossido nitrico, NOOssido nitrico, NOazione azione paracrinaparacrina sulle cellule bersagliosulle cellule bersaglio

Mediatori piMediatori piùù rilevanti in vivo rilevanti in vivo

• Permeabilità vascolare: istamina, C3a, C5a, chinine, leucotrieniC, D, E, PAF.

• Chemiotassi: C5a, LTB4, e chemochine

• Vasodilatazione: Prostaglandine (+ dolore, febbre), NO

• Interazioni endotelio-leucocitarie, e reazioni della fase acuta: IL-1, TNF

• Distruzione tessutale: Prodotti lisosomiali, ROS

• Citotossicità: NO, ROS

EssudatoEssudato infiammatorioinfiammatorio

Classificazione degli essudati infiammatoriClassificazione degli essudati infiammatori

• Sieroso: dominano i fenomeni vascolari, ricco in mucopolisaccaridi, scarso in cellule (cavità sierose).

• Catarrale: ricco in mucopolisaccaridi e cellule (albero respiratorio, app. digerente, app. genitale femminile).

• Fibrinoso: gravi forme infiammatorie (pleura, pericardio, faringe, trachea, app. digerente) con danno vascolare accentuato e formazione di fibrina.

• Purulento: di origine batterica, ricco di cellule e detriti cellulari; ascesso (raccolta in cavità neoformata), empiema (raccolta in cavità preformata), flemmone (raccolta diffusa), foruncolo (follicolo pilifero).

• Emorragico: danno vascolare particolarmente grave.

- Risoluzione completa (restitutio ad integrum)

- Cicatrizzazione con fibrosi

- Progressione verso l’infiammazione cronica

Esiti del processo infiammatorioEsiti del processo infiammatorio

Esito usuale quando:

- l’offesa è limitata nel tempo, - c’è scarsa distruzione tessutale, - c’è rigenerazione delle cellule parenchimali.

Eventi:

- i mediatori chimici vengono neutralizzati (o degradano spontaneamente);

- la permeabilità vascolare torna alla norma;- cessa l’infiltrazione leucocitaria, e i neutrofili muoiono (in

gran parte per apoptosi);- tutto il materiale infiammatorio (edema, detriti) viene

rimosso (macrofagi e rete linfatica).

Risoluzione completaRisoluzione completa

1. Ripristino della normale permeabilità

2. Drenaggio linfatico

3. Pinocitosi

4. Fagocitosi di PMN

5. Fagocitosi di tessuto necrotico

La risoluzioneLa risoluzione

Esito usuale in presenza di:

- sostanziale distruzione tessutale, - mancata rigenerazione delle cellule parenchimali, - abbondante essudato di fibrina (la fibrina nei tessuti o

nelle cavità sierose non può essere rimossa)

Eventi:- nell’area dell’essudato cresce tessuto connettivo che si

“organizza”.

Cicatrizzazione con fibrosi

- l’agente persiste e/o - sono presenti interferenze coi normali processi

di guarigione

Esempi:- ascesso polmonare cronico da polmonite non risolta;- stimolo flogogeno persistente dell’ulcera peptica.

Progressione verso la flogosi cronicaProgressione verso la flogosi cronica

Infiammazione cronicaInfiammazione cronicaLa flogosi cronica è una infiammazione di lunga durata (settimane o mesi), in cui si osserva contemporaneamente:-fase attiva,-fase di distruzione tessutale,-riparazione.

Tali eventi si possono avere in occasione di:

1) Infezioni persistenti sostenute da alcuni microorganismi (Kock, Treponema, alcuni funghi): questi microrganismi sono a bassa tossicità ed evocano una risposta immune chiamata ipersensibilità ritardata; a volte la FC ha un pattern specifico chiamato reazione granulomatosa.

2) Esposizione prolungata ad agenti potenzialmente tossici (sia esogeni che endogeni): Silicosi ed aterosclerosi.

3) Autoimmunità: Autoantigeni evocano una reazione immune che si automantiene (Artrite Reumatoide, Lupus Eritematoso Sistemico, …).

ACUTA CRONICA

Modificazionivascolari

Cellule

Modificazioni stromali

Vasodilatazione e aumento

permeabilità

PMN

No replicazione

Minime,Separazione per edema

Minime

Cellule mononucleateReplicazione

Proliferazione cellulare,

angiogenesi, e fibrosi

Caratteristiche differenziali dell’infiammazione

- reazione persistente verso l’agente flogogeno(sostenuta da macrofagi, linfociti, e plasmacellule)

- distruzione tissutale(sostenuta dalle cellule infiammatorie, in particolare da macrofagi)

- processo di guarigione(il tessuto danneggiato è sostituito da tessuto connettivo, caratterizzato da fibrosi e angiogenesi.

Caratteristiche della flogosi cronicaCaratteristiche della flogosi cronica

TessutiTessutiSangueSangueMidollo osseoMidollo osseo

MononuclearMononuclear PhagocytePhagocyte System (MPS)System (MPS)

Cellule staminali Monoblasti Monociti Macrofagi

Macrofagi attivatiCellule epitelioidiCellule di Giant

Microglia (SNC)Cellule di Kupffer (fegato)Cellule alveolari (polmoni)Osteoclasti (ossa)

Attivazione

Differenziazione

Macrofagi tessutali (t1/2 = mesi)Monociti circolanti (t1/2 = 24 h)

… i monociti circolanti iniziano a migrare relativamente presto nell’infiammazione acuta, e a 48 h rappresentano il tipo cellulare predominante.

Quando il monocita raggiunge il tessuto extravascolare si trasforma in una cellula fagocitaria più grande, il macrofago che, oltre alla capacità di fagocitare, ha il potenziale di essere attivato:-aumenta di grandezza, -ha un metabolismo più attivo -contiene più enzimi lisosomiali -ha in generale una più grande capacità di fagocitare e uccidere i microbi ingeriti.

I macrofagi nellI macrofagi nell’’infiammazioneinfiammazione

…I segnali di attivazione più importanti sono:- citochine (p.e. IFN-γ) secrete da linfociti T

sensibilizzati,- endotossine batteriche,- altri mediatori chimici,- proteine della matrice extracellulare come la

fibronectina.

…Dopo l’attivazione, il macrofago secerne un ampio spettro di prodotti biologicamente attivi che, se non contrastati, si rendono responsabili della distruzione tessutale e della fibrosi associate all’infiammazione cronica.

I macrofagi nellI macrofagi nell’’infiammazioneinfiammazione

Quando un processo infiammatorio acuto cessa, i macrofagi scompaiono (muoiono, o prendono la strada linfatica)…

I macrofagi nellI macrofagi nell’’infiammazioneinfiammazione

Nel quadro dell’infiammazione cronica, l’accumulo dei macrofagi persiste, sostenuto da diversi possibili meccanismi:

-Reclutamento continuo: da espressione continua di molecole di adesione e molecole chemiotattiche (C5a; citochine e chemochine; frammenti di collagene e fibronectina; fibrinopeptidi).

-Proliferazione locale dei macrofagi: prima si pensava che fosse inusuale, ora è nota la sua importanza nelle placche ateromatose.

-Immobilizzazione dei macrofagi: alcune citochine (macrophageimmobilizing factor, MIF) e lipidi ossidati possono generare questo effetto.

Ruolo dei Ruolo dei macrofagi attivati macrofagi attivati nellnell’’infiammazione infiammazione

cronicacronica

Altre cellule della flogosi cronica Altre cellule della flogosi cronica

LinfocitiI linfociti (T e B, sia attivati che cellule della memoria) hanno relazioni molto strette con i macrofagi nell’infiammazione cronica:

- i linfociti attivati producono linfochine (IFN-γ) capaci di attivare i macrofagi

- a loro volta i macrofagi attivati producono monochine(IL-1, TNF) capaci di attivare i linfociti

- i linfociti producono altri mediatori che determinano la persistenza della risposta infiammatoria

MastocitiI recettori per Fc di IgE quando sono ingaggiati nella reazione acuta determinano il rilascio di mediatori (istamina e metaboliti AA)…

Alcune specifiche tipologie di infezioni parassitarie determinano un aumento sostenuto di IgE con attivazione persistente dei mastociti che –elaborando citochine (TNF-α)- aumentano l’infiltrazione leucocitaria.

Altre cellule della flogosi cronica Altre cellule della flogosi cronica

EosinofiliCaratteristici delle reazioni immuni IgE-mediate e delle infezioni parassitarie.

I granuli degli eosinofili contengono la Proteina basica principale, tossica per i parassiti ma capace di determinare danno tessutale.

Altre cellule della flogosi cronica Altre cellule della flogosi cronica

…NeutrofiliIn molte forme di flogosi cronica possono essere presenti neutrofili richiamati da mediatori prodotti da macrofagi e/o dalla distruzione tessutale o da batteri persistenti.

Casi clinici di rilievo:

Osteomielite batterica cronica = essudato con neutrofili persistente anche per molti mesi.

Altre cellule della flogosi cronica Altre cellule della flogosi cronica