Odkryj powolnego zabójcę w Twoim organizmie i zrozum jak działa stan zapalny. Cz. I

We współczesnym społeczeństwie obserwowany jest styl życia charakteryzujący się dietami wysoko przetworzonymi, nadmierna sytością pokarmową jak i niedoborem ruchu spowodowanym automatyzacją i przyzwyczajaniem się ludzi do wygody. Szybkie tempo życia jak również związany z nim stres psychiczny, używki i niewystarczająca podaż witamin i antyoksydantów jest społecznym problemem, który doprowadził do rozwoju szeregu chorób cywilizacyjnych związanych z gromadzeniem się tkanki tłuszczowej, degeneracją tkanek i niewydolnością różnych narządów organizmu. U podstaw zwiększonej zachorowalności jest utrzymujący się stan zapalny w organizmie. Nasz organizm jest niczym skomplikowany mechanizm, w którym każdy element spełnia swoją rolę, by utrzymać harmonię. A jednym z najsilniejszych obrońców tego zegara biologicznego jest układ odpornościowy. To on stoi na straży naszego zdrowia, działa jak tarcza ochronna i dba o to, by wszystko działało sprawnie.

Odporność jest naturalnym mechanizmem obronnym naszego ciała, który walczy o utrzymanie równowagi wewnętrznej, nazywanej homeostazą. Działa jak system alarmowy, który reaguje na każdy sygnał nieprawidłowości. W ekspozycji na obce substancje i patogeny chcące przedostać się do naszego organizmu uruchamia się układ odpornościowy.  Wywołuje alarm, uruchamiając procesy, które mają na celu usunięcie tych szkodliwych materiałów egzogennych. Jednakże nie tylko czynniki egzogenne (zewnętrzne) mogą być dla nas zagrożeniem, ale również produkty przemiany materii i nasze własne komórki, czyli materiały endogenne (wewnętrzne), które przestały spełniać swoje fizjologiczne funkcje stając się komórkami chorobotwórczymi. Układ immunologiczny składa się z odporności nabytej, którą nabywamy przy kontaktach z konkretnym antygenem kształtując naszą pamięć immunologiczną oraz odporności wrodzonej. Odporność wrodzona bierze udział w późniejszych fazach infekcji a w tworzeniu jej zaangażowane są limfocyty B i T. Natomiast pierwszą linią obrony organizmu jest odporność wrodzona mająca na celu jak najszybsze usuniecie czynnika zapalnego.

Neutrofile (inaczej granulocyty obojętnochłonne lub leukocyty polimorfonuklearne) i makrofagi (inaczej komórki fagocytujące/żerne) są niezastąpionymi elementami wrodzonego układu immunologicznego. Są to komórki, które odgrywają kluczową rolę w walce z infekcjami i chorobami zakaźnymi.

Neutrofile jak i inne leukocyty wrodzonego układu odpornościowego rozpoznają patogeny poprzez receptory rozpoznające wzorce (ang. pattern recognition receptors, PRR) występujące zarówno na powierzchni jak i strukturach wewnątrzkomórkowych leukocytów.  Następnie niczym mali żołnierze potrafią pochłonąć szkodliwe mikroorganizmy w procesie zwanym fagocytozą oraz/i poprzez uwalnianie zewnątrzkomórkowych pułapek neutrofilowych (ang. neutrophil extracellular traps, NETs). NET to trójwymiarowe struktury składające się z włókien chromatyny, której towarzyszą histony oraz białka pochodzące z granulocytów, takie jak proteazy lizosomalne, peptydy o działaniu przeciwbakteryjnym oraz enzymy uczestniczące w procesach utleniania i inaktywacji drobnoustrojów. Dzięki swojej budowie i składzie biochemicznym NETs są skutecznym mechanizmem, który pozwala na uwięzienie i wyeliminowanie patogenów.

Ponadto rola komórek odpornościowych przekracza granice tylko obrony. Neutrofile i makrofagi są również istotnymi komórkami w procesach naprawy tkanek. Jednakże – te same komórki, które walczą z infekcjami i pomagają w utrzymaniu homeostazy mogą także przyczyniać się do ich uszkodzenia.

Gdy narząd lub tkanka zostaje dotknięta infekcją lub uszkodzeniem, makrofagi na początku przybierają tak zwany fenotyp M1 (makrofagi prozapalne). Uwalniają cytokiny prozapalne oraz reaktywne formy tlenu i azotu, które oddziałując na komórki docelowe prowadzą do ich śmierci oraz pomagają w usuwaniu szkodliwych antygenów i martwych komórek. Następnie nadchodzi czas naprawy. Wtedy makrofagi polaryzują do fenotypu M2 (makrofagi przeciwzapalne), działając jako pomocnicy, wydzielają przeciwzapalne cytokiny w celu stłumienia stanu zapalnego, wspierania procesów naprawy i odbudowy tkanki. Cytokiny to białka, które pełnią funkcję komunikatów, które nasze komórki odpornościowe wysyłają sobie nawzajem, cytokiny pozwalają organizmowi na skoordynowaną reakcję na infekcje, urazy i choroby.

Gdy uszkodzenie jest niewielkie, reakcja zapalna szybko ustępuje, a funkcje tkanek wracają do normy. Problem pojawia się, gdy uszkodzenia są poważne lub się powtarzają. Dzieje się tak gdy organizm wystawiony jest na czynniki szkodliwe, jak wdychanie dymu tytoniowego, przedawkowywanie alkoholu i leków, dieta wysokotłuszczowa oraz zabiegi chirurgiczne, w tym przeszczepy i implantacje ciała obcego. Występuje nadmierna liczba makrofagów prozapalnych przy jednocześnie niskiej liczbie makrofagów przeciwzapalnych. Wytwarzają się w nadmiarze cytokiny prozapalne i reaktywne formy tlenu, prowadząc do rozwoju stresu oksydacyjnego, w trakcie, którego uszkodzeniu ulegają także zdrowe komórki organizmu. Stres oksydacyjny to stan, w którym ilość swobodnych rodników tlenowych, przewyższa zdolność organizmu do ich neutralizacji. Wtedy przewlekłe zapalenie utrzymuje się, a to może prowadzić do przewlekłego zwłóknienia. Tkanki stopniowo tracą swoją zdolność do prawidłowego funkcjonowania, co w końcu może doprowadzić do niewydolności narządów i nawet śmierci. Wtedy neutrofile mogą również działać w sposób niekontrolowany, powodując nadmierną aktywację NET. To jak trwające ognisko zapalne uszkadzające zdrowe tkanki. Zjawisko utrzymywania się napływu neutrofili i uwalniania NET świadczące o przewlekłym zapaleniu jest charakterystyczne dla przewlekłych chorób, jakich jak mukowiscydoza czy przewlekła obturacyjna choroba płuc (POChP).  Co więcej, wskazuje się, że gromadzenie się tkanki tłuszczowej predysponuje do utrzymywania się chronicznego stanu zapalnego, ponieważ jest to miejsce, do którego naciekają komórki zapalne, w tym makrofagi w wyniku uwalniania wolnych kwasów tłuszczowych po degradacji trójglicerydów z komórek tłuszczowych (adipocytów). Wskazuje to, że otyłość jest choroba o przedłużonej produkcji cytokin zapalnych.

Co w przypadku, gdy układ odpornościowy (immunologiczny) słabnie? Otóż wtedy patogenne drobnoustroje mają łatwiejszy dostęp, infekcje rozwijają się w szybszym tempie a także dochodzi do gromadzenia się uszkodzonych komórek własnych i rozwoju nowotworów. Z drugiej strony nadmierne pobudzenie układu odpornościowego nie uchroni nas w większym stopniu a wręcz przeciwnie – gdy będzie dzwonić alarm przy ekspozycji na jakiekolwiek związki będzie to meczące. W takich przypadkach dochodzi do rozwoju alergii na różne czynniki pochodzenia zewnętrznego a nawet autoagresji przeciwko zdrowym komórkom organizmu, czyli uaktywniania się chorób autoimmunologicznych, jak hashimoto, reumatoidalne zapalenie stawów, cukrzyca, stwardnienie rozsiane, schorzenia jelit (choroby Leśniowskiego-Crohna), atopowe zapalenie skóry, bielactwo, łuszczyca i łysienie plackowate.

Obecnie nowotwory złośliwe i choroby układu sercowo-naczyniowego, w tym nadciśnienie tętnicze, miażdżyca i udar mózgu to główne przyczyny zgonów w krajach rozwiniętych.  Z perspektywy immunologicznej w miarę upływu lat nasz układ odpornościowy zaczyna działać mniej skutecznie, co predysponuje do tworzenia się nowotworów. W przypadku choroby niedokrwiennej serca i uszkodzeń naczyń mózgowych na pierwszy rzut oka wydają się być wynikiem złych nawyków żywieniowych, stosowania używek i braku aktywności fizycznej. Ale nauka sięga głębiej. Przewlekłe ogólnoustrojowe zapalenie o niskim stopniu złośliwości odgrywa kluczową rolę w mechanizmach, które prowadzą do tych chorób. Można by to porównać do cichych spiskowców, którzy pracują w ukryciu, wpływając na nasze zdrowie. To zapalenie przewlekłe i stres oksydacyjny, czyli reakcje na działanie wolnych rodników, stają się dwoma głównymi mechanizmami, które prowadzą do wymienionych chorób przewlekłych i skracają długość życia w zdrowiu. 

Podsumowując w dzisiejszym społeczeństwie przewlekły stan zapalny jest coraz bardziej powszechny z powodu złych nawyków żywieniowych, braku ruchu, stresu i innych czynników. Nasz układ odpornościowy, który działa jak tarcza ochronna organizmu, jest kluczowy w utrzymaniu zdrowia. Neutrofile i makrofagi są jego ważnymi komponentami, walcząc z infekcjami, ale mogą też uszkadzać tkanki. Niezdrowy tryb życia związany z codziennymi przyzwyczajeniami, jak szybkie tempo życia, spożywanie alkoholu, nikotyny czy innych używek, wysokowęglowodanowych, przetworzonych produktów, niska aktywność fizyczna i brak snu są czynnikami zapalnymi, które codziennie promują wytwarzanie cytokin prozapalnych, które w efekcie jak cichy zabójca uszkadzają nasze tkanki prowadząc do chorób układu krążenia, nowotworów złośliwych jak również chorób neurodegeneracyjnych i zaburzeń hormonalnych. Ważne jest zrozumienie tych procesów i dbanie o zdrowy styl życia, aby przeciwdziałać przewlekłemu zapaleniu i zachować zdrowie.

Autor: Natalia Schäfer

Bibliografia

K. Suzuki, (2019), Chronic Inflammation as an Immunological Abnormality and Effectiveness of Exercise, “Biomolecules “,  Volume 9, Issue 6, p. 223.

S. Kędziora, R. Słotwiński, (2009), Molekularne mechanizmy towarzyszące rozpoznawaniu patogenu przez receptory wrodzonej odporności, „Postępy Hig Med Dosw.’’ ,  Volume 63, p. 30-38.

FVS. Castanheira, P. Kubes, (2019), Neutrophils and NETs in modulating acute and chronic inflammation, ,,Blood”, Volume 16, Issue 133, p. 2178-2185.

J. Starzyk, A. Such, D. Drab, E. Kołaczkowska, (2021), SARS-CoV-2 A NEUTROFILE: W SIECI NEUTROFILOWYCH PUŁAPEK ZEWNĄTRZKOMÓRKOWYCH NET., ,,KOSMOS”, Volume 70, Issue 3. p. 419-435.

M. Euler, MH. Hoffmann (2019), The double-edged role of neutrophil extracellular traps in inflammation, “Biochem Soc Trans.” Volume 20, Issue 47, p. 1921-1930.

R. Chakraborty, DD. Lo (2020), Chronic Inflammation in Mucosal Tissues: Barrier Integrity, Inducible Lymphoid Tissues, and Immune Surveillance, “ Curr Top Microbiol Immunol.” , Volume 426, p. 45-63.

J. Korbecki, D. Simińska, M. Gąssowska-Dobrowolska, J. Listos, I. Gutowska, D. Chlubek, I. Baranowska-Bosiacka, (2021), Chronic and Cycling Hypoxia: Drivers of Cancer Chronic Inflammation through HIF-1 and NF-κB Activation: A Review of the Molecular Mechanisms, ,, Int J Mol Sci.”, Volume 2, Issue 22, p. 10701.

A. Leuti, D. Fazio, M. Fava, A. Piccoli, S. Oddi, M. Maccarrone, (2020), Bioactive lipids, inflammation and chronic diseases, ,,Adv Drug Deliv Rev.”, Volume 159, p. 133-169.

EA. Newcombe, J. Camats-Perna, ML. Silva, N. Valmas, TJ. Huat, R. Medeiros (2018), Inflammation: the link between comorbidities, genetics, and Alzheimer’s disease, “J Neuroinflammation”, Volume 24, Issue 15, p. 276.

A. Gasmi, S. Noor, A. Menzel, A. Doşa, L.  Pivina, G. Bjørklund (2021), Obesity and Insulin Resistance: Associations with Chronic Inflammation, Genetic and Epigenetic Factors, ,, Curr Med Chem. “, Volume 28, Issue 4, p.800-826.

Y. Oishi, L. Manabe (2018), Macrophages in inflammation, repair and regeneration, ,,Int Immunol.” , Volume 29, Issue 30, p. 511-528.

P. Soysal, F. Arik, L. Smith, SE. Jackson, AT. Isik, (2020), Inflammation, Frailty and Cardiovascular Disease, ,,Adv Exp Med Biol. “ , Volume 1216, p. 55-64.

N. Rohleder, (2019), Stress and inflammation – The need to address the gap in the transition between acute and chronic stress effects, ,,Psychoneuroendocrinology” , Volume 105, p. 164-171.