QUÁ TRÌNH VIÊM VÀ CƠ CHẾ TỔN THƯƠNG CƠ QUAN Nội dung Quá trình viêm Cơ chế gây tổn thương quan Quá trình viêm: 1.1 Quá trình viêm bình thường: Viêm trình chống lại tình trạng nhiễm khuẩn Tại vị trí tổn thương, nội mạc bị tổn thương kết dính với chất để thu hút bạch cầu Đồng thời, bạch cầu đa nhân hoạt hóa gắn kết với phân tử vị trí tổn thương kết dính với bờ nội mạc tổn thương Để thực bào vi khuẩn mơ bị chết, đại thực bào mạch di chuyển đến mô tổn thương Đại thực bào phóng thích chất trung gian, gây nên biểu viêm vị trí nhiễm khuẩn hay tổn thương: - Dãn mạch sung huyết - Tăng tính thấm thành mạch, gây phù với dịch giàu protein Tiến trình gây viêm chổ (kết dính, hóa hướng động, thực bào giết vi khuẩn) tiến trình ban đầu hiệu điều hịa nhiều mức độ khác nhau, chủ yếu cytokine đại thực bào Khi đại thực bào hoạt hóa q trình xâm nhập vi khuẩn, đại thực bào tiết cytokine Các cytokine tiết TNF sau tự kích thích Nồng độ cytokine tăng cao, bới phóng thích cytokine gây viêm khác IL-1, IL-2, IL-6, IL-8, IL-10 yếu tố hoạt hóa tiểu cầu, Interferon eicosanoids Các chất hoạt hóa thêm đại thực bào, bạch cầu đa nhân, tế bào lympho Tất trình bình thường giúp loại bỏ vi khuẩn, mãnh chết tế bào giúp lành mô Trong số trường hợp, chất trung gian phóng thích mức, đáp ứng viêm lúc xảy toàn thân 1.2 Nhiễm khuẩn huyết (NKH) xem q trình viêm ác tính lịng mạch: - Nhiễm khuẩn huyết q trình viêm đáp ứng kịch phát trình viêm bình thường 26 - Q trình viêm xem ác tính q trình viêm kéo dài khơng tự kiểm soát điều chỉnh - Được xem lịng mạch q trình viêm gây chất lưu thơng tuần hồn Khi mơ bị tổn thương hay nhiễm khuẩn, có phóng thích đồng thời chất gây viêm kháng viêm Sự cân chất nầy giúp làm lành vết thương giúp mô hồi phục Khi cân bị phá hủy, chất trung gian tác động toàn thân tổn thương mô xảy - Hậu quan trọng hoạt hóa chất gây viêm bao gồm: tổn thương nội mạc, rối loạn chức vi mạch, giảm cung cấp oxy cho mô suy quan - Hậu quan trọng hoạt hóa chất kháng viêm giảm lượng ức chế miễn dịch - Q trình gây viêm kháng viêm tương tác với làm nặng thêm tình trạng phá hủy hệ thống miễn dịch Các yếu tố giúp xác định nhiễm khuẩn nặng bao gồm: tình trạng bệnh nhân, mơi trường vi khuẩn 1.3 Q trình viêm NKH: Các cytokine gây viêm: Các cytokine gây viêm quan trọng NKH TNF IL-1 Hai cytokine có nhiều đặc tính sinh học giống Các liệu hổ trợ vai trò TNF NKH là: - TNF tăng cao máu bệnh nhân nhiễm khuẩn huyết Có thể phức hợp nội độc tố protein gắn nội độc tố kích thích đại thực bào tiết TNF - Truyền TNF gây nên biểu giống sốc nhiễm khuẩn - Kháng thể kháng TNF bảo vệ động vật thực nghiệm nội độc tố Các cytokine gây viêm gây kết dính bạch cầu đa nhân trung tính, hoạt hóa hệ thống đơng máu hình thành huyết khối Chúng gây phóng thích nhiều chất trung gian khác leukotriene, histamine, bradykinine, lipooxygenase, catecholamine, serotonine Vi khuẩn: 27 Vi khuẩn xâm nhập trực tiếp hay độc tố vi khuẩn có ảnh hưởng bệnh sinh NKH Nội độc tố, thành tế bào vi khuẩn (peptidoglycan, lipotechoic acid) sản phẩm vi khuẩn (staphylococcal enterotoxin B, toxic shock syndrome toxin-1, Pseudomonas exotoxin A, M protein streptococci nhóm A) chất liên quan đến bệnh sinh nhiễm khuẩn Nội độc tố truyền vào người gây nên biểu lâm sàng nhiễm khuẩn Rối loạn đơng máu, hoạt hóa bổ thể, ly giải fibrinogen hoạt hóa nội độc tố Điều gây tăng tính thấm thành mạch, gây dãn mạch huyết khối Nội độc tố phát bệnh nhân nhiễm khuẩn huyết tăng nội độc tố liên quan với sốc suy quan NKH khởi đầu xâm nhập vi khuẩn vào thể bệnh nhân Tương tác hệ thống miễn dịch bệnh nhân vi khuẩn dẫn đến nhiễm khuẩn giải nhiễm khuẩn trở nên nặng gây sốc nhiễm khuẩn, suy quan tử vong Tiến trình vi khuẩn gây bệnh xâm nhập vào mơ: Kết dính vi khuẩn vào bề mặt biểu mơ bệnh nhân Chuyển tín hiệu từ tế bào đến tế bào, điều hòa biểu gen Điều hòa biểu gen tăng biểu yếu tố gây độc Xâm nhập vi khuẩn vào mô bệnh nhân hệ thống chủ, vi khuẩn Các yếu tố Tấn giúpcông vi khuẩn bámmiễn dínhdịch vàocủa bềký mặt biểu mơ: tồn phát triển Kết dính: protein vi khuẩn giúp vi khuẩn bám dính vào thành phần mơ (các sợi collagen) Rối loạn chức hệ miễn dịch gây tổn thương mô Nhung mao, chiên mao fimbriae bình thường giúp vi khuẩn di động, có vai trị giúp vi khuẩn bám vào tế bào chất ngoại bào 28 Các chất tiết giúp vi khuẩn đưa protein vào nội bào Sau bám dính, vi khuẩn tiết protein giúp vi khuẩn đưa sản phẩm vào tế bào hay tế bào Sau xâm nhập vào mơ, vi khuẩn có chế để tránh tượng thực bào: - Ưc chế hóa hướng động tạo nang - Thay đổi kháng nguyên bề mặt để tránh bị nhận diện - Phóng thích chất gây độc - Tăng sinh tương bào lysosome - Gây chết tế bào miễn dịch theo chương trình - Hình thành polysaccharide (tạo biofilm) bao phủ quanh khúm vi khuẩn (tạo nang) giúp vi khuẩn tồn Sau xâm nhập vào mô, vi khuẩn gây bệnh phải vượt qua chế bảo vệ chổ: chất tiết tế bào biểu mô, enzyme lysosome hoạt động biểu mô Để vượt qua chế bảo vệ chổ, vi khuẩn phải phát triển đủ số lượng để vượt quan chế đề kháng chổ Vi khuẩn phát triển hệ thống thông tin liên lạc tế bào-tế bào giúp vi khuẩn đánh giá mật độ vi khuẩn phản ứng lại môi trường xung quanh Sau tạo đủ số lượng vi khuẩn để phản ứng đáp ứng chế bảo vệ chổ, vi khuẩn tăng tổng hợp phóng thích yếu tố gây độc Khả xâm nhập vào thể tùy thuộc vào số lượng chất lượng chất độc tạo Vi khuẩn phải tối đa lượng chất độc tạo nhóm vi khuẩn trì chất độc dù có chế bảo vệ ký chủ Sau bám dính, tiết chất gây độc Vi khuẩn vượt qua tế bào biểu mô, xâm nhập vào thể gây nhiễm khuẩn Khái niệm dạng phân tử kết hợp với vi khuẩn (pathogen- associated molecular patterns (PAMPs)): thành phần tế bào vi khuẩn gram âm, gram dương, nấm ký sinh trùng gắn kết qua thụ thể bề mặt ký chủ để gây bệnh PAMPs gắn kết với thụ thể chúng tế bào ký chủ (pattern recognition-receptors) 29 Damage-associated molecular patterns (DAMPs) , : bao gồm dạng phân tử kết hợp với vi khuẩn gây bệnh protein phóng thích mơ bị tổn thương Heat shock proteins, fibrinogen, fibronectin, hyaluran, biglycans and high mobility group box-1 (HMGB-1) Thụ thể nhận biết tác nhân gây bệnh (pattern recognition-receptors- PRPS): Có loại thụ thể đề cập Toll-like receptor (TLRs), thụ thể nucleotideoligomerization domain (NOD) acid-inducible gene I (RIG-I)-like helicases thụ thể C-type lectin receptors tế bào myeline Các thụ thể nhận biết thành phần vi khuẩn từ tế bào chết từ mô bị tổn thương Toll-like receptors: thụ thể bề mặt tế bào ký chủ giúp nhận biết thành phần tác nhân xâm nhập TLRs có 13 loại nhận biết vi trùng, nấm, ký sinh trùng, virus có vai trò quan trọng hệ thống miễn dịch bẩm sinh Rối loạn chức quan NKH nặng rối loạn điều hòa miễn dịch bẩm sinh qua TLRs Lipopolysaccharide vi khuẩn gram âm gắn với TLR-4 peptidoglycan vi khuẩn gram dương gắn TLR-2 Sự gắn kết kích hoạt đường tín hiệu bên tế bào, kích hoạt yếu tố nhân tương bào, hoạt hóa gen hoạt hóa protease tương bào TLRs kích thích tạo IL-1 Tế bào có thụ thể bào tương giúp nhận biết tác nhân gây bệnh Sơ đồ minh họa q trình đáp ứng thể có tác nhân gây bệnh xâm nhập: 30 - PAMPs: pathogen- associated molecular patterns - DAMPs: Damage-associated molecular patterns - PRRs: pattern recogniton receptors - TLRs: Toll like receptors; NOD-LRRs: nucleotide-oligomerization domain leucine-rich repeat proteins, RLHs: retinoic-acid-inducible gene I (RIG-I)like helicases ASC: apoptosis-associated speck-like protein containing caspase - NF-kβ: nuclear factor –kβ Nguồn: Ismail Cinel, Steven M Opal (2009) "Molecular biology of inflammation and sepsis: A primer*." Crit Care Med 37: 291–304 - Có loại thụ thể nhận biết tác nhân gây bệnh chúng khởi đầu đáp ứng miễn dịch với tác nhân xâm nhập - PRRs bị kích thích có tổn thương tế bào giảm tưới máu, tái tưới máu sau thiếu máu Do hệ thống vừa có lợi vừa có tác dụng bất lợi - TLR TLR4 liên quan đến kháng nguyên nội sinh giảm tưới máu, tái tưới máu sau thiếu máu Sau gắn thụ thể TLR gây hoạt hóa tín hiệu nội bào Sơ đồ sau minh họa hoạt hóa tín hiệu bên tế bào sau tác nhân gắn thụ thể TLR: 31 - IRF, interferon regulatory factor - JNK; c Jun N-terminal kinase - Phosphoinositide 3-kinase (PI3K)/Akt, activator protein-1 - Cytosolic nuclear factor-kappa _ (NF-kβ) Nguồn: Ismail Cinel, Steven M Opal (2009) "Molecular biology of inflammation and sepsis: A primer*." Crit Care Med 37: 291–304 - Sau LPS gắn với TLR4 gây hoạt hóa tín hiệu tế bào, bao gồm interferon regulator factors, phosphoinositide 3-kinase (PI3K)/Akt, activator protein-1, and cytosolic nuclear factor-kappa (NF-kβ) - NF-kβ kích thích nhân tạo protein giai đoạn cấp, iNOS, yếu tố đông máu cytokine gây viêm, protease tế bào Caspase cysteine protease mà thay đổi hoạt tính men protein đích Caspase quan trọng chết tế bào theo chương trình, viêm điều hòa tế bào Cơ chế tổn thương quan NKH 2.1 Hoạt hóa bổ thể: Bổ thể có vai trị loại bỏ vi khuẩn xâm nhập Các chứng chứng tỏ vai trò bổ thể NKH: - Ức chế bổ thể cải thiện tình trạng viêm tử vong động vật 32 - Ở chuột dùng kháng thụ thể bổ thể C5a làm giảm tình trạng viêm, giảm tình trạng tăng tính thấm thành mạch cải thiện tử vong Các kết ghi nhận ức chế bổ thể C1 2.2 Tổn thương tế bào: Cơ chế xác gây tổn thương tế bào nhiễm khuẩn huyết chưa rõ Trên tử thiết người ta nhận thấy có tổn thương nhu mơ nội mạc hội chứng rối loạn chức đa quan Lý tổn thương tế bào gồm: - Thiếu máu - Tổn thương tế bào trực tiếp chất gây viêm - Tăng tình trạng chết theo chương trình Giảm oxy mơ thiếu máu: ton thương vi tuần hồn tổn thương nội mạc làm giảm tình trạng oxy hóa mơ Tăng tình trạng gắn kết neutrophil vào nội mạc bị tổn thương làm tăng gốc oxy hóa, men ly giải, chất dãn mạch (nitric oxide, endothelin, yếu tố tăng trưởng từ tiểu cầu -platelet-derived growth factor- yếu tố hoạt hóa tiểu cầu) Tổn thương vi tuần hoàn làm giảm khuếch tán oxy tế bào giảm diện tích bề mặc để trao đổi khí Giảm tính thay đổi hình dạng hồng cầu vi tuần hoàn bị rối loạn, hồng cầu cứng ghi nhận NKH Tất góp phần giảm oxy mơ Tổn thương tế bào chất gây độc tế bào: 33 Nội độc tố, TNF NO góp phần làm tổn thương vận chuyển electron ty lạp thể Anh hưởng làm thay đổi chuyển hóa lượng tế bào Vì làm thay đổi cấu trúc hay rối loạn chức màng chất tế bào NO ức chế cĩ hồi phục men cytochrome oxidase ty lạp thể cch cạnh tranh với oxy vị trí gắn trn men ny Khi giảm oxy, ảnh hưởng ny nặng thm Nghin cứu chuột cho thấy cung cấp cytochrome c cải thiện co bĩp tim Trong nghiên cứu đánh giá nồng độ ATP (chất điểm q trình phosphoryl hóa ty lạp thể) vân 28 bệnh nhân sốc nhiễm khuẩn Nhận thấy nồng độ ATP giảm nhiều 12 bệnh nhân tử vong Ngồi có mối liên quan giảm chất kháng oxy hóa, tạo NO mức với mức độ nặng NKH Vì tổn thương tế bào NKH giảm oxy hóa tế bào hay giảm khả dụng Tăng tình trạng chết theo chương trình: Chết theo chương trình trình thay đổi hình dạng sinh lý tế bào dẫn đến chết tế bào Đây chế qua tế bào bị thay đổi chức bị đào thải Khi tình trạng nhiễm khuẩn thuyên giảm, chết theo chương trình q trình giúp đào thải tế bào chết Các cytokine gây viêm làm chậm trình chết theo chương trình hoạt hóa đại thực bào hay bạch cầu đa nhân Tình trạng làm kéo dài hay nặng thêm tình trạng gây viêm góp phần gây rơi loạn chức quan Tuy nhiên, số tế bào, ruột non, chúng làm hoạt hóa q trình Chết theo chương trình (apoptosis) q trình điều hịa đáp ứng viêm NKH Chết tế bào bạch cầu đa nhân trung tính theo chương trình tảng giải tình trạng viêm tăng sinh tế bào Chết tế bào bạch cầu đa nhân qua đường nội sinh ngoại sinh Ty lạp thể có vai trị chết tế bào bạch cầu đa nhân theo chương trình Bạch cầu đa nhân giết vi khuẩn qua ROS RNS Quá trình chết theo chương trình giúp dọn tế bào bạch cầu đa nhân Nếu trình chậm, bạch cầu đa nhân lại gây tổn thương mô tế bào 2.3 Mất cân trình gây viêm kháng viêm : 34 - Nếu trình cân bằng, nhiễm khuẩn ban đầu giải quyết, cân nội môi phục hồi - Tổn thương ban đầu nặng gây biểu tồn thân rối loạn chức quan - Trong hầu hết bệnh nhân cân không thiết lập, kháng viêm gây viêm chiếm ưu Biểu lâm sàng ức chế miễn dịch hay hội chứng đáp ứng viêm Sơ đồ biểu cân gây viêm kháng viêm NKH: Sơ đồ: Anh hưởng cytokine gây viêm kháng viêm vi tuần hoàn: 35 - Mất cân cytokine gây viêm: TNF-, IL-1, IL-6, IL-8, IL-12, PAF (protease activating factor), MIF (migration inhibitory factor), HMGB-1 (high mobility group box) - Các cytokine kháng viêm: kháng thụ thể hòa tan TNF- (soluble tumor necrosis factor receptor), kháng thụ thể IL-1, IL-10, Il-4, TGF- (transforming growth factor) - Tiểu động mạch nơi dãn mạch - Mao mạch nơi mà nội mạc bị tổn thương huyết khối hình thành, tăng tính thấm - Tĩnh mạch nơi bạch cầu kết dính Tổn thương tiểu động mạch, mao mạch tĩnh mạch gây giảm dòng máu cung cấp cho mô Gây giảm oxy mô Nguồn: Ismail Cinel, Steven M Opal (2009) "Molecular biology of inflammation and sepsis: A primer*." Crit Care Med 37: 291–304 Yếu tố ức chế di chuyển đại thực bào [MIF (macrophage migration inhibitory factor) ]: chất trung gian đáp ứng với stress gây viêm qua glucocorticoid Ưc chế protein làm giảm TNF- IL-1 chuột, làm giảm tử vong ỡ chuột NKH MIF làm tăng biểu TLR4 đại thực bào, làm tăng nhạy cảm hệ thống tế bào miễn dịch với LPS Alejandro Bruhn cs chuột bị NKH cho thấy dexamethasone không làm tăng MIF Miễn dịch bẩm sinh : Thay đổi hình thái neucleotide làm tăng nhạy cảm với nhiễm khuẩn có tiên lượng Hệ thống miễn dịch bẩm sinh (innate immuno system) giúp thể bảo vệ lại vi khuẩn Hệ thống tác dụng thông qua thụ thể, thụ thể đáp ứng với vi khuẩn khác nháu Có loại thụ thể đề cập Toll-like receptor (TLRs), thụ thể nucleotide-oligomerization domain (NOD) acid-inducible gene I (RIG-I)like helicases thụ thể C-type lectin receptors tế bào myeline Các thụ thể có vai trị điều hòa đáp ứng miễn dịch trước tiên với xâm nhập vi khuẩn mô tổn thương TLRs có 13 loại nhận biết vi trùng, nấm, ký sinh trùng, 36 virus có vai trị quan trọng hệ thống miễn dịch bẩm sinh Rối loạn chức quan NKH nặng rối loạn điều hòa miễn dịch bẩm sinh qua TLRs Lipopolysaccharide vi khuẩn gram âm gắn với TLR-4 peptidoglycan vi khuẩn gram dương gắn TLR-2 Sự gắn kết kích hoạt đường tín hiệu bên tế bào, kích hoạt yếu tố nhân tương bào, hoạt hóa gen hoạt hóa protease tương bào TLRs kích thích tạo IL-1 Các thụ thể toll-like vi khuẩn gram âm gram dương: Vai trò thụ thể Toll-like NKH : 37 Sơ đồ minh họa PAMPs vai trò PPRs bệnh sinh NKH: 2.4 Mất cân tăng đơng kháng đơng : Trong NKH có tình trạng tăng đơng q mức, giảm q trình kháng đơng giảm q trình loại bỏ fibrin IL-6 kích thích yếu tố mô gây tăng đông TNF- ức chế trình kháng đơng Hậu tăng đơng nội mạch, hình thành huyết khối tuần hồn, giảm dịng máu giảm tưới máu quan gây rối loạn chức quan Q trình kháng đơng máu nội mạc bị tổn thương điều kiện bình thường: 38 Prothrombin hoạt hóa, hình thành thrombin Thrombin (T) gắn với thrombomodulin (TM) Phức hơp thrombin-thrombomoduli (T-TM) chuyển protein C thành protein C hoạt hóa (APC) APC với protein s bất hoạt yếu tố Va Quá trình kháng đơng máu nội mạc bị tổn thương tình trạng viêm: Khi viêm, chất trung gian làm di thrombomodulin mạch máu Thay vào đó, tế bào bạch cầu gắn kết với E-selectin P-selectin nội mạc tiểu cầu Yếu tố mô (TF) tế bào bạch cầu đơn nhân gắn với yếu tố VIIa để hoạt hóa yếu 39 tố X yếu tố Xa với yếu tố Va hoạt hóa prothrombin thành thrombin Rất protein C hoạt hóa hình thành, lượng protein s giảm chức phức hợp protein C protein s Vì yếu tố Va khơng chuyển thành Vi Sơ đồ q trình đơng máu NKH: 2.5 Rối loạn chức nội mạc : Nội mạc có vai trị quan trọng điều hịa tình trạng viêm miễn dịch tình trạng nhiễm khuẩn Rối loạn chức nội mạc tương tác lớp nội mạc thành phần vi khuẩn hay yếu tố từ ký chủ; mức độ phân tử rối loạn chức nội mạc giảm hoạt tính sinh học NO; mức độ tế bào rối loạn chức nội mạc tình trạng chết tế bào nội mạc theo chương trình Mạch máu góp phần vào q trình viêm tình trạng tăng tính thấm thành mạch thay đổi huy động bạch cầu Các chất tạo từ trình chết tế bào hay hoạt hóa tế bào góp phần vào q trình gây viêm rối loạn đơng máu Các chất từ tiểu cầu, bạch cầu, hồng cầu, hay thành phần mạch máu mà chủ yếu tế bào nội mạc, đại thực bào Rối loạn chức vi tuần hoàn NKH với tiểu động mạch dãn, giãm hoạt tính co mạch Tại mao mạch, nội mạc bị tổn thương làm hình thành huyết khối, tăng tính thấm mao mạch Tại tĩnh mạch, bạch cầu đa nhân trung tính tăng kết dính làm tắc nghẽn dịng máu vi tuần hồn Tất gây giảm tách oxy cho mô : 40 2.6 Rối loạn chức ty lạp thể Bất thường hệ thống vi tuần hồn mơ tả thực nghiệm NKH người Tuy nhiên đơn rối loạn không gây nên chế bệnh sinh NHK Giảm tiêu thụ oxy mô tăng áp suất oxy mơ chứng tỏ có tình trạng rối loạn sử dụng oxy ty lạp thể tề bào NKH Thay đổi chức ty lạp thể góp phần gây rối loạn chức quan NKH O người, rối loạn chức ty lạp thể liên quan đến độ nặng NKH tiên lượng Giảm glutathione khử ty lạp thể, chất có tính oxy hóa làm tăng ROS RNS Các chất ức chế trình phosphoryl hóa tạo ATP ty lạp thể Điều gây giảm oxy độc tế bào (cytopathic hypoxia) gây rối loạn chức quan Bên cạnh vai trò tạo lượng ATP tế bào, ty lạp thể có vai trị quan trọng truyền tín hiệu tế bào Các chất phản ứng oxygen ty lạp thể (reactive oxygen species – ROS) xem chất truyền tin thứ tế bào đáp ứng với tình trạng giảm oxy tế bào Chúng có tác dụng lên trương lực mạch Các nghiên cứu thực nghiệm NKH cho thấy có thay đổi hô hấp tế bào ty lạp thể NKH TNF –, peroxynitrite chất ức chế chức ty lạp thể NKH - TNF- làm tăng ROS tác dụng gây độc tế bào thông qua làm tổn thương ty lạp thể TNF- ức chế trình phosphoryle men cytochrome c oxidase dùng TNF làm giảm ATP tế bào - Oxide nitric ức chế vận chuyển electron ty lạp thể Khi nồng độ oxide nitric cao gây ức chế không hồi phục chức ty lạp thể Khi oxide nitric nhiều, với anion superoxide tạo peroxynytrite Chất ức chế chức ty lạp thể ức chế vận chuyển eletron Khi có tình trạng viêm chất tạo gấp triệu lần Peroxynitrite gây chết tế bào qua sơ đồ sau: 41 42 Tóm tắt sơ đồ bệnh sinh NKH: Nguồn: Ismail Cinel, Steven M Opal (2009) "Molecular biology of inflammation and sepsis: A primer*." Crit Care Med 37: 291–304 - RAGE: receptor for advanced glycation end products; - ROCK: RhoA/Rho kinase - PARP-1: poly(ADP ribose) polymerase-1; - PAR: protease activated receptor; 43 TAØI LIỆU THAM KHẢO 44