PATOFYZIOLOGIE ALERGICKCH NEMOC Pednka z patologick fyziologie 14

PATOFYZIOLOGIE ALERGICKÝCH NEMOCÍ Přednáška z patologické fyziologie 14. 3. 2007

Imunopatologické reakce Krejsek et al. , 2004

Alergické choroby l celosvětově řazeny mezi závažnou skupinu civilizačních nemocí, v posledních 20 -30 letech prudký nárůst incidence „Alergie“ - z řečtiny (allos ergeia) = změněná schopnost reakce (von Pirquet, 1906) „anafylaktická reakce“ - už z r. 2140 př. n. l. (faraon Menes po bodnutím hmyzem) Astma - už v Homérově Iliadě - Hipokrates, Galén Rinitis - první lékařský záznam z r. 1533

Definice základních pojmů (dle EAACI) l Hypersenzitivita (přecitlivělost) - popisuje objektivní reprodukovatelné příznaky a projevy, které jsou spouštěny kontaktem s definovaným podnětem, na který normální jedinci nereagují l Atopie - sklon k tvorbě Ig. E protilátek jako odpovědi na expozici alergenům (geneticky podmíněná reaktivita vytvářet po expozici alergenu množství Ig. E) - alergické příznaky u atopického jedince mohou být označeny jako atopické - pozitivní kožní prick test nebo průkaz protilátek Ig. E nestačí pro označení atopie l Alergie – je reakce přecitlivělosti (hypersenzitivity) navozená imunologickými mechanizmy humorálními buněčnými

Alergie l Alergie zprostředkovaná protilátkami Ig. E - I. typ přecitlivělosti - vyjádřen u osob s atopickou reaktivitou - nejčastější typ alergické reakce l Alergie NEzprostředkovaná protilátkami Ig. E - III. typ přecitlivělosti - anafylaxe vyvolaná imunitními komplexy - sérová nemoc l Alergie zprostředkovaná buňkami - IV. typ přecitlivělosti, buněčná složka alergického zánětu - alergická kontaktní dermatitida - non-Ig. E asociovaná AD

Rozmanitost alergických reakcí : je dána účastí různých efektorových mechanismů z nichž každý navodí vznik zánětlivých změn vlastním způsobem

Rozvoj alergického onemocnění l Aby došlo v organismu k rozvoji alergického onemocnění, musí být splněny základní předpoklady, působící ve vzájemné součinnosti: genetická predispozice senzibilizace vůči alergenům působení nespecifických adjuvantních vlivů

Komplexní nemoci FENOTYP A Gen 2 Gen 3 FENOTYP B FENOTYP C Faktor 1 Faktor 2 FENOTYP D Faktor 3 ……. P R O S T Ř E D Í Gen 1 ……. G E N E T I K A INTERAKCE gen/gen, gen/prostředí KLINICKÉ FENOTYPY

Riziko vzniku alergie 1923 – R. Coca a Cooke: atopie- zvláštní schopnost alergiků „reagovat jinak“ + skutečnost , že se tato schopnost dědí Špičák et al. 2004

Genetické dispozice pro atopickou reaktivitu Krejsek et al. 2004

Počet genů Genetika astmatu 2006 Počet studií s pozitivními asociacemi CHIA (0) VCAM 1 (0) CLCA 1 (0) DAP (3) SELP (0) CHRM 3 (0) ST 2 (0) ICOS (0) IL 8 RA (0) MUC 7 (0) PGDS (0) IL 15 (0) IRF 2 (0) IRF 1 (0) IL 3 (0) CYFIP 2 (0) SDF 1 (0) C 3 AR 1 (0) PTGER 2 (0) AACT (0) IL 12 RB 1 (0) SSCE (0) TIMP 1 (0) CXCR 3 (0) COX 2 (1) AGT (1) HMNT (3) STAT 4 (1) CCR 3 (2) TLR 9 (3) IL 8 (1) EDNRA (1) UGRP 1 (3) EDN 1 (1) IKAP (2) FLAP (2) MCP 1 (3) IFNGR 2 (1) IL 13 RA 1 (1) KCNS 33 ACP 1 IL 1 RN IL 1 A IL 1 B DPP 10 CCR 5 IL 5 RA TLR 6 TLR 10 TLR 2 CSF 2 IL 5 IL 12 B TIM 1 TM 3 HLA-G HLA-DQA 1 HLA-DPB 1 TAP 1 PAFAH EDN 1 IFNGR 1 CCL 24 CCL 26 CFTR NOS 3 NAT 2 DEFB 1 TLR 4 C 5 GATA 3 ALOX 5 CRTH 2 IL 18 AICDA VDR IFNG PHF 11 CYSLTR 2 TCRA/D CMA 1 PTGDR CARD 15 NOS 2 A CRHR 1 CCL 11 TBX 21 STAT 3 ITGB 3 ACE C 3 GSTT 1 MIF GSTM 1 IL 10 CTLA 4 SPINK 5 LTC 4 S LTA GRPA NOD 1 CC 16 GSTP 1 STAT 6 NOS 1 CCL 5 TBXA 2 R TGFB 1 IL 4 IL 13 CD 14 ADRB 2 HLA-DRB 1 HLA-DQB 1 TNF FCER 1 B IL 4 RA ADAM 33 Modifikováno dle Ober C a Hoffjan S Genes Immun 2006, v tisku

Zevní faktory – příčina zvýšené prevalence v posledních desetiletích? 2 hlavní hypotézy: 1. Nové rizikové faktory – spojené se „západním“ stylem života 2. Chybění protektivních faktorů – tzv. hygienická hypotéza

INHALOVANÉ ALERGENY l Patří do skupiny látek, se kterými se setkává každý jedinec 1. Domácí prach - složen s prachových částic pocházející z peří, vlasů, vlny, prachu z nábytku, šupin kůže domácích zvířat a bakterií. 2. Roztoči - nejčastější roztoč Dermatophagoides pteronysinus 3. Plísně - vyskytují se v půdě, ovzduší, vlhkých bytech

1. ALERGENY ROSTLINNÉHO PŮVODU l l l 1. Pyly - nejčastějším projevem alergie na pyly je senná rýma a někdy astmatické záchvaty v letním období 2. Seno - odlišný alergen od pylů 3. Chmel 4. Kosmetické přípravky 5. Prach z bylin 6. Prach z obilí 7. Prach z mouky - hlavně u pekařů, mlynářů, cukrářů, kuchařů 8. Prachy z bavlny - alergie na prach z bavlny se označuje jako byssinóza 9. Tabák 10. Kouř z cigaret 11. Různé vůně

2. ALERGENY ŽIVOČIŠNÉHO PŮVODU l l l Nejvíce se uplatňují chlupy různých zvířat. Patří sem psí prach, koňský prach, kočičí prach, dále kravský prach, ovčí vlna. Ve vzácných případech byla zjištěna přecitlivělost na lidské lupy a prach z hmyzu. Alergie na včelí jed po bodnutí.

3. DALŠÍ ALERGENY l l l ALERGIE NA POTRAVINY Alergické projevy jsou vázány i na zažívací poruchy. Nejčastěji jsou alergie na mléko, kávu, kakao, brambory, pomeranč, citrón, jahody a ořechy. LÉKOVÁ ALERGIE V posledních letech lékových alergií značně přibývá a výskyt je úměrný stále se zvyšující spotřebě léků. Diagnostika lékové alergie je někdy velmi obtížná. ALERGIE NA JED BLANOKŘÍDLÉHO HMYZU

Působení nespecifických adjuvantních vlivů l Nepříznivé působení znečištěného ovzduší - tabákový kouř - exhalace dieselových motorů - oxidy dusíku a síry l Nezdravý životní styl včetně bydlení l Nevhodná strava l Psychické vlivy…

ATOPICKÁ REAKTIVITA – důsledek genetické dispozice a působení zevních vlivů Krejsek et al. 2004

Vliv vnějších proměnných faktorů na ontogenetické vyzrávání T-lymfocytů Krejsek et al. 2004

Th 1/Th 2 balance in utero a po narození Juust et al. 2002

Faktory ovlivňující vyzrávání Th 1/Th 2 lymfocytů Krejsek et al. 2004

ALERGICKÁ REAKCE Krejsek et al. 2004

Centrální úloha T buněk v patofyziologii alergických chorob Bousquet et al. 2002

K předchozímu obr. : Alergické TH 2 dogma. l l Ø Ø Jakmile jednou alergen pronikne do organismu, je zachycen sentinelovými dendritickými buňkami (DC). DC migrují do nejbližší lymfatické uzliny, zpracují alergen a vystaví informaci o něm pomocí molekul MHCII T lymfocytům. Po prezentaci antigenu naivním T-lymfocytům dochází ke klonální expanzi T lymfocytů a k jejich migraci do místa zánětu. Zde aktivované TH 2 buňky produkují TH 2 cytokiny: IL-5 umožńuje atrakci a aktivaci eozinofilů, což vede k poškození tkáňě; IL-4 a IL-13 zejména aktivují B buňky a umožňují syntézu Ig. E se váže na FcεR 1 na nespecifických buňkách imunitního systému. Pokud dojde k novému kontaktu s alergenem, navázané protilátky zachycují alergen, což vede k receptorovému cross-linking a k rychlé aktivaci žírných buněk a bazofilů. Tyto buňky jsou odpovědné za uvolnění většiny zánětlivých a toxických mediátorů, které způsobí akutní alergické symptomy.

K předchozímu obr. : od proteinu k regulaci genů l Cytokiny po vazbě na svůj receptor indukují oligomerizaci tohoto receptoru. Tento receptor je potom fosforylován JAKem (JANUS KINÁZA), což povolává STAT k intracelulárnímu řetězci receptoru a vede to k fosforylaci STAT. l STAT (SIGNAL TRANSDUCER AND ACTIVATOR OF TRANSCRIPTION) po fosforylaci JAKem dimerizuje, je importován do jádra a na základě specifického rozpoznání v promotoru genu indukuje transkripci GATA-3, TH 2 transkripční faktor, současně indukuje transkripci IL-5, IL-9 a IL-13 a inhibuje promotory Th 1 genů. V asociaci s C-maf GATA-3 zvyšuje produkci IL-4, což indukuje irreverzibilní TH 2 fenotypy.

Th 2 paradigma patogeneze atopických nemocí El Biaze et al. 2003

Th 1 paradox u atopických nemocí El Biaze et al. 2003

Od atopie k astmatu (hypotéza) El Biaze et al. 2003

Žírné buňky (mastocyty) l Preformované mediátory: - histamin, heparin, chondroitinsulfát, chymáza, tryptáza, faktor chemotaktický pro eozinofily l Nově syntetizované mediátory: - leukotrieny, prostaglandiny, PAF l Cytokiny: - TNF-alfa (aktivace fagocytů) - TGF-beta (fibrotizace stěny bronchů) - IL-5 (stimulace tvorby eozinofilů) - IL-6 (mj. stimulace tvorby Ig, vč. Ig. E) Špičák et al. 2004

Biologické efekty histaminu H 1 receptory: l l Bronchokonstrikce, vazodilatace (x vazokonstrikce v plicích) permeability cévní stěny sekrece hlenu chemotaktický faktor pro eosinofily a neutrofily H 2 receptory: l sekrece HCl H 3 receptory: l převážně v CNS Špičák et al. 2004

Novotvořené mediátory žírných buněk l l l Prostaglandiny: - PGD 2 : zarudnutí, zvýšená permeabilita kapilár, bronchokonstrikce, aktivace eos. , chemotaxe Leukotrieny: - LTC 4, LTD 4, LTE 4 (SRS-A): propustnosti cév, spasmus bronchů - LTB 4: chemotaxe granulocytů PAF (faktor aktivující destičky): – významný chemoatraktant

Bazofily l l Dlouho považovány za buňky podobné mastocytům - jen primárně se nacházející v krvi Liší se dynamikou a spektrem produkovaných mediátorů a cytokinů Základní funkce je však velmi podobná degranulace a uvolnění prozánětlivých mediátorů Na Ig. E závislé uvolňování mediátorů z bazofilů je usnadněno cytokiny (zejm. IL-3)

Eozinofily l hlavním faktorem pro diferenciaci je IL-5 l chemotaktickými faktory (z T -ly a mastocytů) jsou např. : LTB 4, IL-16, eotaxin l uvolňují řadu - prozánětl. mediátorů (bazické peptidy, TNF, PG, LT, cytokinů) - reaktivních O 2 metabolitů - degradujících enzymů (např. elastáza, kolagenáza…) Eo v dýchacích cestách Uvolnění granul Přímé poškození tkání Kontrakce hladkých svalů Zvýšená permeabilita Eoz a Th 2 do dýchacích cest CHRONICKÝ ZÁNĚT

Eozinofilní granulocyty – významný zdroj biologicky aktivních látek Krejsek et al. 2004

Eozinofil – aktivační faktory a produkty Špičák et al. 2004

Epitel dýchacích cest Není pasívní bariérou, uvolňuje řadu mediátorů: Oxid dusnatý (NO), endotelin, metabolity kys. arachidonové, cytokiny, adhezívní molekuly Oxid dusnatý (NO): - vysoce reaktivní látka tvořen z L-argininu syntetázami (3 typy) může potlačovat tvorbu Th 1 cytokinů Má potenciálně příznivé i nepříznivé účinky u astmatu

Úloha epitelových buněk v alergickém zánětu Krejsek et al. 2004

Autonomní nervová regulace tonu bronchiálního svalstva Špičák et al. 2004

Klinické manifestace: Anafylaxe § § Bouřlivě se rozvíjející, život ohrožující reakce (bifázická) Alergická x Nealergická Ig. E non-Ig. E § l Etiopatogeneze: - léky, - potraviny, - jed hmyzu - latex, - námahou navozená Terapie: - zajištění vitálních funkcí - lékem 1. volby - ADRENALIN Krejsek et al. 2004

Úloha žírných buněk při anafylaxi

Alergická rýma: Je zánětlivé onemocnění nostní sliznice, jehož hlavními příznaky jsou: - svědění nosní sliznice - kýchání - hypersekrece a obturace nosu - nosní sliznice vybavena pro rozvoj alerg. reakce: v sekretu – bazofily, v epitelu a subepiteliálně histiocyty - Zjednodušeně: nos odpovídá bronchiálnímu systému bez hladké svaloviny Často hyperreaktivita dolních DC- bez manifestace AB kompenzační mechanizmy ? ? ? Až u ½ rinitiků – AB = koncepce one airway – one disease

Klasifikace rýmy: Původní klasifikace rýmy Špičák et al. , 2004

Schematické znázornění vzniku nostních příznaků alergen + Ig. E degranulace mastocytů eozinofilní zánět hyperaktivita nostní sliznice alergeny nespecifické vlivy nosní příznaky kýchání svědění hyperreakce obturace

Atopický ekzém l Synonyma: neurodermatitis (1891), prurigo Besnier (1903), atopická dermatitis (1933), AEDS (atopic eczema dermatitis syndrome) l nejčasnější manifestace- 2. -6. měsíc, ale může se objevit kdykoliv (charakteristický vývoj klinického obrazu ) l asi u 1/2 příznaky vymizí - ale může se později znovu objevit sama nebo v kombinaci s respiračními projevy dermo-respirační syndrom

Lokalizace kožních projevů v závislosti na věku

Patogeneze AD l l l Přesušená a citlivá pokožka Imunopatologie Autonomní nervová dysbalance Poruchy metabolizmu nenasycených MK Psychosomatické faktory Špičák et al. , 2004

Patogenetické mechanizmy AD

K předchozímu obr. : Imunopatologie atopické dermatitidy l Iniciace atopické dermatitidy je charakterizována TH 2 imunitní odpovědi v dermis a zahrnuje TH 2 buňky, atrakci eozinofilů, aktivaci B buněk a produkci Ig. E. l Později jsou eozinofily a CD 8+ TH 2 buňky v dermis odpovědny za časné kožní léze. l Následné škrábání vede k indukci sekrece TNF-α and IFN-γ. Společně s poškozením kůže indukovaným uvolněním toxických zánětlivých mediátorů z eozinofilů dochází v epidermis k převaze sekrece IL-12 secretion z IDEC, což vede k zánětlivé reakci typu TH 1. l Následná chronická fáze ke zánět TH 0.

Diagnostická kritéria l Nejsou jednoznačné kožní nebo laboratorní parametry l Diagnóza je založena na tzv. velkých (atopická RA, chronický/relabující průběh, pruritus, typická morfologie) a malých kritériích (nutná přítomnost 3 hlavních a 3 vedlejších) l Z laboratorních nálezů: hladiny Ig. E, eozinofilie, ECP

Astma bronchiale - jedno z nejběžnějších chronických onemocnění (postihujících cca 155 miliónů lidí na světě) - značná heterogenita jak fenotypu tak i patofyziologie - zvyšující se prevalence v posledních desetiletích (kolem 10 -20% u dětí a 5% u dospělých)

Definice astmatu (GINA 2002) Ø je chronický zánět dýchacích cest, v jehož etiopatogenezi hraje významnou roli řada buněk (žírné buňky, eozinofily a Tlymfocyty) a jejich působků Ø zánět způsobuje průvodní zvýšení průduškové reaktivity, která vede k opakovaným epizodám pískotů při dýchání, dušnosti, tlaku na hrudníku a kašle, převážně v noci a časně nad ránem Ø tyto stavy jsou obvykle provázeny rozsáhlou, ale proměnlivou bronchiální obstrukcí, která je často reverzibilní, ať již spontánně či po terapii

Anatomickým podkladem

Patologické rysy astmatu Charakteristickým rysem zánětu dýchacích cest je zvýšení počtu: - aktivovaných eozinofilů - žírných buněk - makrofágů - T lymfocytů Paralelně s chronickým zánětlivým procesem probíhají procesy reparační strukturální i funkční změny - REMODELACE

Moderní pohled na patologický obraz astmatu Alergen Makrofágy/ Dendritické buňky Th 2 buňky Leukotrieny C 4, D 4 & E 4 Mastocyty Neutrofily Eosinofily Hlenová zátka Neuroaktivace Epiteliální deskvamace Subepiteliální fibróza Únik plasmy Edém Sekrece hlenu Hyperplasie žlázek Barnes PJ Vasodilatatace Angiogeneze Aktivace senzorických zakončerní Cholinergní reflex Bronchokonstrikce Hypertrofie/hyperplasie hl. sv. buněk

Zánět vs. remodelace tkání u astmatiků

Koncepce minimálního perzistujícího zánětu Passalacqua et al. 2002

Nové paradigma patogeneze astmatu

Typy astmatu Alergické astma Nealergické astma Ig. E-zprostředkované astma Ig. E-nezprostředkované astma

Klasifikace tíže astmatu – před léčbou

Klasifikace tíže astmatu – při léčbě

Potravinová alergie Špičák et al. , 2004

Prevalence a patogeneza l l l Prevalence je 2 -3% - důležitý věk pacienta (do 3 let : 4 -8%) Potravinové alergeny: vejce, mléko, ryby, burské ořechy, pšenice… (krajové diference) – zkřížená reaktivita Patogeneze: selhání tolerance – příčina rozvoje senzibilizace (klíčové období do 1 roku – prvé setkání s Ag potravy) Klinické projevy: - Gastrointestinální projevy - Orální alergické syndrom – u pacientů přecitlivělých na pyly (patofyziologicy zkřížená alergie) - Eozinofilní gastroenteropatie Kožní projevy, Respirační projevy Anafylaxe

Alergie na léky a latex Léková alergie Ig. E mediovaná Nealergická lék. hypers. non-Ig. E mediovaná • Aktivace komplementu (lok. anestetika, RTG látky) • Neimunologicky mediované nežádoucí účinky (aspirinová intolerance- blokáda COX)

Epidemiologie Rizikové faktory pro vznik lékové alergie Časté reakce: ATB, ASA, NSA, lokální anestetika, RTG látky, . . Latex – zdravotníci, spina bifida, opakované operace… (zkřížená reakce s řadou potravin = latex – fruit syndrom)

Alergie na jed blanokřídlého hmyzu - taxonomie

l l l U nás – včela, vosa Hlavní alergeny: fosfolipáza A 2, hyaluronidáza, kyselá fosfatáza, mellitin … Patogeneze reakce na jed: toxická reakce Ig. E-mediovaná Th: - lokální ošetření - podání adrenalinu (EPI-PEN) - specifická alergenová imunoterapie non Ig. E-mediovaná

Diagnostika alergických onemocnění l Anamnéza – rodinná, osobní, pracovní a sociální l Fyzikální vyšetření l Alergologické kožní testy (prick-test, intradermální test) l Epikutánní testy l Laboratorní vyšetření (stanovení celkového Ig. E, s. Ig. E) l Provokační testy (provokační, eliminační)

Léčba Cíle: § § potlačení akutního stavu prevence dalších atak redukce (bronchiálního) zánětu a asociované BHR + eliminace alergenů (pokud lze) Léky: § § Alergenová imunoterapie Bronchodilatancia ( mimetika, anticholinergika, methylxantiny) Imunosupresiva (kortikoidy – inhalační, systémové) Další (antileukotrieny, antihistaminika, apod. )

Alergenová imunoterapie Krejsek et al. , 2004

Bronchodilatační látky 2 mimetika - selektivní 2 agonisté l albuterol (krátce působící) l salmeterol, formoterol (dlouhodobě působící)

Anticholinergní látky

Methylxantiny Eg. Theophylline (podobně jako kofein) l Inhibuje enzym fosfodiesterázu a tak zvyšuje c. AMP l Redukuje intracelulární Ca 2+ l Působí hyperpolarizaci membrány, což snižuje aktivaci hladké svaloviny l Snižuje infiltraci eozinofilů do epitelu

Kortikosteroidy l inhibují vcestování zánětlivých buněk do místa alergické reakce l blokují syntézu leukotrienů l inhibují produkci cytokinů a aktivaci adhezních proteinů l Zmenšují down-regulaci 2 receptorů

Schéma působení kortikoidů na buněčné úrovni Krejsek et al. , 2004

Antileukotrieny - inhibitory 5 -lipoxygenázy - antagonisté cysteinylových LT receptorů SINGULAIR® eg. SINGULAIR® (montelukast sodium): leukotriene D 4 receptor antagonist

Anti- Ig. E a další ….