¹Ýstanbul Üniversitesi Cerrahpaþa Týp Fakültesi Çocuk Saðlýðý ve Hastalýklarý Anabilim Dalý Ýnfeksiyon Hastalýklarý Klinik Ýmmünoloji ve Alerji Bilim Dalý, Ýstanbul ²Ýstanbul Üniversitesi Cerrahpaþa Týp Fakültesi Genel Cerrahi Anabilim Dalý, Ýstanbul
Bakterilerin toksinlerine karþý geliþen hücresel immün yanýt, normal koþullarda konaðý enfeksiyondan korumasýna karþýn, hücresel yanýtýn aþýrý tepkisi konaðýn kendisine zarar verebilir. Normalde hücresel immün yanýtda oluþan sitokinlerin biyolojik etkilerini baskýlayan medyatörler sepsis sýrasýnda dengeyi saðlayamaz. Bundan dolayý sepsisin patogenezi pro- ve anti-inflamatuvar eþitsizlik sendromu olarak da tanýmlanabilir (15-18). Sepsiste immün sistem baskýlanmasý çeþitli düzenekler ile geliþir;
Ýnflamatuvar Th 1 yanýtý ve antiinflamatuvar Th 2 yanýtý arasýndaki etkileþim
Hücreler arasý anerji
CD 4 (+) T hücrelerinin, B hücrelerinin ve Dentritik hücrelerin apoptozu
Makrofajlardaki MHC II ekpresyonunun azalmasý Apoptotik hücreler ile etkileþim
Nötrofiller
Kemotaktik faktörlerin salýnýmý ile inflamasyon bölgesine nötrofiller göç ederler ve enfeksiyonlarda kemik iliðinden aþýrý miktarda nötrofil perifere çýkar. Herhangi bir mikrobun fagositik hücreler tarafýndan fagositoz edilebilmesi için partikülün bir madde ile kaplanmasý gerekir. Bu görev için IgM ve IgG tipi immunglobulinler nötrofil yüzeyinde bulunan Fc reseptörlerine, kompleman komponentleri de kompleman reseptörlerine baðlanýrlar. Nötrofiller yabancý materyeli hücre içine alarak fagozomu oluþtururlar. Lizozim, proteazlar ve laktoferrin gibi bakterisid ve antimikrobiyal peptidler (defensinler) yabancý maddenin parçalanmasýna yardýmcý olurlar. Hücre ayný zamanda fagozom içine hidrojen iyonlarý pompalayarak pH'yý düþürür, böylece laktoferrin bakterinin çoðalmasý için gerekli demiri daha kolay baðlar, lizozim, kollagenaz, elastaz gibi enzimlerin aktiviteleri artar ve hedef hücre daha hýzla tahrib edilir. Nötrofiller iki tarafý keskin kýlýç gibidir (11,19). Örneðin , nötrofillerin akciðerlerde aþýrý birikimi eriþkin tipi solunum yetersizliði sendromuna (ARDS) yol açabilir.
Toll benzeri reseptörler (Toll-like receptors,TLR), mikroorganizmanýn farklý bölgelerine özgüllük gösterirler. Ondan fazla toll-benzeri reseptör vardýr.TLR-2 birçok bakteri lipoglikanýna karþý makrofajlarýn yanýt vermesinde rol oynarken, TLR-4 bakteri lipopolisakkaritlerine (LPS veya endotoksin), TLR-5 flagelline ve TLR-9 bakterilere özgü metillenmemiþ CpG nükleotidlerine özgüldürler. TLR lerin aktivasyonu sonucu NF-kB (nükleer faktör kB) transkripsiyon faktörünü aktive eder ve böylece sitokinler ile enzimlerin ve aktive fagositlerin anti-mikrobiyal etkinliklerinde rolü olan diðer proteinlerin üretimi uyarýlýr.
TLRler edinsel baðýþýklýk sistemi de uyarýr ve etkin kýlar. Deneysel araþtýrmalar, toll-benzeri reseptörlerin geçiçi eylem dýþý kalmasý ile sepsis tedavisi ve önlenmesinde yarar saðladýðýný göstermiþtir. Ölümcül dozdaki LPSye IRAK-4 eksikliði olan fareler dirençli bulunmuþtur. Ancak toll benzeri reseptör 4 geninde (TLR4) mutasyon olan insanlarda enfeksiyonlara daha duyarlý olduðu da saptanmýþtýr (20-24).
Endotelyal Hücreler
Septik þoka götüren patolojik bulgularýn tümünden endotelyal hücre hasarý sorumludur (25,26). Endotelyal hücreler bakterilerin yapýsal bileþenlerini tanýyarak LPS, tümör nekroz faktör-(TNF) ve interferon- (IFN)nýn denetiminde büyük oranda TLR-4, daha az TLR-2 ekprese ederler (27-30).
Kompleman Sistemi
Kompleman sistemini oluþturan proteinlerin bir kýsmý enzim, bazýlarý kofaktör, bazýlarý inhibitör veya inaktivatör ve diðerleri de membrana baðýmlý proteindirler. Bu karmaþýk sistemin aktivasyonu ile inaktif durumdaki proteinler birbirlerini saniyeler içinde aktive
III. ULUSAL YOÐUN BAKIM ÝNFEKSÝYONLARI SÝMPOZYUMU
ederek üç temel biyolojik etkilerini ortaya koyarlar. En iyi bilinen iþlevleri yabancý hücre, bakteri ve zarflý virüsleri harab etmesidir. Ýkincisi, yabancý cisim, bakteri, virus, mantar gibi hücreleri fagositoza hazýrlayan opsonizasyona aracýlýk etmesidir. Üçüncü iþlevi ise enflamasyon ve immün yanýtta düzenleyici rolü oynayan biyolojik olarak etkili peptid parçalarýný açýða çýkarmasýdýr.
Kompleman sisteminin aktivasyonu yüzünden bir taraftan bakteri ve virüslerin çoðalmasý fagositoz ve enflamasyon yoluyla önlenirken, diðer taraftan aktivasyonun denetimden çýkmasýyla kan damarlarýnda vaskülit, böbrek bazal membranýnda nefrit, eklem sinovyumunda artrit ve eritrositlerde hemolize neden olup hastalýða yol açýlýr.
Kompleman sisteminin aktivasyonu temel olarak birbirinden farklý 3 yol ile olur: Klasik, Lektin ve alternatif yol. Her üç yolun amacý membran atak kompleksi (MAK) oluþturarak, yabancý hücre duvarýnda delik açmaktýr.Hücre içindeki yüksek onkotik basýnç suyu içeri çeker ve sonuç olarak hücre þiþer ve patlar. Bu olaylarýn geliþimi sýrasýnda açýða çýkan C5a plazmada kompleman kaynaklý kemotaktik aktivitenin % 85ni oluþturur. Çok miktardaki intravasküler C5a, C5a reseptörüne baðlanarak azalýr. C5anýn nötralizasyonu sepsis sendromunda koruyucudur (9,29-33).
Sitokinler
Araþtýrmacýlar, sepsis sýrasýnda salýnan ana pro-inflammatuvar mediatörlerin , tümör nekroz faktör-a(TNF-a), interlökin-1 (IL-1), IL- 1, IL-12, IFN-, IL-6 ve IL-18 olduðu konusunda hemfikirdirler. Konak savunma düzeneklerini uyaran tehlike sinyallerini taþýrlar. TNF-a, IL- 2, IL-12, IFN-, ve IL-6 hücre ve organ iþlev bozukluðuna yol açarak sepsis ve multiorgan yetersizliðine (MOF) yol açtýðý bildirilmektedir(34- 6). Ancak sepsisin erken evrelerinde pro-inflammatuvar sitokinlerin serum düzeyi düþük iken geç evrede dalak lenfositlerinin IL-1 ve IFN-
yapýmý anlamlý derecede baskýlanmýþ ve IL-4 ve IL-10 gibi baskýlayýcý
sitokinlerin yapýmý artmýþtýr yani Sepsisde bir nevi sitokin fýrtýnasý oluþmaktadýr (36-3900).
Doðal immün sistem mikroorganizmayý, patojene-eþlik eden moleküler örgü(PAMP) aracýlýðý ile tanýr, etkin kýlýndýktan sonra Toll- benzeri reseptörler (TLR), interökin-1 (IL-1), tümör nekroz faktör (TNF-a), interlökin-6 (IL-6), ve interlökin-8 (IL-8) yapýmý baþlar. Bazý sepsis tablolarýnda örneðin, meningokoksemi örneðinde serumda dolanan TNF düzeyi yüksekdir ve mortalite ile paralellik gösterir (40).
T Hücreleri
Sepsis, konaðýn yaþamýný sürdürmesi ile ters iliþkili olan lenfopeniye yol açar. Sepsisde apoptoza-özgül immün-aktivasyon ve aktivasyonunun- baþlattýðý hücre ölümünün rolü hala kesin olarak anlaþýlamamýþtýr. Onbeþ sepsisli hastada yapýlan bir araþtýrmada T-hücre proliferasyonu, CD3+ ve CD4+ T hücreler ve CD19+ B hücreleri anlamlý derecede azalmýþ iken IL-10, sCD95, sTNFRI, ve ICE anlamlý olarak artmýþ bulunmuþtur. Bulgular sepsisde Th2 baskýn bir immün yanýt geliþtiðini göstermiþtir (37-39). Ýnterferon- (IFN- ), lenfotoksin (LT) ve IL-2 gibi Th1
sitokinleri ve kemokinlerin uyarýlmasý ile nötrofil ve makrofajlarýn mikrobisidal gücü artar (1,2,5).
Koagülasyon Arayollarý
Sepsis sýrasýnda koagülasyon sistemi, fibrinoliz ve inflamasyonun denetimi aþaðýdaki gibidir:
1. Inflammasyon baþlar 2. Koagülasyon etkin kýlýnýr 3. Fibrinolizis baskýlanýr 4. Homeostaz kaybolur
Organ iþlev bozukluðu ve ölüme götüren birincil etmenler, homeostazý dengede tutan pro-trombotik ve anti-trombotik düzeneklerdir (Þekil 2) (1,2,5,6).
Homestazýn kaybolmasý ile sepsisli hastada, aþaðýda verilen bulgular görülür:
Intravasküler koagülopati (DIC) Mikrovasküler tromboz
Akut birden fazla organ iþlev bozukluðu (MOD) Aktive Protein C
Sepsisde koagülasyon ve inflamatuvar ataklar koruyucu protein C tarafýndan dengede tutulmaktadýr. Aktive protein C, endotelyal hücre tarafýndan proteaz ile aktif kýlýnan reseptör-1i parçalamak üzere protein C reseptöre eþ-reseptör olarak kullanýr. Endojen aktif protein C, anti-inflamatuvar etkisini sitokin yapýmýný azaltarak ve lökositlerin endotele yapýþmasýný engelleyerek gösterir. Endojen aktive protein C, TNF-a ve IL-1 yapýmýný sýnýrlar ve lipopolisakkarit ve CD14 ile interferens gösterir. Böylece endojen aktive protein C, sepsisi yöneten koagülasyon, baskýlanmýþ fibrinolizis ve inflamasyonda rol oynar (Þekil 2). Denetimden çýkan koagülasyon, trombüs çözülmesinde bozukluk, ve inflamasyon sepsisi daha da kötü duruma götürür. Lökosit, trombosit(platelet) aktive eden faktör (PAF), oksijen serbest radikalleri (ROI) de doku hasarý, organ bozukluðunu takiben ölüme yol açabilir. Pro-koagülasyon iþleminde görev alan doku faktörlerini (tissue factors) ayýran antitrombin III ve protein C, pro- koagülasyon kaskadýnda daima dengeyi saðlamak zorundadýr (40,41).
Genetik Faktörler
Son yýllarda yapýlan çalýþmalar ile insanlarda genetik faktörlerin konaðýn enfeksiyon hastalýklarýna karþý duyarlýðýný belirlediðini göstermiþtir. Sitokin genlerinde polimorfizm (TNF-a,TNF-b, IL-1- ra)çalýþmalarý, Fc reseptörler, toll- benzeri reseptörler , mannoz baðlayan proteinde mutasyonlarýn aðýr pnömokok, meningokok enfeksiyonlarýna ve septik þoka yol açtýðý bulunmuþtur (42-44).
Sinir Sistemi
Sinir Sistemi, inflamatuvar yanýtý refleks olarak denetler. Doku hasarýna baðlý olarak üretilen inflamatuvar ürünler, traktus solitarius çekirdeðini afferent sinyaller ile etkin kýlar; kolinerjik anti-inflamatuar refleks (the inflammatory reflex) ile sitokin yapýmýný baskýlar. Bu bilgiler hipotalamusu ulaþtýrýlýr ve dorsal vagal kompleks ACTH salýnmasý için uyarýlýr böylece humoral anti-inflamatuvar arayollar etkin kýlýnýr. Sempatik sistemin aðrý veya doðrudan uyarýlmasý ile yerel olarak inflamasyonu baskýlayan adrenalin ve noradrenalin düzeyini arttýrýr (45) .
Sonuç olarak, sepsisin immünpatogenezinde saptanan en son geliþmeler ve enfeksiyon etkenlerine karþý geliþen immün yanýtdan sorumlu genlerin belirlenmesi ile sepsise ve sepsisin farklý klinik tablolarýna duyarlýðýn patofizyolojisini anlamada katkýda bulunmaktadýr. Doðal immün sistem, enfeksiyoz veya enfeksiyon dýþý etkenlere karþý fizyolojik savunma mekanizmasý içinde önemini korumaktadýr. Sepsisin ilerleyen evrelerinde anerji hakimdir, immün sistem hücrelerinin apoptozu sonucu azalmasý da sepsisde görülen immünsupresyonu arttýrýr (46). Sepsis hastalarýnda pro- inlamatuvar sitokinlerin (IL-1, TNF-a) salýndýðý hiperaktif evreyi, hipoaktif immün sistem yani immünoparalizi evresi izlemektedir. Sepsisin hayvan modellerinde pro-inlamatuvar sitokinlerin blokajý yaþam için ümit verici bulunmuþtur (4,20,21).
Kaynaklar
1.Lebel MH, Tapiero B . Bactermia, Sepsis and Sepsic shock. In Pediatric Infectious Diseases Principles and Practice . Jenson H, Baltimore RS (eds 2.edition. WB Saunders Company, Philadelphia. 2002; 279-295
2.Darville T. Fever, Bactermia and Septisemia. In:Principles and Practice of Pediatric Infectious Diseases. Long SS, Pickering LK, Prober CG(eds). 2nd edition. Churchill Livingstone, Newyork. 2003; 90-93.
3.ACCP-SCCM Consensus Conference. Definitions of sepsis and multiple organ failure and guidelines for the use of innovative therapies in sepsis. Crit Care Med 1992; 20: 86474. 4.Hoesel LM ve Ward PA., Mechanisms of inflammatory response syndrome in sepsis Immunological diseases. ,2004;1;3;345-350
5.Camcýoðlu Y, Aytaç Y. Immunopathogenesis of Sepsis; New Insights. Turk J Immunol, 2003;8;27-38
6.Piette W. W., Lentz S. R., Kao N., Hazelzet J. A., de Kleijn E. D., de Groot R., Faust S. N., Heyderman R. S., Levin M.Endothelial Protein C Activation In Meningococcal Sepsis. N Engl J Med 2001; 345:1776-1777.
7.Fujihara M, Muroi M, Tanamoto K, Suzuki T, Azuma H, and Ikeda H: Molecular mechanisms of macrophage activation and deactivation by lipopolysaccharide: roles of the receptor complex . 2003:100:2 :171-194.
8.Cohen J.The Immunopathogenesis Of Sepsis.Nature Immunology. 2002:420:.6917:19-26 . 9.Ungerstedt J. S., Blomback M., Soderstrom T. Nicotinamide is a potent inhibitor of proinflammatory cytokines. Clinical & Experimental Immunology. 2003: 348:138-150. 10.Dofferhoff A.S., Bom V.J., de Vries-Hospers H.G. et al. Patterns of cytokines, plasma endotoxin, plasminogen activator inhibitor, and acute-phase proteins during the treatment of severe sepsis in humans. Crit Care Med. 1992:185192.
11.Gutierrez-Ramos J.C. and Bluethmann H., Molecules and mechanisms operating in septic shock: lessons from knockout mice. Immunol Today.1997:18:329334. 12.Klosterhalfen B., Hauptmann S., L. Tietze et al. The influence of heat shock protein 70 induction on hemodynamic variables in a porcine model of recurrent endotoxemia. Shock 1997: 7:358363
13.Muller A.M., Cronen C., Muller K.M. and Kirkpatrick C.J., Heterogeneous expression of cell adhesion molecules by endothelial cells in ARDS. J Pathol. 2002:198:270275. 14.D.C. Morrison and R.J. Ulevitch, The effects of bacterial endotoxins on host mediation systems; a review. Am J Pathol.1978:93:526617
15.Henneke P. and Golenbock D.T., Innate immune recognition of lipopolysaccharide by endothelial cells. Crit Care Med. 2002:30:207213.
16.Peters K., Unger R. E., Brunner J. and Kirkpatrick C. J. Molecular basis of endothelial dysfunction in sepsis.Sitokin.2003:
17.Fisher C.J., Agosti J. M., Opal S.M., Lowry S.F., Balk R. A., Sadoff J.C., Abraham E., Schein R. M.H., Benjamin E, for The Soluble TNF Receptor Sepsis Study Group Treatment of Septic Shock with the Tumor Necrosis Factor Receptor:Fc Fusion Protein. N Engl J Med. 1996:334:1697- 1702
18.Schimke J., Mathison J., Morgiewicz J. and Ulevitch R., Anti-CD14 mAb treatment provides therapeutic benefit after in vivo exposure to endotoxin. Proc Natl Acad Sci USA 1998:95:1387513880
19.Opal S.M., Palardy J.E., Parejo N. and Jasman R.L. Effect of anti-CD14 monoclonal antibody on clearance of Escherichia coli bacteremia and endotoxemia. Crit Care Med 2003:31:929932 20.Axtelle T. and Pribble J., IC14, a CD14 specific monoclonal antibody, is a potential treatment for patients with severe sepsis. J Endotoxin Res. 2001:7:310314
21.Lawton J. A and Ghosh P. Novel therapeutic strategies based on toll-like receptor signaling. l 2003:7: 446-451
22.Blum M.S., Toninelli E., Anderson J.M. et al., Cytoskeletal rearrangement mediates human microvascular endothelial tight junction modulation by cytokines. Am J Physiol 1997:273:286294 23.Frey E.A. and Finlay B.B., Lipopolysaccharide induces apoptosis in a bovine endothelial cell line via a soluble CD14 dependent pathway. Microb Pathol 1998:24:101109. 24.Kobayashi K., Inohara N., HernandeL.D. , Galan J.E., Nunez G., Janeway, C.A. Medzhitov R. and Flavell R.A.,RICK/Rip2/CARDIAK mediates signalling for receptors of the innate and adaptive immune systems. Nature.2002:416:194199.
25.Toshchakov V., Jones B.W., Perera P.Y., Thomas K., Cody M.J., Zhang S., Williams B.R., Major J., Hamilton T.A., Fenton M.J. and Vogel S.N., TLR4, but not TLR2, mediates IFN-beta- induced STAT1alpha/beta-dependent gene expression in macrophages. Nat. Immunol.2002:3:392398 doku faktörü PAI-1 SEPSÝS LPS/bakteriyel bileþenler Plasminojen aktivatör