Zapalenie, stan zapalny, reakcja zapalna, proces zapalny, odczyn zapalny (łac. inflammatio) – uporządkowany proces rozwijający się w tkance unaczynionej pod wpływem czynnika uszkadzającego. Zapalenie może być spowodowane czynnikami: chemicznymi, fizycznymi, biologicznymi (zakażenie drobnoustrojami chorobotwórczymi) - ogólnie czynnikami egzogennymi lub endogennymi. Celem zapalenia jest obrona organizmu. Proces zapalny powinien więc doprowadzić do usunięcia czynnika chorobotwórczego i pozwolić na powrót tkanki do stanu fizjologicznego. U większości osób starszych, jednakże, przejście zapalenia w stan chroniczny może stać się jednym z czynników zagrożenia większą umieralnością.

U podłoża reakcji zapalnej leżą zmiany w naczyniach krwionośnych. Dochodzi do rozszerzenia naczyń, zwiększenia ukrwienia tkanki i przepuszczalności naczyń, na skutek czego do zaatakowanej tkanki mogą przedostawać się różne białka osocza, pełniące funkcje obronne, np. przeciwciała lub dopełniacz. Niezależnie od tego ścisłego znaczenia, nazwa zapalenie odnosi się również do zespołu objawów np. zaczerwienienie (rubor), ból (dolor), podwyższona ciepłota (calor), obrzęk (tumor), zaburzenie funkcji tkanki (functio laesa), które towarzyszą wymienionym procesom.

W terminologii łacińskiej stosuje się nazwy inflammatio lub phlegmasia (np. phlegmasia coerulea dolens), częściej do nazwy narządu lub tkanki zajętego stanem zapalnym dodaje się przyrostek -itis np. coniunctivitis, stomatitis, proctitisMarcin Piekarz, Lingua Latina medicinalis, Wyd. Medycyna Praktyczna, 1996.

Etapy reakcji zapalnej Gdy patogen pokona zewnętrzne bariery, rozpoczyna się zapalenie. Pobudzeniu ulegają komórki tuczne, komórki dendrytyczne oraz makrofagi które fagocytują i wydzielają mediatory reakcji zapalnej. Substancje te powodują lokalne rozszerzenie naczyń krwionośnych oraz pojawienie się cząstek adhezyjnych (adhezyny) na komórkach śródbłonka żyłek (limfocyty przechodzą przez wysoki śródbłonek obwodowych naczyń limfatycznych; wszystkie leukocyty mogą przechodzić przez żyłki poza włosowe narządów nielimfatycznych). Prowadzi to do migracji leukocytów. Przybyłe neutrofile prowadzą dalszą fagocytozę, a następnie są fagocytowane przez makrofagi. Fragmenty uszkodzonej tkanki i martwe leukocyty tworzą ropę. Napływające komórki NK niszczą patogeny i zakażone komórki organizmu oraz wydzielają interferon, co prowadzi do aktywacji makrofagów, prezentacji antygenu oraz uruchomieniu mechanizmów odporności swoistej za sprawą limfocytów Th1.

Migracja leukocytów do miejsca zapalenia Każda reakcja zapalna zachodzi w kilku krokach, które w sensie ogólnym są takie same, zaś dzięki pewnym różnicom obserwowane efekty mogą być zupełnie odmienne. Te różnice dotyczą głównie zestawu białek, które na każdym z etapów odgrywają zasadniczą rolę. Mamy bowiem do czynienia z określonymi rodzinami białek, których przedstawiciele mogą między sobą różnić się dosyć subtelnymi szczegółami, ale mającymi niebagatelny wpływ na całość. Ogólnie w napływie leukocytów można wyróżnić następujące etapy, przedstawione dalej w sposób bardziej szczegółowy: marginację, która zwykle nie bywa w ogóle wyodrębniana, jest bowiem zależna jedynie od fizycznych właściwości krwi toczenie się, które jest procesem zależnym od selektyn aktywację, w której główną rolę odgrywają cytokiny, zwłaszcza ich duża grupa zwana chemokinami ścisłą adhezję, zależną głównie od grupy białek noszących nazwę integryn diapedezę, czyli proces przechodzenia leukocytu przez barierę śródbłonka oraz tkankę do miejsca występowania antygenu.

Poniższy rysunek przedstawia poszczególne etapy: Plik:Zapalenie przebieg.svg

Marginacja Proces polegający na wypchnięciu leukocytu z głównego strumienia krwi w kierunku ściany naczynia krwionośnego przebiegający w żyłkach pozakapilarnych, czyli naczyniach znajdujących się po sieci naczyń włosowatych. Istotny jest tutaj fakt, że ścianę żyłek stanowią jedynie komórki śródbłonka, bez występującej pod nimi warstwy mięśniowej, co pozwala leukocytom łatwiej przechodzić do tkanki. Ponadto tlen, który miał być dostarczony do komórek organizmu został już oddany w naczyniach włosowatych, dzięki czemu duże ilości leukocytów przyczepiających się do śródbłonka nie blokują transportu tego gazu.

Toczenie się Zjawisko toczenia się (ang. rolling) jest następstwem marginacji. Leukocyty, stykając się ze ścianą naczynia (komórkami śródbłonka), napotykają tam selektyny. Na powierzchni leukocytu występują odpowiednie receptory, które mogą się wiązać z selektynami. Efektem tego wiązania jest chwilowe zaczepienie się komórki o śródbłonek, jednak napór wypływającego z naczynia włosowatego osocza oraz innych komórek powoduje, że połączenie między leukocytem a śródbłonkiem jest zrywane, a sama komórka lekko się obraca. Związanie się kolejnych receptorów z leżącymi dalej selektynami sprawia, że cały proces znowu się powtarza, leukocyt zaczyna więc toczyć się po śródbłonku.

Zjawisko toczenia się leukocytów jest istotne, gdyż umożliwia z kolei aktywację komórki. Jeżeli jednak leukocyt nie będzie posiadał receptorów dla określonych selektyn, to nie dojdzie do toczenia się i nie zajdą dalsze etapy zapalenia. Ponieważ znanych jest kilka selektyn, to już na tym etapie, w zależności od ich repertuaru na powierzchni śródbłonka oraz leukocytu, może dojść do wstępnej selekcji określonych grup komórek odpornościowych. Jej znaczenie na tym i późniejszych etapach zostanie omówione w dalszej części artykułu.

Aktywacja Podczas toczenia się komórka łączy się nie tylko z selektynami. Za pomocą innych receptorów bada ona powierzchnię komórek śródbłonka. Jeżeli napotka określone substancje, dojdzie do jej aktywacji, jeśli nie – leukocyt odłączy się od śródbłonka i wróci do głównego strumienia krwi, aby dalej krążyć po organizmie. Najważniejsze substancje aktywujące to chemokiny, które odegrają ważną rolę także podczas diapedezy. Znamy obecnie ponad 40 rodzajów tych cytokin oraz kilkanaście receptorów dla nich. Podobnie jak było to w wypadku selektyn, także tutaj leukocyt musi posiadać receptory dla chemokin, które występują na śródbłonku. Jest to prawdopodobnie najważniejszy etap selekcji leukocytów w danym procesie zapalnym, gdyż poszczególne populacje i subpopulacje leukocytów mają odmienny repertuar receptorów dla chemokin. Z kolei to, jakie chemokiny znajdą się na powierzchni śródbłonka, zależy w znacznej mierze od charakteru antygenu, który wywołał reakcję zapalną. Tak więc na etapie aktywacji w zasadzie zostaje podjęta decyzja wyboru mechanizmu, za pomocą którego zostanie usunięty patogen. Ma to duże znaczenie, gdyż inne mechanizmy uczestniczą w usuwaniu infekcji wirusowej, a inne w odpowiedzi przeciwbakteryjnej. Wybór złego mechanizmu może mieć fatalne skutki, gdyż komórki odpowiedzialne za zwalczanie bakterii praktycznie nie mogą zwalczyć wirusa i vice versa.

Ścisła adhezja W wyniku aktywacji dochodzi do gruntownych zmian w architekturze leukocytu, czego efektem jest gwałtowna zmiana kształtu komórki: z praktycznie kulistego, leukocyt staje się płaski i mocno przylega do śródbłonka. W ten sposób nie jest już narażony na silny prąd krwi i przestaje się toczyć. Etap ten, noszący miano ścisłej adhezji, jest możliwy dzięki połączeniu się integryn na powierzchni leukocytów z ich ligandami na powierzchni śródbłonka. Także tutaj, podobnie jak w dwóch poprzednich przypadkach dochodzi do selekcji komórek układu odpornościowego, ale już nie w tak dużym stopniu. Leukocyty zaczynają tutaj wypuszczać nibynóżki, co pozwala na pełzanie po śródbłonku. W efekcie mogą one dotrzeć do miejsc, w których między komórkami śródbłonka występują przerwy. Zapoczątkowuje to proces diapedezy.

Diapedeza (Transmigracja)

Diapedeza jest wynikiem aktywacji komórki i polega na przechodzeniu leukocytów przez barierę śródbłonka oraz przemieszczaniu się przez tkankę do miejsca, w którym występuje patogen. Podczas diapedezy aktywowany leukocyt rozpoczyna wydzielanie licznych enzymów, trawiących tkankę i torujących mu drogę. Skąd jednak leukocyt "wie", w którą stronę ma się poruszać? Tutaj istotną rolę po raz drugi odgrywają chemokiny. Wydzielane są one m.in. przez uszkodzone tkanki lub też różne komórki pobudzone mediatorami z innych, zniszczonych komórek. Taka niebezpieczna sytuacja towarzyszy patogenom, dlatego też właśnie tam, gdzie znajduje się patogen, są też wydzielane chemokiny i inne cytokiny. Rozprzestrzeniają się one w otaczającej zagrożone miejsce tkance, zaś ich stężenie maleje wraz z odległością od miejsca występowania patogenu. Leukocyty mogą reagować na tak powstały gradient stężeń, mamy zatem do czynienia z typową chemotaksją dodatnią. Drogę do zagrożonego miejsca wyznacza więc rosnące stężenie chemokin. Po dotarciu do celu leukocyty zaczynają, dzięki wcześniejszej aktywacji, sprawować swoją funkcję obronną, co jest już w szczegółach zależne od ich właściwości. Nawet tutaj jednak wciąż podlegają ścisłej regulacji, która gwarantuje sukces w zwalczeniu patogenu.

Rola cytokin prozapalnych Żeby przedstawione powyżej etapy zapalenia mogły w ogóle zostać zapoczątkowane, leukocyt stykający się ze śródbłonkiem musi dostać sygnały o toczącym się procesie zapalnym. Jest to możliwe dzięki wcześniejszemu pobudzeniu komórek śródbłonka. Ich aktywacja następuje pod wpływem cytokin prozapalnych. Są one zwykle jednymi z pierwszych substancji, pojawiających się w wyniku uszkodzenia tkanki, ich wydzielanie może być wywoływane bezpośrednio przez czynnik uszkadzający albo też indukowane substancjami pochodzącymi z rozpadających się komórek, np. białkami szoku cieplnego. Działając na śródbłonek, cytokiny te, wspólnie z innymi substancjami, mogą zapoczątkowywać ekspresję genów dla selektyn i integryn, dzięki czemu może dojść do toczenia się i ścisłej adhezji. Chemokiny, przynajmniej niektóre, także mogą być wydzielane po zadziałaniu cytokin prozapalnych na śródbłonek, jednak wiele z nich jest transportowanych na jego powierzchnię wprost z miejsca występowania patogenu. Także cytokiny prozapalne odpowiedzialne są za rozluźnienie struktury śródbłonka, dzięki czemu zachodzi diapedeza oraz przenikanie białek osocza do tkanki objętej procesem zapalnym. Obok cytokin znaczną rolę odgrywają też takie czynniki, jak histamina, zwiększone ciśnienie osmotyczne oraz zakwaszenie ogniska zapalnego. Histamina wpływa na rozszerzenie naczyń i działa jako bodziec bólowy, co z kolei powoduje zwiększony napływ krwi do tkanki objętej zapaleniem (przekrwienie). Zwiększona kwasowość i ciśnienie osmotyczne powodują natomiast napływ płynu z krwi do tkanek.

Regulacja procesu zapalnego Wymienione powyżej etapy reakcji zapalnej oraz odpowiedzialne za nie białka pozwalają na przedstawienie (w znacznym uproszczeniu) następującego schematu regulacji zapalenia: center|Regulacja procesu zapalnego. Linia kropkowana – istnienie zgodności między receptorem a ligandem, linia ciągła – brak zgodności

W celu lepszego przedstawienia tej regulacji posłużymy się następującym, hipotetycznym i skrajnie prostym przykładem. Wyobraźmy sobie trzy komórki o następujących właściwościach: komórka A: posiada receptor dla selektyny L, chemokin IL-8 i MIP-1alfa oraz integryny CD11a/CD18 komórka B: ma na powierzchni receptor dla selektyny P i L, chemokiny IL-8 oraz integryny CD11b/CD18 komórka C: posiada receptor dla selektyny P, chemokin IL-8 i MIP-1alfa oraz integryny CD11a/CD18

Niech dodatkowo śródbłonek posiada na powierzchni zwróconej do światła naczynia selektynę L, chemokinę IL-8 oraz integrynę CD11a/CD18.