SpiS treści
PRZEDMOWA
1. WproWadzEniE – Edward Golec
2. USzkodzEnia UrazoWE tkanki koStnEj a niEdokrWiStości – Edward Golec, Joanna Golec, Elżbieta Szczygieł
3. rEakcjE oStEoiMMUnologicznE, hEMato- i MiElopoEtycznE kości a zMiany krWi obWodoWEj – Edward Golec, Elżbieta Szczygieł, Joanna Golec
4. złaMania patologicznE kości W MEchanizMiE choroby noWotWoroWEj – Edward Golec, Joanna Golec, Elżbieta Szczygieł
5. zabUrzEnia goSpodarki WapnioWo-foSforanoWEj a MEtabolizM tkanki koStnEj – Edward Golec, Elżbieta Szczygieł, Joanna Golec
6. iMMUnopatogEnEza niSkoEnErgEtycznych złaMań kości –
MartWicE kości a ich USzkodzEnia UrazoWE – Edward Golec
8. MEzEnchyMalnE koMórki MaciErzyStE W iMMUnobiologicznych przEMianach tkanki koStnEj – Edward Golec, Wojciech Marczyński
9. czynniki WzroStU pochodzEnia płytkoWEgo a rEgEnEracja tkanki koStnEj –
14. rEakcjE oStEoiMMUnologicznE W przEbiEgU zroStU koStnEgo oraz jEgo zabUrzEń – Edward Golec, Wojciech Marczyński
15. WybranE zMiEnnE rEaktyWnych forM tlEnU W patogEnEziE WStrząSU poUrazoWEgo – Edward Golec
16. USzkodzEnia UrazoWE tkanki koStnEj a zabUrzEnia goSpodarki MikropiErWiaStkaMi – Edward Golec, Joanna Golec, Elżbieta Szczygieł
17. poUrazoWE i niEdoboroWE zabUrzEnia MEtabolizMU WitaMin – Edward Golec, Elżbieta Szczygieł, Joanna Golec
18. WybranE WrodzonE zabUrzEnia MEtabolizMU tkanki koStnEj a złaMania kości – Edward Golec .
19. koStniEniE pozaSzkiElEtoWE W MEtabolizMiE tkanki koStnEj – Edward Golec, Piotr Jurczak .
20. iMMUnopatogEnEza zapalEń kości – Edward Golec, Zbigniew Dudkiewicz, Wojciech Marczyński
piśMiEnnictWo
PRZEDMOWA
Wraz z zaproszonymi przeze mnie do współpracy autorami przekazuję w Państwa ręce owoc żmudnych rozważań i obserwacji odnoszących się do problematyki immunopatomechaniki i immunogenezy uszkodzeń urazowych i wybranych chorób narządu ruchu. Opracowanie to jest skierowane nie tylko do praktykujących lekarzy ortopedów i traumatologów, lecz także do specjalizujących się w tej dyscyplinie klinicznej. Ufam, że prezentowane zagadnienia wzbudzą zainteresowanie także fizjoterapeutów, immunologów, biochemików, fizjo- i patofizjologów czy też specjalistów innych dyscyplin klinicznych.
Stały i dynamiczny rozwój nauk podstawowych, w tym przede wszystkim immunologii i dyscyplin pokrewnych uzmysławia, że zdecydowana większość, a może wszystkie procesy chorobowe, niezależnie od mechanizmów, z których wyrastają, w znacznej mierze są związane z szeregiem dynamicznie przebiegających reakcji immunologicznych, w tym również autoagresywnych i autotoksycznych. To one kształtują morfologię rozwijającego się procesu chorobowego, wpływają na jego obraz kliniczny i charakterystykę następowych zmian wtórnych, decydują o wyborze określonych metod ich diagnozowania, a przede wszystkim podejmowanych działań leczniczych. Są w znacznym stopniu odpowiedzialne za ewentualne niepowodzenia i powikłania podejmowanego leczenia.
Bez wątpienia problem reakcji immunologicznych odnosi się także do uszkodzeń urazowych i licznych schorzeń układu kostno-stawowego, których etiologię jeszcze do niedawna określano mianem nieznanej lub niejasnej. Dziś wiemy, że ich podłożem są jednoznacznie definiowane reakcje osteoimmunologiczne, które mimo wyraźnego i stałego postępu metod ich identyfikacji wymagają niewątpliwie dalszego doprecyzowania oraz dodatkowych wyjaśnień i ustaleń.
Razem ze współautorami monografii pozostaję w przekonaniu, że poruszane w publikacji zagadnienia zainteresują ewentualnych jej czytelników i pozwolą przybliżyć dotąd nieznane lub znane tylko częściowo immunologiczne mechanizmy zarządzające uszkodzeniami urazowymi narządu ruchu oraz ich reakcjami odtwórczymi i obronnymi, a także wybranymi chorobami tkanki kostnej i chrzęstnej.
Edward Golec
Reakcje osteoimmunologiczne w uszkodzeniach urazowych oraz wybr anych chorobach układu kostno-stawowego
traktowana jest jako predykcyjny biomarker gojenia uszkodzeń tkanki kostnej, a zależność CD8+TEMRA/ CD4+TReg jako potencjalny biomarker prognozujący efektywność i charakter przebiegu tego procesu. W fazie gojenia uszkodzeń tkanki kostnej biorą udział nie tylko komórki zrębu szpiku kostnego (BMSC), lecz także komórki pregenitorowe wywodzące się z okostnej (PDS). Wykazują one zdolność do różnicowania się w kierunku linii chondrogennych, osteogennych i adipogennych, mających wpływ na przebieg między innymi angiogenezy. Z oczywistych przesłanek usunięcie (zniszczenie) okostnej zdecydowanie upośledza procesy zrostu kostnego, co w tym mechanizmie związane jest między innymi z aktywnością czynników wzrostu, w tym płytkowego czynnika wzrostu (PDGF). Istnieje w formie PGDF-AA, PDGF-BB, PGDF-CC oraz PGDF-DD. Uwalniany z płytek krwi i makrofagów w początkowej fazie zapalnej w miejscu złamania kości wykazuje wysoce mitogenny i chemotaktyczny charakter wzmagający angiogenezę. W jego działaniu pośredniczy receptor kinazy tyrozynowej PDGFRa i PDGFRb tworzący homo- i heterodimery. Za najbardziej uniwersalną przyjmuje się formę PDGF-BB, który może aktywować wszystkie trzy izoformy PDGFR. Odpowiedź na PDGF jest zależna od typu komórek, w tym okostnej. Ekspresja białka morfogenetycznego kości 2 (BMP-2) w komórki mezenchymalne jest warunkiem koniecznym do zainicjowania różnicowania chondro– i osteogennego, a tym samym do gojenia złamania kości, jednak PDGF w określonych warunkach może wywierać hamujący wpływ na indukcję BMP-2. Ważnym elementem procesu gojenia złamań kości jest pozakomórkowa matryca stanowiąca naturalne rusztowanie dla wszystkich przemian i interakcji komórkowych. W praktyce klinicznej (operacyjnej) używane są różne materiały osteokondukcyjne lub wzbogacone o czynniki osteogenne i osteoindukcyjne. Osteoindukcja to zjawisko pobudzenia niezróżnicowanych komórek tkanki łącznej do różnicowania się w osteoblasty, co jest przede wszystkim wynikiem aktywności białek morfogenetycznych kości, a na tej drodze zapoczątkowania odbudowy kości wspomaganej jej przeszczepami. Osteokondukcja to proces zmierzający do zapewnienia odpowiednich warunków do wrastania elementów kościotwórczych w naturalne łożysko kostne, stanowiąc tym samym rusztowanie dla odtwórczej osteogenezy. Zdolności osteokondukcyjne wykazują zarówno przeszczepy kostne, jak i organiczne oraz nieorganiczne materiały kościozastępcze. W celu osiągnięcia maksymalnego efektu osteogennego z układem kostnym są kojarzone różne związki i preparaty, w tym między innymi:
• przeszczepy kości allogenicznej i autogenicznej,
• demineralizowana macierz kostna,
• hydroksyapatyt,
• polilaktyd,
• kolagen,
• kwas poliglikolowy,
• szkło bioaktywne i wapniowe,
• uzupełnienia (wypełnienia) ceramiczne.
Niezależnie jednak od biotechnologicznej charakterystyki tych materiałów koniecznym warunkiem prawidłowej osteogenezy jest stabilne, skuteczne i trwałe zespolenie odłamów kostnych. Należy jednak pamiętać, że proces ten jest nieodłącznie związany z dodatkowymi (operacyjnymi) uszkodzeniami tkanki kostnej oraz szpiku kostnego, a tym samym reaktywnie wyzwalaną obronną odpowiedzią immunologiczną.
Uszkodzenia urazowe tkanki kostnej, w tym ich gojenie się, wiążą się również ze wzmożoną aktywnością komórek szpiku kostnego (BM). Już między 10. a 14. dniem prawidłowego gojenia się rany kostnej obserwowany jest wyraźny wzrost liczby leukocytów, monocytów i krwinek płytkowych. Taki wzrost nie ma miejsca w zaburzeniach zrostu kostnego (staw rzekomy). W zaburzeniach tych następuje zmniejszenie aktywności limfocytów przy wzroście poziomu CRP, ale w podobnym zakresie jak w gojeniu prawidłowym. Wzmożona aktywność CRP jest oczywiście wyznacznikiem toczącego się procesu zapalnego i immunologicznej odpowiedzi na uszkodzenie tkanki kostnej, a liczba retikulocytów jest wyrazem produkcji niedojrzałych krwinek czerwonych w szpiku kostnym i może być wykładnikiem jego biologicznej wydolności.
Zdaniem wielu autorów proces zapalny może hamować reaktywną odpowiedź szpiku kostnego, jednak w tych okolicznościach wzrost liczby retikulocytów zaprzecza tej tezie. Ale brak leukocytozy i trombocytozy może być spowodowany wynaczynieniem komórek szpiku kostnego do tkanek, które uległy uszkodzeniu. Tak więc brak leukocytozy i trobmocytozy w zaburzeniach zrostu kostnego w głównej mierze wynikają z reaktywnego procesu zapalnego przy wyraźnym wzroście aktywności CRP. Stan ten potwierdza również związek między występowaniem zaburzeń zrostu kostnego a zwiększoną aktywnością prozapalnych interleukin.
Stwierdzono, że zmniejszenie liczby neutrofili w mechanizmie powstania krwiaka w otoczeniu złamania kości i hamowanie anafilatoksyny C5a sprzyja prawidłowemu zrostowi kostnemu. Można zatem przyjąć, że zaburzenia zrostu kostnego, a zwłaszcza u chorych z uszkodzeniami wielonarządowymi, są powiązane z mniejszą liczbą i aktywnością komórek mieloidalnych.
b
Rycina 14.2. Osteokondukcyjne pobudzenie zrostu kostnego belką i przeszczepami kości allogenicznej złamania okołoprotezowego kości udowej lewej po realoplastyce rewizyjnej stawu kolanowego; a) rentgenogram w projekcji przednio-tylnej (a-p), b) rentgenogram w projekcji bocznej (l).
Na prawidłowo przebiegający zrost kostny oraz jego zaburzenia istotny wpływ ma przepływ naczyniowy. Dotyczy to nie tylko naczyń krwionośnych w obszarze końców rannych kości, lecz także naczyń śródkostnych, przykostnych i szpiku kostnego. Wtórne zaburzenia unaczynienia tych przestrzeni mogą być związane z nieprawidłowym nastawieniem odłamów kostnych (diastaza międzyodłamowa), nieskuteczną ich stabilizacją (zespolenie niestabilne), jatrogennymi uszkodzeniami operowanej kości i tkanek otaczających (brutalna technika operacyjna) lub z powikłaniami zatorowo-zakrzepowymi i infekcyjnymi. Są nimi również przesłanki ogólnoustrojowe, w tym choroby metaboliczne (cukrzyca), niedokrwistości nabyte i wrodzone, farmakologiczna charakterystyka przyjmowanych leków, nikotynizm i alkoholizm oraz uwarunkowania osobnicze. Taki stan w oczywistych relacjach skutkuje zaburzeniami zrostu kostnego.
Niewiele wiadomo o wpływie komórek układu odpornościowego na komórki tkanki chrzęstnej oraz osteocyty
występujące w macierzy tkanki kostnej, podobnie jak powiązania wrodzonej odpowiedzi odpornościowej z kością. Stwierdza się jednak, że zarówno osteoblasty, jak i osteocyty są zaopatrzone w receptory Toll-podobne (TLR), które należą do grupy receptorów rozpoznających wzorce molekularne (PPR). Wynikiem takiego stanu jest zdolność komórek układu kostnego do rozpoznawania cząsteczek będących molekularnymi wzorcami związanymi z określonymi patogenami (PAMP). Obecność receptorów TLR w osteoblastach pozwala przypuszczać, że różne patogeny mogą bezpośrednio modulować ich aktywność, a ekspresja cząsteczek RANKL w osteoblastach jest bezpośrednio stymulowana przez LPS.
W zaburzeniach zrostu kostnego postulowano między innymi obecność i wykorzystanie progenitorowych komórek macierzystych. Mogą one się wywodzić ze szpiku kostnego, tkanki tłuszczowej i krwi – mezenchymalne komórki macierzyste (MSC), hematopoetyczne komórki
to podstawowe cytokiny prozapal ,
