7. Komórki i stan zapalny

Stan zapalny często kojarzymy z chorobą. Tymczasem sam w sobie nie jest chorobą ani wrogiem organizmu.

Jest jednym z podstawowych mechanizmów obronnych, dzięki którym organizm potrafi rozpoznać zagrożenie, uruchomić odpowiedź odpornościową, ograniczyć uszkodzenie i rozpocząć proces naprawy.

Bez stanu zapalnego nie moglibyśmy prawidłowo reagować na infekcje, urazy ani uszkodzenia tkanek.

Najpierw musi pojawić się alarm

Kiedy dochodzi do uszkodzenia komórek albo pojawia się czynnik rozpoznawany jako zagrożenie, układ odpornościowy otrzymuje sygnał.

Uruchamiane są lokalne mediatory zapalne. Zmienia się przepływ krwi, zwiększa się przepuszczalność naczyń, a komórki układu odpornościowego są kierowane do miejsca, w którym potrzebna jest reakcja.

Pojawiają się m.in. cytokiny i chemokiny – cząsteczki umożliwiające komórkom komunikowanie się i koordynowanie odpowiedzi.

To biologiczny system alarmowy.

Jego zadaniem nie jest utrzymywanie organizmu w stanie alarmu. Jego zadaniem jest rozwiązanie problemu.

Stan zapalny ma swój początek – i powinien mieć zakończenie

Prawidłowa reakcja zapalna przebiega w kilku etapach:

zagrożenie lub uszkodzenie → rozpoznanie → reakcja zapalna → usunięcie problemu → naprawa → wygaszenie reakcji

Ten ostatni etap jest niezwykle ważny.

Wygaszanie stanu zapalnego nie jest po prostu biernym „wyłączeniem” układu odpornościowego. Organizm uruchamia aktywne procesy prowadzące do zakończenia odpowiedzi zapalnej i odbudowy równowagi w tkance.

Dopiero wtedy system może wrócić w kierunku homeostazy.

Ostry stan zapalny jest częścią rozwiązania

Dobrym przykładem jest niewielkie skaleczenie.

Miejsce może stać się czerwone, cieplejsze, obrzęknięte i bolesne. To widoczne konsekwencje uruchomienia mechanizmów obronnych i naprawczych.

Po wykonaniu zadania reakcja stopniowo wygasa.

Podobnie dzieje się w wielu innych sytuacjach.

Problemem nie jest więc samo uruchomienie stanu zapalnego. Problemem może stać się jego przewlekłe podtrzymywanie.

Co się dzieje, kiedy alarm trwa zbyt długo?

W przewlekłym stanie zapalnym sytuacja jest inna.

Nie musi występować jeden silny czynnik powodujący gwałtowną reakcję. Zamiast tego organizm może być przez długi czas wystawiony na wiele słabszych, powtarzających się sygnałów.

Mogą one pochodzić m.in. z dysfunkcyjnej tkanki tłuszczowej, zaburzeń metabolicznych, uszkodzonych komórek, stresu oksydacyjnego czy zaburzeń bariery jelitowej.

Wtedy odpowiedź odpornościowa może utrzymywać się na stosunkowo niskim poziomie przez miesiące lub lata.

To właśnie określamy jako przewlekły stan zapalny o niskim nasileniu.

I tutaj wracamy do Teorii Spokojnego Mózgu

Zobacz, jak zaczynają łączyć się wcześniejsze ogniwa.

Mikrobiota może wpływać na sygnały docierające z jelita.

Przez żyłę wrotną część tych sygnałów trafia do wątroby.

Wątroba uczestniczy w przetwarzaniu składników i regulacji środowiska metabolicznego.

Zaburzony metabolizm może zmieniać funkcjonowanie tkanki tłuszczowej i innych narządów.

A wszystkie te procesy mogą wpływać na środowisko zapalne, w którym funkcjonują komórki.

Dlatego nie szukamy jednego „winowajcy”.

Patrzymy na cały system.

Homeostaza nie oznacza braku reakcji. Oznacza zdolność organizmu do uruchomienia właściwej reakcji wtedy, gdy jest potrzebna – i jej wygaszenia, kiedy zadanie zostało wykonane.

W poprzednim module pokazaliśmy, że przewlekły stan zapalny nie musi wynikać z jednego wielkiego zagrożenia. Może być podtrzymywany przez wiele słabszych sygnałów pochodzących z metabolizmu, tkanki tłuszczowej, jelit, uszkodzonych komórek czy codziennego środowiska życia.

Teraz schodzimy poziom niżej.

Co dzieje się z pojedynczą komórką, kiedy przez długi czas funkcjonuje w takim środowisku?

Komórka nie jest odizolowaną wyspą. Nieustannie odbiera informacje z otoczenia: hormony, składniki odżywcze, cytokiny, czynniki wzrostu i inne cząsteczki sygnałowe.

To właśnie na podstawie tych informacji decyduje, jak gospodarować energią, które geny aktywować, kiedy się dzielić, kiedy rozpocząć naprawę i jak reagować na insulinę.

Jeżeli środowisko się zmienia, zmienia się również sposób funkcjonowania komórki.

Błona komórkowa – pierwsza granica komunikacji

Błona komórkowa nie jest zwykłym opakowaniem.

Tworzą ją przede wszystkim lipidy i białka. Znajdują się w niej receptory, transportery i kanały, dzięki którym komórka rozpoznaje sygnały pochodzące z zewnątrz i transportuje określone substancje.

Jej skład lipidowy oraz organizacja wpływają na właściwości fizyczne błony i funkcjonowanie znajdujących się w niej białek.

Dlatego środowisko lipidowe komórki jest jednym z elementów prawidłowej komunikacji pomiędzy jej wnętrzem a otoczeniem.

Sygnał z zewnątrz zmienia zachowanie wewnątrz komórki

Kiedy cytokina, hormon lub inna cząsteczka dociera do receptora, rozpoczyna się sygnalizacja wewnątrzkomórkowa.

Można ją porównać do przekazywania informacji przez kolejne piętra systemu.

Sygnał z powierzchni komórki może ostatecznie wpływać na aktywność enzymów, metabolizm, ekspresję genów, produkcję kolejnych mediatorów oraz procesy naprawcze.

W krótkotrwałej reakcji zapalnej jest to potrzebne.

Jeżeli jednak sygnały zapalne utrzymują się długo, niektóre szlaki mogą pozostawać przewlekle aktywowane.

Komórka coraz dłużej funkcjonuje w warunkach biologicznego alarmu.

Stan zapalny i insulina spotykają się wewnątrz komórki

To szczególnie ważne po tym, czego nauczyliśmy się w ogniwie Metabolizm.

Insulina również przekazuje komórce informację poprzez receptor i całą kaskadę sygnałową.

Przewlekła aktywacja określonych szlaków zapalnych może zakłócać elementy sygnalizacji insulinowej.

W efekcie część komórek może słabiej odpowiadać na insulinę.

Widzimy więc kolejne połączenie:

metabolizm może wpływać na stan zapalny, a środowisko zapalne może wpływać na metabolizm.

To nie są dwa oddzielne systemy.

Mitochondria znajdują się w samym środku tej historii

Każda aktywna komórka potrzebuje energii.

Jednym z jej najważniejszych źródeł są mitochondria, w których energia zawarta w składnikach odżywczych jest przekształcana w formę użyteczną dla komórki – przede wszystkim ATP.

Mitochondria uczestniczą jednak w czymś więcej niż tylko wytwarzaniu ATP. Biorą udział w regulacji metabolizmu, sygnalizacji komórkowej, równowadze redoks i odpowiedzi na stres.

Jednocześnie same mogą być podatne na skutki długotrwałego stresu metabolicznego i oksydacyjnego.

Jeżeli ich funkcjonowanie zostaje zaburzone, może zmieniać się zarówno gospodarka energetyczna komórki, jak i sygnały przekazywane do pozostałych jej struktur.

Energia, metabolizm, stres oksydacyjny i stan zapalny zaczynają spotykać się w jednym miejscu.

I właśnie dlatego mitochondriom poświęcimy całe następne ogniwo Teorii Spokojnego Mózgu.

Stres oksydacyjny – gdy równowaga redoks zostaje przesunięta

Reaktywne formy tlenu nie są z definicji czymś złym. W odpowiednich ilościach uczestniczą w normalnej sygnalizacji komórkowej.

Organizm posiada jednocześnie rozbudowane systemy antyoksydacyjne utrzymujące ich działanie pod kontrolą.

Problem pojawia się, gdy powstawanie reaktywnych cząsteczek zaczyna przewyższać możliwości ich neutralizacji i naprawy powstających uszkodzeń.

Wtedy może dochodzić do uszkodzeń lipidów, białek i DNA.

Uszkodzone struktury mogą z kolei stać się następnym źródłem sygnałów alarmowych.

Powstaje kolejne potencjalne błędne koło:

stan zapalny → stres oksydacyjny i uszkodzenia → kolejne sygnały zagrożenia → dalsze podtrzymywanie odpowiedzi zapalnej.

Jedna komórka to jeszcze nie organizm. Ale organizm składa się z komórek.

Pojedyncza komórka ma ogromne możliwości adaptacji.

Problem pojawia się wtedy, gdy podobne warunki dotyczą przez długi czas milionów komórek tworzących tkanki i narządy.

Jeżeli zmienia się ich metabolizm, komunikacja, odpowiedź hormonalna, gospodarka energetyczna i zdolność do regeneracji, konsekwencje przestają być lokalne.

Zmienia się funkcjonowanie tkanki.

A następnie narządu.

A ponieważ narządy komunikują się ze sobą poprzez układ hormonalny, odpornościowy, nerwowy i krążenie – zmiana może stać się częścią problemu całego organizmu.

I tutaj zaczynamy widzieć Spokojny Mózg

Mózg również składa się z komórek i również funkcjonuje w środowisku tworzonym przez cały organizm.

Nie twierdzimy więc, że każda zmiana metaboliczna czy każdy mediator zapalny automatycznie powoduje określone zaburzenie pracy mózgu.

Pokazujemy coś bardziej podstawowego:

kondycja mózgu nie jest całkowicie niezależna od kondycji metabolicznej, immunologicznej i energetycznej organizmu.

Dlatego nasza droga prowadziła:

mikrobiota → żyła wrotna → wątroba → metabolizm → stan zapalny → komórka.

A teraz prowadzi jeszcze głębiej.

Do mitochondrium.

Komórka nie funkcjonuje w próżni. Jej zachowanie jest odpowiedzią na środowisko, które tworzy cały organizm. Dlatego droga do homeostazy nie polega wyłącznie na „wyciszaniu” reakcji zapalnej – polega również na zmianie warunków, które tę reakcję nieustannie podtrzymują.