Viêm (inflammation) là một đáp ứng của các mô có mạch máu mà vận chuyển các tế bào bạch cầu và các phân tử của hệ thống đề kháng vật chủ từ hệ thống tuần hoàn đến các vị trí của nhiễm khuẩn và tổn thương tế bào để loại bỏ các tác nhân gây hại. Mặc dù theo cách nói thông thường của y học và người bình thường, viêm được cho là một phản ứng có hại nhưng nó thực sự là một đáp ứng bảo vệ mà cần thiết cho sự sống. Nó đóng vai trò trong việc giúp vật chủ loại bỏ cả nguyên nhân ban đầu của tổn thương tế bào (như các vi sinh vật, các chất độc) và các kết quả của tổn thương đó (như các tế bào và mô hoại tử). Các trung gian của sự đề kháng này bao gồm các bạch cầu thực bào, các kháng thể và các protein bổ thể. Hầu hết trong số các trung gian này thì tuần hoàn một cách bình thường trong máu, từ nơi mà chúng có thể được huy động một cách nhanh chóng đến bất cứ nơi nào trong cơ thể. Một số các tế bào liên quan đến các đáp ứng viêm cũng tồn tại trong các mô, nơi mà chúng thực hiện chức năng như là các tế bào “canh gác” (setinel cells) để đề phòng các mối đe dọa. Quá trình viêm vận chuyển các tế bào và các protein tuần hoàn đến các mô và hoạt hóa các tế bào được huy động và tế bào cư trú mô, cũng như là các phân tử hòa tan, các thành phần mà sau đó thực hiện chức năng để loại bỏ các chất có hại hoặc không cần đến. Nếu như không có quá trình viêm, các sự nhiễm khuẩn sẽ không được kiểm tra, các vết thương sẽ không bao giờ lành và các mô tổn thương sẽ có các vết loét mưng mủ vĩnh viễn. Hậu tố “-itis” sau một cơ quan giúp đề cập đến quá trình viêm ở cơ quan đó, như appendicitis (viêm ruột thừa), conjunctivitis (viêm kết mạc), hoặc meningitis (viêm màng não).
Phản ứng viêm điển hình phát triển thông qua một loạt các bước tuần tự (Hình 1):
- Sự nhận diện (recognition) các chất gây hại mà là các yếu tố kích thích khởi động quá trình viêm. Các tế bào liên quan đến quá trình viêm (các tế bào “canh gác” cư trú mô, các thực bào và các tế bào khác) được “trang bị” các thụ cảm thể (receptors) mà có thể nhận ra các sản phẩm của vi sinh vật và các chất được giải phóng từ các tế bào tổn thương. Các thụ cảm thể này được mô tả chi tiết sau nhé. Sự liên kết của các thụ cảm thể dẫn đến sự sản xuất các trung gian của quá trình viêm, chính là các thành phần mà khơi mào cho các bước kế tiếp trong đáp ứng viêm.
- Sự huy động (recruitment) các tế bào bạch cầu và các proteins huyết tương vào trong các mô. Bởi vì máu tưới đến mọi mô nên các tế bào bạch cầu và các proteins như bổ thể có thể được vận chuyển đến bất kì vị trí nào có sự xâm nhập của vi sinh vật hoặc tổn thương mô. Khi các vi sinh vật gây bệnh xâm nhập các mô hoặc các tế bào mô bị chết, các tế bào bạch cầu (đầu tiên chủ yếu là bạch cầu đa nhân trung tính [neutrophils], sau đó là các bạch cầu đơn nhân [monocytes] và các bạch cầu lympho [lymphocytes]), và các proteins huyết tương nhanh chóng được huy động từ hệ thống tuần hoàn đến vị trí ngoài mạch máu, nơi mà tác nhân gây hại nằm ở đó. Sự rời đi của các tế bào và các protein huyết tương khỏi máu cần các sự thay đổi phối hợp trong các mạch máu và sự bài tiết của các trung gian, sẽ được mô tả chi tiết sau nhé.
- Sự loại bỏ (removal) tác nhân kích thích quá trình viêm được thực hiện chủ yếu bởi các tế bào thực bào, là các tế bào tiêu hóa và phá hủy các vi sinh vật và các tế bào chết.
- Sự điều hòa (regulation) đáp ứng viêm thì có vai trò quan trọng đối với việc làm kết thúc phản ứng viêm khi mà nó đã hoàn thành mục đích của nó.
- Sự sửa chữa (repair) bao gồm một chuỗi các sự kiện mà làm lành mô bị tổn thương. Trong quá trình này, mô bị tổn thương được thay thế thông qua sự tái tạo của các tế bào đang còn sống và làm đầy các khiếm khuyết còn lại bởi mô liên kết (sẹo).
Trước khi bàn luận đến các cơ chế, các chức năng và bệnh lý học của đáp ứng viêm thì sẽ rất hữu ích khi chúng ta ôn lại một số đặc tính nền tảng của nó.
- Các thành phần của đáp ứng viêm. Các thành phần tham gia chính trong phản ứng viêm trong các mô là các mạch máu và các tế bào bạch cầu (xem Hình 1). Như sẽ được bàn đến chi tiết hơn sau, các mạch máu đáp ứng với các kích thích viêm bằng cách giãn và tăng tính thấm của chúng, tạo điều kiện cho các proteins tuần hoàn chọn lọc đi vào trong các vùng nhiễm khuẩn hoặc mô tổn thương. Ngoài ra, lớp nội mô lót các mạch máu cũng thay đổi, sao cho các tế bào bạch cầu đang tuần hoàn bám dính và sau đó di chuyển vào trong các mô. Các tế bào bạch cầu, một khi được huy động, thì được hoạt hóa và có khả năng tiêu hóa và phá hủy các vi sinh vật và các tế bào chết, cũng như là các thể lạ và các chất không cần thiết khác trong các mô.
- Các kết cục có hại của quá trình viêm. Các phản ứng viêm có tính bảo vệ đối với các nhiễm trùng thường được kèm theo bởi sự tổn thương mô cục bộ và các dấu hiệu và triệu chứng liên quan của nó (như đau và giảm chức năng). Tuy nhiên, thông thường, các kết cục có hại này thì tự giới hạn và được giải quyết khi viêm giảm bớt, để lại một ít hoặc không có tổn thương vĩnh viễn. Ngược lại, có nhiều bệnh mà trong đó phản ứng viêm được điều chỉnh sai (như chống lại các mô của chính cơ thể trong các bệnh tự miễn), xảy ra khi chống lại các chất trong môi trường mà bình thường không có hại (như trong dị ứng) hoặc không được kiểm soát một cách đầy đủ. Trong các trường hợp này, phản ứng viêm có tính bảo vệ bình thường lại trở thành nguyên nhân cho bệnh tật và tổn thương mà nó gây ra là đặc điểm nổi bật của bệnh tật. Trong y học lâm sàng, sự chú ý đặc biệt được dành đến các kết cục viêm gây tổn thương (Bảng 1). Các phản ứng viêm xảy ra dưới các tình trạng bệnh tật thường gặp như viêm khớp dạng thấp, xơ vữa động mạch và xơ phổi, cũng như là các phản ứng quá mẫn đe dọa tính mạng đối với các vết cắn của côn trùng, các thực phẩm, các thuốc và các chất độc. Vì lý do này, các hiệu thuốc có rất nhiều các thuốc chống viêm mà sẽ giúp kiểm soát các kết cục có hại của quá trình viêm mà không can thiệp vào các tác động có lợi của nó. Viêm cũng có thể đóng góp vào nhiều bệnh tật mà được cho là chủ yếu do chuyển hóa, thoái hóa hoặc di truyền, như đái tháo đường type 2, bệnh Alzheimer và ung thư. Để thừa nhận các kết cục có hại rộng rãi của viêm, báo chí thông thường đã gọi viêm với một cái tên khá là khoa trương, “kẻ giết người thầm lặng” (“the silent killer”).
- Viêm cục bộ và hệ thống. Nhiều trong số sự bàn luận về viêm này là tập trung vào đáp ứng viêm với một nhiễm khuẩn hoặc tổn thương mô cục bộ. Mặc dù ngay cả các phản ứng cục bộ có thể có các biểu hiện hệ thống (như sốt trong trường hợp viêm họng do virus hoặc vi khuẩn) nhưng viêm phần lớn được giới hạn ở vị trí nhiễm khuẩn hoặc tổn thương. Trong các trường hợp hiếm, như trong một số nhiễm khuẩn lan tỏa, phản ứng viêm là có tính hệ thống và gây ra các bất thường bệnh lý học lan tỏa. Phản ứng này được gọi là nhiễm trùng huyết (sepsis), là một dạng của hội chứng đáp ứng viêm hệ thống (systemic inflammatory response syndrome). Rối loạn nghiêm trọng này sẽ được nói đến trong các bài viết khác.
- Các trung gian điều hòa viêm. Các phản ứng viêm của mạch máu và tế bào được khơi mào bởi các yếu tố hòa tan mà được sản xuất bởi các tế bào khác nhau hoặc có nguồn gốc từ các protein huyết tương và được tạo ra hoặc được hoạt hóa trong đáp ứng với kích thích gây viêm. Các vi sinh vật, các tế bào hoại tử (bất kể nguyên nhân gây chết tế bào là gì) và thậm chí hạ oxy máu cũng có thể khỏi mào sự phát sinh của các trung gian gây viêm và vì thế kích thích viêm. Các trung gian như vậy giúp khởi động và làm khuếch trương đáp ứng viêm và giúp xác định kiểu, độ nặng, và các biểu hiện lâm sàng và bệnh lý học.
- Viêm cấp tính và mạn tính. Sự khác biệt giữa viêm cấp tính và mạn tính ban đầu là dựa trên thời gian của phản ứng nhưng bây giờ chúng ta biết rằng chúng khác nhau theo một số phương diện (Bảng 2). Viêm cấp tính là một đáp ứng nhanh, thường tự giới hạn, đối với các tác nhân gây hại mà dễ dàng bị loại bỏ, như nhiều vi khuẩn, nấm và các tế bào đã chết. Nó thường phát triển trong một vài phút hoặc một vài giờ và có thời gian tồn tại ngắn (vài giờ đến vài ngày). Nó được đặc trưng bởi sự tiết dịch và các protein huyết tương (phù) và sự di chuyển của các tế bào bạch cầu, chủ yếu là bạch cầu đa nhân trung tính. Nếu như tác nhân kích thích gây hại bị loại bỏ thì phản ứng sẽ ngưng và tổn thương còn lại sẽ được sửa chữa.
Viêm mạn tính có thể theo sau viêm cấp tính hoặc khởi phát mới. Nó là một đáp ứng với các tác nhân mà khó bị loại bỏ, như một số vi khuẩn (như trực khuẩn lao) và các bệnh nguyên khác (như các virus và nấm), cũng như là các tự kháng nguyên (self antigens) hoặc các kháng nguyên từ môi trường. Viêm mạn tính là một quá trình kéo dài hơn và liên quan nhiều hơn đến sự phá hủy mô và sự tạo sẹo (sự xơ hóa). Đôi khi, viêm mạn tính có thể cùng tồn tại với quá trình viêm cấp tính không được giải quyết, như xảy ra trong các vết loét đường tiêu hóa.
Các nét nổi bật về quá trình viêm trong lịch sử
Mặc dù các đặc điểm lâm sàng của viêm đã được mô tả trong một tờ giấy cói của người Ai Cập có niên đại khoảng 3000 năm trước công nguyên nhưng Celsus, một nhà văn La Mã sống ở thế kỷ thứ nhất sau công nguyên, đã lần đầu tiên liệt kê 4 triệu chứng chính của viêm: rubor (đỏ), tumor (sưng), calor (nóng) và dolor (đau). Các dấu hiệu này là các dấu hiệu của viêm cấp tính. Một dấu hiệu thứ năm, là sự mất chức năng (functio laesa), đã được thêm vào bởi Rudolf Virchow ở thế kỷ 19. Vào năm 1793, nhà phẫu thuật người Scotland, John Hunter, đã ghi nhận điều mà ngày nay được coi là sự thật hiển nhiên: viêm không phải là một bệnh mà là một đáp ứng rập khuôn mà có một tác động có lợi trên vật chủ của nó. Trong những năm 1800s, nhà sinh học người Nga, Elie Metchnikoff đã khám phá ra quá trình thực bào (phagocytosis) bằng cách quan sát sự tiêu hóa gai hoa hồng bởi các tế bào dạng amip của ấu trùng sao biển và sự tiêu hóa vi khuẩn bởi các bạch cầu của động vật có vú. Ông ấy kết luận rằng mục đích của viêm là đưa các tế bào bạch cầu đến vùng bị tổn thương để nuốt lấy các vi khuẩn xâm nhập. Khái niệm này đã bị châm biếm bởi George Bernard Shaw trong vở kịch “The Doctor’s Dilemma”, trong đó cách điều trị bệnh của một bác sĩ là “kích thích quá trình thực bào!”. Ngài Thomas Lewis, khi nghiên cứu đáp ứng viêm trong da, đã đưa ra khái niệm rằng các chất hóa học, như histamine (được tạo ra cục bộ trong đáp ứng với tổn thương), điều hòa các sự thay đổi mạch máu của quá trình viêm. Khái niệm cơ bản này là nền tảng cho các khám phá quan trọng về các trung gian hóa học của quá trình viêm và công dụng của các thuốc chống viêm trong y học lâm sàng.
Các nguyên nhân của viêm
Các phản ứng viêm có thể được khơi mào bởi nhiều loại kích thích:
- Các nhiễm khuẩn (infections) (vi khuẩn, virus, nấm, ký sinh trùng) và các chất độc của các vi sinh vật là nhiều trong số các nguyên nhân gây viêm thường gặp nhất và quan trọng nhất về mặt y khoa. Các tác nhân gây nhiễm khuẩn khác nhau sẽ kích thích các đáp ứng viêm khác nhau, từ viêm cấp tính nhẹ mà gây ra ít hoặc không có tổn thương kéo dài và loại bỏ được nhiễm khuẩn, cho đến các phản ứng hệ thống nặng mà có thể gây tử vong, cho đến các phản ứng viêm mạn tính kéo dài mà gây ra tổn thương mô rộng rãi. Các kết cục được xác định chủ yếu bởi loại bệnh nguyên, đáp ứng của vật chủ và, ở một mức độ nào đó, là bởi các đặc điểm khác mà chưa được xác định rõ của vật chủ.
- Hoại tử mô (tissue necrosis) kích thích viêm bất kể nguyên nhân của sự chết tế bào. Các tế bào có thể chết bởi vì thiếu máu (giảm lưu lượng máu, nguyên nhân của nhồi máu cơ tim), chấn thương, và tổn thương vật lý và hóa học (như tổn thương nhiệt, như các vết bỏng hoặc bỏng lạnh; chiếu xạ; tiếp xúc với một số chất hóa học của môi trường). Một số phân tử được giải phóng từ các tế bào hoại tử được biết là làm khởi phát viêm; một số trong đó sẽ được mô tả sau nhé.
- Các thể lạ (foreign bodies) (mảnh vụn [gỗ, đá,…], bụi, chỉ khâu) có thể kích thích viêm bởi chính chúng hoặc bởi vì chúng gây ra tổn thương mô do chấn thương hoặc mang các vi sinh vật. Thậm chí các chất nội sinh cũng có thể gây hại nếu như chúng tích tụ trong các mô; các chất như vậy bao gồm các tinh thể urate (trong gout), các tinh thể cholesterol (trong xơ vữa động mạch) và lipids (trong béo phì liên quan với hội chứng chuyển hóa).
- Các phản ứng miễn dịch (immune reactions) (còn gọi là quá mẫn [hypersensitivity]) là các phản ứng mà trong đó hệ thống miễn dịch bình thường có tính bảo vệ làm tổn thương chính mô của cơ thể. Các đáp ứng miễn dịch gây tổn thương có thể được điều khiển một cách không phù hợp để chống lại chính các kháng nguyên của cơ thể, gây ra các bệnh tự miễn, hoặc có thể là các phản ứng chống lại các chất từ môi trường, như trong các dị ứng, hoặc chống lại các vi sinh vật. Viêm là nguyên nhân chính của tổn thương mô trong các bệnh này (xem các bài viết sau). Bởi vì các kích thích đối với đáp ứng viêm (như, các kháng nguyên của cơ thể [các tự kháng nguyên] và các kháng nguyên môi trường) không thể được loại bỏ nên các phản ứng tự miễn và dị ứng có khuynh hướng dai dẳng và khó điều trị, thường liên quan với viêm mạn tính và là các nguyên nhân quan trọng của tỷ lệ bệnh tật và tử vong. Viêm được gây ra chủ yếu bởi các cytokines được sản xuất bởi các tế bào lympho T và các tế bào khác của hệ thống miễn dịch (xem các bài viết sau).
Sự nhận diện các vi sinh vật và các tế bào tổn thương
Sự nhận diện các thành phần của vi sinh vật hay các chất được giải phóng từ các tế bào tổn thương là bước đầu tiên trong các phản ứng viêm. Các tế bào và các thụ cảm thể mà thực hiện chức năng này đã tiến hóa để bảo vệ các sinh vật đa bào khỏi các vi sinh vật trong môi trường và các đáp ứng mà chúng khởi động là cần thiết cho sự sống của các sinh vật. Một số thụ cảm thể của tế bào và các protein tuần hoàn có khả năng nhận diện các vi sinh vật và các sản phẩm của tổn thương tế bào và khởi động quá trình viêm.
- Các thụ cảm thể tế bào đối với các vi sinh vật. Các tế bào biểu hiện các thụ cảm thể trong màng bào tương (đối với các vi sinh vật ngoại bào), thể nội bào (đối với các vi sinh vật đã được tiêu hóa) và bào tương (đối với các vi sinh vật nội bào) mà cho phép các tế bào cảm nhận được sự có mặt của các tác nhân xâm nhập ngoại lai trong bất cứ khoang tế bào nào. Được xác định rõ ràng nhất trong số các thụ cảm thể này là họ các thụ cảm thể Toll-like (Toll-like receptors – TLRs); các thụ cảm thể này và các thụ cảm thể tế bào khác của miễn dịch bẩm sinh được mô tả trong các bài viết sau nhé. Các thụ cảm thể được biểu hiện trên nhiều loại tế bào bao gồm các tế bào biểu mô (thông qua đó, các vi sinh vật đi vào từ môi trường ngoài), các tế bào tua (dendritic cells), các đại thực bào và các tế bào bạch cầu khác (có thể gặp các vi sinh vật trong các mô khác nhau). Sự liên kết của các thụ cảm thể này khơi mào cho sự sản xuất các phân tử liên quan đến viêm bao gồm các phân tử bám dính lên trên các tế bào nội mô, các cytokines và các trung gian khác.
- Các thụ cảm thể đối với tổn thương tế bào. Tất cả các tế bào đều có các thụ cảm thể bào tương, như các thụ cảm thể NOD-like (NOD-like receptors – NLRs) mà nhận diện được nhiều phân tử mà được giải phóng hoặc được thay đổi như là kết quả của sự tổn thương tế bào. Các phân tử này bao gồm uric acid (một sản phẩm của sự thoái hóa DNA), adenosine triphosphate (ATP) (giải phóng từ ty thể tổn thương), nồng độ K+ nội bào giảm (phản ánh sự mất các ion do tổn thương màng bào tương), thậm chí cả DNA khi nó được giải phóng vào trong bào tương và không được giữ lại trong nhân, nơi mà đáng lẽ bình thường nó phải được giữ lại, và nhiều phân tử khác. Các thụ cảm thể này hoạt hóa một phức hợp đa protein của bào tương được gọi là inflammasome (xem các bài viết tiếp theo nhé), mà thúc đẩy sự sản xuất của cytokine interleukin-1 (IL-1). IL-1 huy động các tế bào bạch cầu và vì thế thúc đẩy quá trình viêm (xem phần sau). Các đột biến “gain-of-function” (tạm dịch là các đột biến tăng chức năng) trong các gen mã hóa cho một số trong số các thụ cảm thể này là nguyên nhân của các bệnh lý hiếm gặp được xếp vào các hội chứng tự viêm (autoinflammatory syndromes) mà được đặc trưng bởi sự sản xuất IL-1 và viêm tự phát; các chất đối kháng IL-1 là các phương pháp điều trị hiệu quả đối với các rối loạn này. Inflammasome cũng được tác động trong các phản ứng viêm đối với các tinh thể urate (nguyên nhân của gout), lipids (trong hội chứng chuyển hóa và đái tháo đường type 2 liên quan với béo phì), các tinh thể cholesterol (trong xơ vữa động mạch) và thậm chí là các sự tích tụ amyloid trong não (trong bệnh Alzheimer). Các rối loạn này sẽ được nói đến sau trong loạt bài viết này và các loạt bài viết khác nhé.
- Các thụ cảm thể tế bào khác liên quan đến viêm. Ngoài cách nhận diện trực tiếp các vi sinh vật, nhiều tế bào bạch cầu biểu hiện các thụ cảm thể đối với các đuôi Fc của các kháng thể và đối với các proteins bổ thể. Các thụ cảm thể này nhận diện các vi sinh vật được phủ lấy bởi kháng thể và bổ thể (quá trình phủ [coating process] được gọi là sự opsonin hóa [opsonization]) và tăng cường sự tiêu hóa và sự phá hủy các vi sinh vật cũng như là quá trình viêm.
- Các proteins tuần hoàn. Hệ thống bổ thể (complement system) phản ứng lại các vi sinh vật và tạo ra các trung gian của quá trình viêm (được nói đến sau). Một protein tuần hoàn được gọi là lectin liên kết với mannose (mannose-binding lectin) nhận diện các đường của vi sinh vật và tăng cường sự tiêu hóa các vi sinh vật và sự hoạt hóa của hệ thống bổ thể. Các protein khác được gọi là các collectins cũng liên kết và chống lại các vi sinh vật.
Các khái niệm quan trọng
Các đặc điểm chung và nguyên nhân của viêm
- Viêm là một đáp ứng có lợi của vật chủ đối với các yếu tố xâm nhập ngoại lại và mô hoại tử, nhưng nó cũng có thể gây ra tổn thương mô.
- Các thành phần chính của quá trình viêm là một phản ứng của mạch máu và một đáp ứng của tế bào, cả hai đều được hoạt hóa bởi các trung gian mà có nguồn gốc từ các protein huyết tương và các tế bào khác nhau.
- Các bước của đáp ứng viêm có thể được nhớ dưới dạng 5 chữ cái “R”: (1) recognition of injurious agents (sự nhận diện các tác nhân gây tổn thương), (2) recruitment of leukocytes (sự huy động của các tế bào bạch cầu), (3) removal of the agent (sự loại bỏ tác nhân), (4) regulation (control) of the response (sự điều hòa [kiểm soát] đáp ứng) và (5) repair (resolution) (sự sửa chữa [sự giải quyết viêm]).
- Viêm cấp tính và mạn tính khác nhau trong các động lực học của phản ứng, các tế bào chính liên quan và mức độ tổn thương. Kết quả của viêm cấp tính là sự loại bỏ của tác nhân có hại được theo sau bởi sự suy giảm của phản ứng và sự sửa chữa các mô tổn thương hoặc tổn thương dai dẳng gây ra viêm mạn tính.
- Các nguyên nhân của viêm bao gồm nhiễm khuẩn, hoại tử mô, các thể ngoại lại, chấn thương và các đáp ứng miễn dịch.
- Các tế bào biểu mô, các đại thực bào mô và các tế bào tua, các tế bào bạch cầu và các loại tế bào khác biểu hiện các thụ cảm thể mà cảm nhận được sự có mặt của các vi sinh vật và các chất được giải phóng từ các tế bào tổn thương. Các proteins tuần hoàn nhận diện được các vi sinh vật mà đi vào trong máu.
Cảm ơn các bạn đã theo dõi bài viết. Hẹn gặp lại các bạn trong các bài viết tiếp theo nhé !!!
