Механизмы таксиса

На стороне лейкоцита, обращенной к региону наибольшей концентрации хемотаксинов (хемоаттрактантов) происходит скопление хеморецепторов (их кэппинг). Этот полюс («голова») лейкоцита становится ведущим, а хвостовой — ведомым. В последующем просходит изменение коллоидного состояния цитозоля лейкоцита: переход из состояния геля в состояние золя.

На обращенной в сторону очага воспаления области мигрирующего лейкоцита («головной» полюс) снижается поверхностное натяжение, что стимулирует перемещение цитозоля лейкоцита именно в головной конец. Это происходит под действие ряда агентов, накапливающихся при воспалении. Поверхностное натяжение снижается под влиянием ВЖК, катионных белков и внеклеточных катионов. Сокращение актиновых микрофиламентов хвостового полюса и перестройка других структур цитоскелета лейкоцитов способствует проталкиванию цитозоля к головному концу лейкоцита и движение его в очаг воспаления. Движению лейкоцита в очаг воспаления способствует также ток жидкой части крови из просвета микрососудов через их стенки в интерстиций (по градиенту фильтрационного, осмотического и онкотического давления).

Значение эмиграции лейкоцитов

Значение эмиграции лейкоцитов в очаг воспаления представлено на рисунке 6-21.

Ы верстка! вставить рисунок «рис-6-21» Ы

Рис. 6-21. Значение эмиграции лейкоцитов в очаг воспаления.

Позднее значительная часть лейкоцитов, мигрировавших в очаг воспаления, подвергается дистрофическим изменениям и превращается в «гнойные тельца» или подвергается апоптозу. Часть лейкоцитов, выполнив свои функции, возвращается в сосудистое русло и циркулирует в крови.

Фагоцитоз

Согласно представлениям И.И. Мечникова (1882), ключевым звеном механизма воспаления является именно фагоцитоз.

Фагоцитоз осуществляют специальные клетки — фагоциты (преимущественно макрофаги и нейтрофилы). В ходе фагоцитоза образуются большие эндоцитозные пузырьки — фагосомы. Фагосомы сливаются с лизосомами и формируют фаголизосомы. Фагоцитоз индуцируют сигналы, воздействующие на рецепторы в плазмолемме фагоцитов (например, АТ, опсонизирующие фагоцитируемую частицу).

Фагоциты

Термин «фагоцит» предложил И.И. Мечников. В настоящее время принято различать 2 основных класса фагоцитирующих клеток: микрофаги и макрофаги.

К микрофагам отнесены полиморфноядерные гранулоциты: нейтрофилы (в наибольшей мере), эозино- и базофилы (существенно меньше). Их называют микрофагами, поскольку диаметр гранулоцитов сравнительно мал (6–8 мкм).

Макрофагами (диаметр клеток достигает 20 мкм), или мононуклеарными фагоцитами называют моноциты крови и происходящие из них тканевые макрофаги. Все клетки моноцитарного генеза (например, клетки фон Купффера печени, остеокласты, клетки микроглии, альвеолярные макрофаги, перитонеальные макрофаги и т.д.) рассматривают как систему мононуклеарных фагоцитов (ранее эти фагоцитирующие клетки обозначали термином «ретикуло-эндотелиальная система»). Астроциты и клетки микроглии мозга также могут быть отнесены к фагоцитам, т.к. они экспрессируют АГ MHC II и могут фагоцитировать.

Объекты фагоцитоза

Объектами фагоцитоза для микрофагов являются микроорганизмы и инородные неживые частицы, а для макрофагов —поврежденные, погибшие и разрушенные клетки (чужеродные и собственного организма), а также инородные неживые частицы.

Применительно к процессу фагоцитоза применяют следующие уточняющие характеристики.

· Собственно фагоцитоз— поглощение клеток, их фрагментов и их внутриклеточное переваривание.

· Незавершенный фагоцитоз (см. ниже).

· Иммунный (специфический) фагоцитоз и опсонизация (см. далее).

· Неспецифический фагоцитоз характерен, например, для альвеолярных макрофагов, захватывающих пылевые частицы различной природы, сажу и т.п.

· Ультрафагоцитоз— захватывание фагоцитом мелких корпускулярных частиц (пыли, попадающей с воздухом в легкие или инородных частиц в тканях).

Стадии фагоцитоза

В процессе фагоцитоза условно выделяют несколько основных стадий.

· Сближение фагоцита с объектом фагоцитоза.

· Распознавание фагоцитом объекта поглощения и адгезия к нему.

· Поглощение объекта фагоцитом с образованием фаголизосомы.

· Разрушение объекта фагоцитоза.

Сближение фагоцита с объектом фагоцитоза

Первая стадия фагоцитоза — сближение фагоцита с объектом фагоцитоза рассмотрена выше в разделе «Направленная миграции лейкоцитов».

Распознавание объекта фагоцитоза

Этапы распознавания фагоцитом объекта поглощения и «приклеивания» к нему перечислены на рисунке 6-22.

Ы верстка! вставить рисунок «рис-6-22» Ы

Рис. 6-22. Стадия распознавания и «приклеивания» лейкоцита к объекту фагоцитоза.

Большинство объектов идентифицируется с помощью рецепторов на поверхности лейкоцитов. К таким объектам относят микроорганизмы, грибы, паразиты, собственные поврежденные или опухолевые, или вируссодержащие клетки, а также фрагменты клеток.

Опсонизация (иммунный фагоцитоз) — связывание АТ с клеточной стенкой микроорганизма с последующим эффективным поглощением образовавшегося комплекса фагоцитом при взаимодействии Fc-фрагмента АТ с соответствующим Fc-рецептором (FcR) на мембране фагоцита. Наиболее активные опсонины: Fc-фрагмент IgG, IgM, факторы комплемента C3bi, лектины. Бактерия, покрытая молекулами IgG, эффективно фагоцитируется макрофагом или нейтрофилом. Fab-фрагменты IgG связываются с антигенными детерминантами на поверхности бактерии, после чего те же молекулы IgG своими Fc-фрагментами взаимодействуют с рецепторами Fc-фрагментов, расположенными в плазматической мембране фагоцита, и активируют фагоцитоз. Большая молекула IgM легко активирует комплемент и служит опсонином при фагоцитозе. Многие АТ к грамотрицательным бактериям являются IgM. Адгезия фагоцита к объекту фагоцитоза реализуется с участием рецепторов лейкоцита FсgR (при наличии у объекта соответствующего лиганда) и молекул адгезии (при отсутствии лиганда, например, у неклеточных частиц).

При фагоцитозе в зернистых лейкоцитах происходит активация реакций метаболизма — «метаболический взрыв», что обеспечивает ряд важных событий: экспрессию гликопротеинов HLA и молекул адгезии, респираторный взрыв, а также дегрануляцию лейкоцитов. К наиболее значимым метаболическим изменениям относят активацию реакций пентозофосфатного шунта, усиление гликолиза, потенцирование гликогенолиза, накопление восстановленного НАДФ.

Дегрануляция нейтрофилов, эозинофилов и базофилов сопровождается высвобождением в интерстициальную жидкость медиаторов воспаления (например, ИЛ1 и ИЛ6, ФНО, лейкотриенов) и активных форм кислорода, образовавшихся при респираторном взрыве.

Поглощение объекта и образование фаголизосомы

Фагоцитируемый материал погружается в клетку в составе фагосомы — пузырька, образованного плазматической мембраной. К фагосоме приближаются лизосомы и выстраиваются по ее периметру. Затем мембраны фагосомы и лизосом сливаются и образуется фаголизосома. В образовании фаголизосомы принимают участие и специфические гранулы нейтрофильного лейкоцита — видоизмененные лизосомы, а для самого процесса слияния необходимы микрофиламенты цитоскелета, Ca²⁺, протеинкиназа C.

Погружение объекта фагоцитоза в лейкоцит сопровождается секрецией медиаторов воспаления и других компонентов специфических гранул лейкоцита. При дегрануляции все эти факторы поступают в воспалительный экссудат, где оказывают бактериолитическое и цитолитическое действие.

Внутриклеточное «переваривание»

Разрушение объекта фагоцитоза — внутриклеточное «переваривание» — реализуется в результате активации 2 сложных механизмов: кислородзависимой (респираторный взрыв) и кислороднезависимой цитотоксичности фагоцитов.

Кислороднезависимые механизмы активируются в результате контакта опсонизированного объекта с мембраной фагоцита. В процессе фагосомо-лизосомального слияния первыми с мембраной фагосомы сливаются гранулы, содержащие лактоферрин и лизоцим, затем к ним присоединяются азурофильные гранулы, содержащие катионные белки (например, САР57, САР37), протеиназы (например, эластаза и коллагеназа), катепсин G, дефензины и др. Эти химические соединения вызывают повреждение клеточной стенки и нарушение некоторых метаболических процессов; в большей степени их активность направлена против грамположительных бактерий.

Кислородзависимая цитотоксичность фагоцитов играет ведущую роль в деструкции объекта фагоцитоза. Цитотоксичность сопряжена со значительным повышением интенсивности метаболизма с участием кислорода. Этот процесс получил название метаболического (дыхательного, респираторного, кислородного) взрыва. При этом потребление кислорода фагоцитом может увеличиться в течение нескольких секунд во много раз. В результате дыхательного взрыва образуются цитотоксичные метаболиты кислорода (т.н. активные формы кислорода), свободные радикалы и перекисные продукты органических и неорганических соединений.

К этому времени в цитоплазме фагоцита накапливается большое количество восстановленного НАДФ. НАДФ-оксидаза (флавопротеинцитохромредуктаза) плазматической мембраны и цитохром b в присутствии хинонов трансформируют О₂ в анион супероксида (О₂^–), проявляющий выраженное повреждающее действие.

В последующих реакциях O₂^– может трансформироваться в другие активные формы: синглетный кислород (¹O₂), гидроксильный радикал (OH^–), пероксид водорода (Н₂О₂). Последний процесс катализирует СОД.

Пероксид водорода (Н₂О₂) проявляет меньший, чем О₂^– повреждающий эффект, но в присутствии миелопероксидазы конвертирует ионы Сl^– в ионы HClO^–, обладающие бактерицидным действием, во многом аналогичным эффекту хлорной извести (NaClO).

Образующиеся активные радикалы обусловливают повреждение и деструкцию белков и липидов мембран, нуклеиновых кислот и других химических соединений объекта фагоцитоза. При этом сам фагоцит защищен от действия указанных выше агентов, поскольку в его цитоплазме имеются комплексы защитных неферментных факторов (глутатион, витамины E и C) и ферментов (СОД, устраняющая супероксидный анион, глутатионпероксидаза и каталаза, инактивирующие Н₂О₂).

Поврежденный кислородзависимыми и независимыми механизмами объект фагоцитоза подвергается деструкции с участием лизосомальных ферментов. Образовавшиеся продукты какое-то время хранятся в остаточных тельцах и могут утилизироваться клеткой или выводиться из нее путем экзоцитоза.

Незавершенный фагоцитоз

Поглощенные фагоцитами бактерии обычно погибают и разрушаются. Однако некоторые микроорганизмы, снабженные капсулами или плотными гидрофобными клеточными стенками, захваченные фагоцитом, могут быть устойчивы к действию лизосомальных ферментов или способны блокировать слияние фагосом и лизосом. В силу этого обстоятельства они на длительное время остаются в фагоцитах в жизнеспособном состоянии. Такая разновидность фагоцитоза получила название незавершенного. Существует множество причин незавершенного фагоцитоза, основные из них перечислены на рисунке 6-23.

Ы верстка! вставить рисунок «рис-6-23» Ы

Рис. 6-23. Основные причины незавершенного фагоцитоза.

Многие факультативные и облигатные внутриклеточные паразиты не только сохраняют жизнеспособность внутри клеток, но и способны размножаться. Персистирование патогенов опосредуют 3 основных механизма:

Ú блокада фагосомо-лизосомального слияния. Этот феномен обнаружен у вирусов (например, у вируса гриппа), бактерий (например, у микобактерий) и простейших (например, у токсоплазм);

Ú резистентность к лизосомальным ферментам (например, гонококки и стафилококки);

Ú способность патогенных микроорганизмов быстро покидать фагосомы после поглощения и длительно пребывать в цитоплазме (например, риккетсии).

Фагоцитоз и иммунные реакции

Фагоцитоз сопряжен с процессом передачи информации об АГ лимфоцитам. Это происходит тогда, когда объект фагоцитоза — носитель чужеродной антигенной информации (клетки, микроорганизмы, опухолевые и вируссодержащие клетки, белковые неклеточные структуры и др.). В этом случае АГ после его модификации в фагоците (процессинг) экспрессируется на поверхности клетки. Такой АГ значительно более иммуногенен, чем интактный АГ. Фагоцитирующие клетки, осуществляющие процессинг, называют антигенпредставляющие клетки. При этом фагоцит представляет (презентирует) клеткам иммунной системы двоякую информацию: о чужеродном АГ и о собственных АГ, кодируемых генами HLA и необходимых для сравнения их с чужими АГ.

Фагоциты также продуцируют и выделяют в межклеточную жидкость ряд БАВ, регулирующих развитие либо иммунитета, либо аллергии, либо состояния толерантности. Таким образом, воспаление непосредственно связано с формированием иммунитета или иммунопатологических реакций в организме.

Пролиферация

Пролиферация — компонент воспалительного процесса и завершающая его стадия, характеризуется увеличением числа стромальных и, как правило, паренхиматозных клеток, а также образованием межклеточного вещества в очаге воспаления. Эти процессы направлены на регенерацию альтерированных и/или замещение разрушенных тканевых элементов. Существенное значение на этой стадии воспаления имеют различные БАВ, в особенности стимулирующие пролиферацию клеток (митогены).

Пролиферативные процессы при остром воспалении начинаются вскоре после воздействия флогогенного фактора на ткань и более выражены по периферии зоны воспаления. Одно из условий оптимального течения пролифрации — затухание процессов альтерации и экссудации.

Формы и степень пролиферации органоспецифических клеток различны и определяются характером клеточных популяций (см. статью «Популяция клеток» в приложении «Справочник терминов» на компакт-диске).

У части органов и тканей (например, печени, кожи, ЖКТ, дыхательных путей) клетки обладают высокой пролиферативной способностью, достаточной для ликвидации дефекта структур в очаге воспаления.

У других органов и тканей эта способность весьма ограничена (например, у тканей сухожилий, хрящей, связок, почек и др.).

У ряда органов и тканей паренхиматозные клетки практически не обладают пролиферативной активностью (например, миоциты сердечной мышц, нейроны). В связи с этим при завершении воспалительного процесса в тканях миокарда и нервной системы на месте очага воспаления пролиферируют клетки стромы, в основном фибробласты, которые образуют и неклеточные структуры. В результате этого формируется соединительнотканный рубец. Вместе с тем известно, что паренхиматозные клетки указанных тканей обладают высокой способностью к гипертрофии и гиперплазии субклеточных структур.

Активация пролиферативных процессов коррелирует с образованием БАВ и других факторов, обладающих антивоспалительным эффектом (своеобразных противовоспалительных медиаторов). К числу наиболее действенных среди них относят:

Ú ингибиторы гидролаз, в частности протеаз (например, антитрипсин), микроглобулина, плазмина или факторов комплемента;

Ú антиоксиданты (например, церулоплазмин, гаптоглобин, пероксидазы, СОД);

Ú полиамины (например, путресцин, спермин, кадаверин);

Ú глюкокортикоиды;

Ú гепарин (подавляющий адгезию и агрегацию лейкоцитов, активность кининов, биогенных аминов, факторов комплемента).

Замещение погибших и поврежденных при воспалении тканевых элементов отмечается после деструкции и элиминации их (этот процесс получил название раневого очищения).

Регуляция процесса пролиферации

Реакции пролиферации как стромальных, так и паренхиматозных клеток регулируется различными факторами. К числу наиболее значимых среди них относят:

Ú многие медиаторы воспаления(например, лейкотриены, кинины, биогенные амины, стимулирующие деление клеток);

Ú специфические продукты метаболизма лейкоцитов(например, монокины, лимфокины, ИЛ, факторы роста), а также тромбоцитов, способные активировать пролиферацию клеток;

Ú низкомолекулярные пептиды, высвобождающиеся при деструкции тканей, полиамины (путресцин, спермидин, спермин), а также продукты распада нуклеиновых кислот, активирующие размножение клеток;

Ú гормоны (СТГ, инсулин, T₄, глюкокортикоиды, глюкагон), многие из них способные как активировать, так и подавлять пролиферацию в зависимости от их концентрации, активности, синергических и антагонистических взаимодействий; например, глюкокортикоиды в низких дозах тормозят, а минералокортикоиды — активируют реакции регенерации.

На процессы пролиферации оказывает влияние и ряд других факторов,например, ферменты (коллагеназа, гиалуронидаза), ионы, нейромедиаторы и другие.

Исходы острого воспаления

При благоприятном течении воспаления в очаге воспаления наблюдается, как правило, полная регенерация ткани — восполнение ее погибших и восстановление обратимо поврежденных структурных элементов.

При значительном разрушении участка ткани или органа на месте дефекта паренхиматозных клеток образуется вначале грануляционная ткань, а по мере ее созревания — рубец, т.е. наблюдается неполная регенерация.

Острое и хроническое воспаление

Со времен Галена выделяют острое и хроническое воспаление (рис. 6-24).

Ы верстка! вставить рисунок «рис-6-24» Ы

Рис. 6-24. Виды воспаления.

Острое воспаление

Острое воспаление характеризуется: интенсивным течением и завершением воспаления обычно в течение 1–2 нед (в зависимости от поврежденного органа или ткани, степени и масштаба их альтерации, реактивности организма и др.); иумеренно выраженной альтерациейи деструкцией тканей, экссудативных и пролиферативных изменений в очаге повреждения при нормергическом характере воспаления. При гиперергическом течении в очаге воспаления доминируют альтерация и разрушение тканей.

Настоящая глава посвящена, в основном, характеристике «классического» — острого течения воспаления. Хроническое воспаление — вариант его неадекватного протекания.

Хроническое воспаление

Хроническое воспаление может быть первичным и вторичным. Если воспаление после острого периода приобретает затяжной характер, то его обозначают как «вторично хроническое». Если воспаление изначально имеет персистирующее — вялое и длительное течение, его называют «первично хроническим».

Учитывая, что в очаге хронического воспаления находят большое количество мононуклеарных фагоцитов и лимфоцитов, хроническое воспаление (в т.ч. специфические его формы при ряде ИБ) обозначают как мононуклеарно-инфильтративное.

Проявления хронического воспаления

Для хронического воспаления характерен ряд признаков: гранулемы, капсула, некроз, преобладание моноцитарного и лимфоцитарного инфильтрата.

Формирование гранулем (например, при туберкулезном, бруцеллезном или сифилитическом воспалении).

Значительная инфильтрация очага воспаления различными видами лейкоцитов, но преимущественно моноцитами и лимфоцитами.

Образование фиброзной капсулы (например, при наличии в ткани инородного тела или отложении солей кальция).

Частое развитие некроза в центре очага хронического воспаления.

Протекает такое воспаление в течение многих лет и даже всей жизни пациента (например, у больных проказой, туберкулезом, токсоплазмозом, хроническими формами пневмонии, гломерулонефрита, гепатита, ревматоидного артрита и др.).

Причины хронического воспаления

Причины хронического воспаления многообразны. Основные из них представлены на рисунке 6-25.

Ы верстка! вставить рисунок «рис-6-25» Ы

Рис. 6-25. Основные причины хронического воспаления.

К условиям, способствующим хроническому, персистирующему течению воспаления, относят следующие факторы:

Ú значительное накопление в очаге воспаления активированных макрофагов. Это характерно для некоторых видов незавершенного фагоцитоза при поглощении фагоцитами возбудителей токсоплазмоза, проказы, бруцеллеза, туберкулеза или при захвате макрофагами органических и неорганических объектов, которые не подвергаются деструкции и экзоцитозу (частиц пыли, макромолекул декстрана и др.);

Ú длительная стимуляция макрофагов различными цитокинами, иммунными комплексами, продуктами распада микробов или клеток организма;

Ú миграция в очаг воспаления избыточного количества полиморфноядерных лейкоцитов. Они вызывают деструкцию матрикса соединительной ткани, секретируют большое количество БАВ, обусловливающих, в свою очередь, привлечение в зону повреждения мононуклеарных фагоцитов и их активацию;

Ú активация ангиогенеза в очаге хронического воспаления. При этом могут образоваться (как при хоминге) венулы с высоким эндотелием. Плазмолемма этих эндотелиальных клеток содержит адрессины, стимулирующие миграцию лимфоцитов и моноцитов в очаг хронического воспаления.

Названные выше и другие факторы приводят к накоплению в очаге воспаления большого числа активированных макрофагов. Эти клетки, в свою очередь, обеспечивают потенцирование развития хронического воспаления. К числу основных среди них относят повреждение ткани продуктами активированных макрофагов: гидролазами (протеазами, липазами и др.), избытком метаболитов арахидоновой кислоты(лейкотриенами, ПГ, тромбоксаном А₂ и др.), активными формами кислорода, продуктами липопероксидации. Хроническое воспаление потенцируется также образованием фиброзной ткани (под влиянием тканевых факторов роста, ангиогенеза и фиброгенеза.

В целом,характер течения хронического воспаления определяетсякак местными факторами (клеточным составом, цитокинами, медиаторами воспаления, характером, степенью и масштабом повреждения ткани и др.), так и системными (гормонами, например, адреналином, глюкокортикоидами, СТГ, тиреоидными, глюкагоном и др.; эндорфинами и энкефалинами; так, лимфо- и моноциты в очаге хронического воспаления вырабатывают пептиды, регулирующие синтез ИЛ1, который определяет уровень продукции кортикотропин-рилизинг-фактора в гипоталамусе. Последний контролирует процессы образования АКТГ и глюкокортикоидов, детерминирующих реакции в очаге хронического воспаления).

Признаки острого воспаления

Признаки острого воспаления и их основные причины делят на местные и общие (системные).

Местные признаки острого воспаления

Местные признаки острого воспаления сформулированы еще в Античности. К ним отнесены rubor, tumor, dolor, calor, functio laesa. В современной литературе, в качестве синонима, местное воспаление нередко обозначают как синдром локального воспатительного ответа (СЛВО), в англоязычной литературе — Local Inflammatory Response Syndrom (LIRS).

Rubor

Причины покраснения (лат. rubor) очагавоспаления:

Ú артериальная гиперемия, увеличение числа, а также расширение артериол и прекапилляров;

Ú возрастание количества функционирующих капилляров, заполненных артериальной кровью;

Ú «артериализация» венозной крови, обусловленная повышением содержания HbO₂ в венозной крови.

Tumor

Причиныприпухлости (лат. tumor):

Ú увеличение кровенаполнения ткани в результате развития артериальной и венозной гиперемии;

Ú повышение лимфообразования (в связи с артериальной гиперемией);

Ú отек ткани;

Ú пролиферация клеток в очаге воспаления.

Dolor

Причины боли (лат. dolor):

Ú воздействие на рецепторы медиаторов воспаления (гистамина, серотонина, кининов, некоторых ПГ);

Ú высокая концентрация H⁺, метаболитов (лактата, пирувата и других);

Ú деформация ткани при скоплении в ней воспалительного экссудата.

Calor

Причины повышения температуры (лат. calor) в зоне воспаления:

Ú развитие артериальной гиперемии, сопровождающейся увеличением притока более теплой крови;

Ú повышение интенсивности обмена веществ, что сочетается с увеличением высвобождения тепловой энергии;

Ú разобщение процессов окисления и фосфорилирования, обусловленное накоплением в очаге воспаления избытка ВЖК, Ca²⁺ и других агентов.

Functio laesa

Причины нарушения функции (лат. functio laesa) органа или ткани:

Ú повреждающее действие флогогенного фактора;

Ú развитие в ответ на это альтеративных процессов, сосудистых реакций и экссудации; нередко расстройство функции ограничивается лишь тем органом или тканью, где развивается воспаление, но может нарушаться и жизнедеятельность организма в целом, особенно если воспалительный процесс затрагивает такие органы как мозг, сердце, печень, железы внутренней секреции, почки.

Системные изменения при остром воспалении

Системные, общие изменения в организме представлены на рисунке 6-26.

Ы верстка! вставить рисунок «рис-6-26» Ы

Рис. 6-26. Общие признаки острого воспаления.

Лейкоцитоз

Лейкоцитоз — увеличение количества лейкоцитов в определенном объеме крови и, как правило, в организме в целом.

Причины:

Ú действие флогогенного агента, особенно если он относится к микроорганизмам;

Ú продукты, образующиеся и высвобождающиеся при повреждении собственных клеток (они активируют синтез непосредственных стимуляторов лейкопоэза — лейкопоэтинов и/или блокируют активность ингибиторов пролиферации лейкоцитов).