Научная электронная библиотека
Монографии, изданные в издательстве Российской Академии Естествознания
Попков В. М., Чеснокова Н. П., Ледванов М. Ю.,
3.2. Молекулярно-клеточные механизмы развития первичной и вторичной альтерации. классификация медиаторов воспаления. характеристика их биологического действия
Как указывалось выше, в качестве повреждающих агентов наиболее часто выступают микроорганизмы, их эндо- и экзотоксины, различные ферменты патогенности бактерий, компоненты бактериальной клеточной стенки (липополисахариды, пептидогликаны, тейхоевые кислоты), а также механическая, химическая травмы, состояние ишемии, гипоксии.
Значение разнообразных этиологических факторов воспаления сводится, в основном, к индукции первой фазы тканевых изменений – фазы повреждения или альтерации. Интенсивность и длительность альтерации определяют характер всех последующих сосудисто-тканевых расстройств – экссудации и пролиферации, а также нарушений регионарного кровотока и микроциркуляции в виде спазма, артериальной, венозной гиперемии и стаза.
Альтерация – первая фаза тканевых изменений, характеризующаяся нарушением структуры и функции биологических мембран, трофики и обмена веществ в тканях. Различают биохимическую и морфологическую фазы альтерации. Для начала развития воспаления играет важную роль выраженность биохимических изменений в зоне повреждения тканей, в частности, интенсивность образования вазоактивных и хемотаксических веществ, определяющих стереотипный характер сосудистых и тканевых изменений.
По времени развития выделяют первичную и вторичную альтерацию. Первичная альтерация развивается в зоне действия патогенного фактора и характеризуется повреждением клеточных элементов ткани с последующим освобождением биологически активных веществ (БАВ), лизосомальных гидролитических ферментов, высокоактивных продуктов протеолиза (кининов) и липолиза (лейкотриенов-ЛТ и простагландинов-ПГ), а также активацией комплемента. Диффузия вышеуказанных субстанций за пределы зоны первичной альтерации сопровождается развитием вторичной альтерации. Действие БАВ, ионов водорода и гидролаз приводит к нарушениям обмена веществ, расстройствам кровообращения и лимфообращения в очаге воспаления.
Медиаторы биохимической фазы альтерации в зависимости от их происхождения принято делить на гуморальные и клеточные. В свою очередь, клеточные медиаторы подразделяются на существующие и вновь образованные на фоне воздействия альтерирующего фактора.
К гуморальным медиаторам относят кинины, активные компоненты комплемента (С5а, С3а, С3b, комплекс С5а – С9а, С5а des Arg) , а также факторы систем гемостаза и фибринолиза [46, 66]. К числу клеточных существующих медиаторов относят вазоактивные амины (гистамин, серотонин), лизосомальные ферменты, неферментные катионные белки, нейропептиды (вещество Р, кальцитонин-генсвязанный пептид, нейрокинин).
Вновь образующиеся в зоне альтерации медиаторы клеточного происхождения представлены метаболитами арахидоновой кислоты (простагландины, тромбоксаны, лейкотриены), цитокинами, ферментами, а также активными метаболитами кислорода (гидроксил, супероксид анион-радикал, пергидроксил, перекись водорода, синглетный молекулярный кислород).
Касаясь динамики освобождения медиаторов воспаления в зоне альтерации, следует отметить инициирующую роль гистамина, нейромедиаторов и липидомедиаторов. Показано, что в первые секунды после повреждения сенсорные пептидергические волокна, участвующие в ноцицепции, выделяют особые сенсорные нейропептиды: субстанцию Р, пептид гена, родственного кальцитонину, и пептид протеинового гена [62].
Указанные нейромедиаторы вызывают выраженную вазодилатацию, а также индуцируют экспрессию молекул межклеточной адгезии на поверхности лейкоцитов и эндотелиальных клеток, стимулируя тем самым эмиграцию лейкоцитов. Пептид гена, родственного кальцитонину, стимулирует пролиферацию эндотелиальных клеток, а субстанция Р индуцирует выработку фактора некроза опухоли (ФНО-?) в макрофагах. Кроме того, сенсорные нейропептиды стимулируют продукцию макрофагами цитокинов, влияют на иммуногенез, модулируют пролиферацию Т-лимфоцитов.
Вслед за мгновенным воздействием сенсорных нейропептидов в течение следующих минут важная роль в развитии альтерации и сосудистых изменений отводится медиаторам липидного происхождения. Спектр липидных медиаторов зависит от ферментного пути превращения арахидоновой кислоты – циклоксигеназного или липоксигеназного. При циклоксигеназном пути образуются простаноиды: ПГ, простациклины и тромбоксаны. При липоксигеназном пути превращения арахидоновой кислоты образуются эйкозаноиды: лейкотриены, перекиси и гидроперекиси жирных кислот [17, 28].
Касаясь значимости указанных липидных медиаторов в патогенезе воспаления, следует отметить, что ПГ выступают в роли синергистов гистамина и кининов. Они повышают сосудистую проницаемость, сенсибилизируют сенсорные пептидергические нервные волокна, что способствует появлению боли в очаге воспаления, а также участвуют в развитии сосудистых реакций под влиянием нейромедиаторов.
Образующиеся в зоне альтерации простациклины и тромбоксаны влияют на сосудистую стенку и агрегацию тромбоцитов.
Лейкотриены являются хемотаксическими агентами и способствуют миграции нейтрофилов в зону воспаления.
Важная роль в развитии сосудистых и тканевых изменений отводится фосфолипидному фактору активации тромбоцитов – ФАТ [14].
В зоне альтерации в избытке накапливаются эндогенные оксиданты: гипохлорит и хлорамин, вызывающие ретракцию цитоскелета эндотелиальных клеток и тем самым обеспечивающие повышение проницаемости сосудистой стенки и облегчающие эмиграцию лейкоцитов.
Важнейшими медиаторами воспаления являются биогенные амины, а также медиаторы полиморфноядерных лейкоцитов, моноцитов, лимфоцитов.
Ниже приведена более детальная характеристика отдельных медиаторов воспаления.
Биогенные амины. К числу важнейших медиаторов воспаления относятся гистамин и серотонин [9, 30].
Гистамин образуется из аминокислоты гистидина под влиянием фермента гистидиндекарбоксилазы, депонируется в гранулах лаброцитов и базофилов в комплексе с гепарином, ФАТ и другими соединениями. Освобождение гистамина из клеток может возникать в результате физиологического экзоцитоза или при повреждении и распаде клеток. В качестве либераторов гистамина могут выступать бактериальные, вирусные патогенные факторы, разнообразные антигены, С3 и С5 фракции комплемента, катионные белки полиморфноядерных лейкоцитов, химические, физические, термические воздействия, индуцирующие процесс альтерации.
Высвобождение гистамина из клеток – одна из первых реакций ткани на повреждение наряду с интенсификацией выделения сенсорных нейропептидов. Эффект этого медиатора на сосудистую стенку в зоне острого воспаления реализуется главным образом через Н1-рецепторы в виде вазодилатации и повышения проницаемости. Кроме того, в очаге острого воспаления гистамин вызывает боль, повышает адгезивные свойства эндотелия сосудов, способствует эмиграции лейкоцитов. Вследствие быстрого разрушения гистамина под влиянием фермента гистаминазы биологические эффекты его на микроциркуляцию кратковременны и в последующем пролонгируются другими медиаторами воспаления.
В гранулах лаброцитов и базофилов имеются также хемотаксический фактор эозинофилов (ФХЭ), хемотаксический фактор нейтрофилов (ФХН), ФАТ, нейтральные протеазы и др.
Серотонин представляет собой производное аминокислоты триптофана, значительная часть серотонина депонируется в тромбоцитах. Однако серотонин обнаружен и в других клетках, в частности в нейронах мозга, лаброцитах, базофилах, энтерохромаффинных клетках пищеварительного тракта. Под влиянием различных активаторов – коллагена, тромбина, АДФ, ФАТ – происходит секреция серотонина из тромбоцитов и хромаффинных клеток, одновременно из тучных клеток освобождается гистамин. В умеренных концентрациях серотонин вызывает расширение артериол, сокращение миоцитов в стенках венул и венозный застой. В высоких концентрациях серотонин обусловливает спазм артериол, а в случае их повреждения способствует остановке кровотечения.
Медиаторы полиморфноядерных лейкоцитов (ПЯЛ). Ряд медиаторов ПЯЛ вырабатывается не только этими клетками, но и моноцитами, лаброцитами, эндотелиальными клетками. К числу таких медиаторов относятся ФАТ и ФХЭ [38, 39, 40, 49].
ФАТ представляет собой производное фосфорил-холина, стимулирует освобождение серотонина из тромбоцитов, гистамина из лаброцитов, гидролитических ферментов из лизосом ПЯЛ, активирует в них процессы свободнорадикального окисления, образование активных форм кислорода [41, 42, 43, 44].
ФХЭ высвобождается из полиморфноядерных лейкоцитов, лаброцитов и базофилов, является вазоактивным соединением, стимулирует эмиграцию и скопление эозинофилов в очаге воспаления, индуцированного аллергенами.
В очаге воспаления ПЯЛ выделяют так называемые гранулоцитарные факторы – катионные белки, нейтральные и кислые протеазы.
Катионные белки содержатся в азурофильных и специфических гранулах нейтрофилов, обеспечивают высокую бактерицидность в синергическом взаимодействии с системой миелопероксидаза – перекись водорода. Воздействуя на сосуды микроциркуляторного русла, катионные белки повышают их проницаемость, они также стимулируют хемотаксис моноцитов, ингибируют миграцию гранулоцитов. Указанные эффекты могут быть прямыми или опосредованными через стимуляцию освобождения гистамина. Катионные белки обладают свойствами эндогенных пирогенов [26].
Продуцируемые в зону острого воспалительного процесса такие нейтральные протеазы, как эластаза и коллагеназа, вызывают деструкцию волокон базальной мембраны сосудов и повышение их проницаемости, обусловливают дезинтеграцию волокнистых структур межуточной соединительной ткани. Кислые протеазы лейкоцитов проявляют свою активность в условиях ацидоза, воздействуют на мембраны собственных клеток макроорганизма, а также на инфекционных возбудителей воспаления.
Медиаторы, продуцируемые моноцитами и лимфоцитами. Монокины – клеточные медиаторы воспаления, которые образуются моноцитами/макрофагами на фоне антигенной стимуляции, а некоторые монокины могут продуцироваться другими клетками (лимфоцитами, гепатоцитами, глиальными клетками и др.) [48, 59]. В настоящее время известно более 100 биологически активных веществ, секретируемых моноцитами/макрофагами, классификация которых приведена ниже.
1. Протеазы: активатор плазминогена, коллагеназа, эластаза, ангиотензин конвертаза.
2. Медиаторы воспаления и иммуномодуляции: ФНО, ИЛ-1, ИЛ-3, ИЛ-6, ИЛ-8, ИЛ-10, ИЛ-12, ИЛ-15, интерферон, лизоцим, фактор активации нейтрофилов, компоненты комплемента С, С2, С3, С5.
3. Факторы роста: КСФ-ГМ, КСФ-Г, КСФ-М, фактор роста фибробластов, трансформирующий фактор роста.
4. Факторы свертывающей системы и ингибиторы фибринолиза: V, VII, IX, X, ингибиторы плазминогена, ингибиторы плазмина.
5. Адгезивные вещества: фибронектин, тромбоспондин, протеогликаны. Далее приводится характеристика некоторых монокинов, играющих важную роль в индукции воспалительной реакции.
ИЛ-1 представляет собой полипептидный цитокин с молекулярной массой 15 килодальтон, высвобождается активированными моноцитами, В-лимфоцитами, тканевыми макрофагами, микроглиальными, мезангиальными и др. клетками. ИЛ-1 впервые был описан в 1972 году I. Gery и B. Waksman [73]. ИЛ-1 существует в двух биологических формах: растворимой и связанной с мембраной моноцитов/макрофагов [44]. Синтез ИЛ-1 кодируется двумя генами, следствием чего является образование двух медиаторов – ИЛ-1 и ИЛ-1, обладающих сродством к одному и тому же рецептору [70, 73].
ИЛ-1 обладает комплексом биологических эффектов – является эндопирогеном и, соответственно, обусловливает развитие лихорадки при воспалении, стимулирует выход ПЯЛ из костного мозга, увеличивает образование и освобождение ими коллагеназы, вызывает экспрессию эндотелиально-лейкоцитарных адгезивных молекул (ЭЛАМ) на поверхности эндотелиоцитов и лейкоцитов, способствует краевому стоянию лейкоцитов и стимулирует процесс их эмиграции [32, 61].
ИЛ-1 вызывает экзоцитоз лизосомальных ферментов и свободных кислородных радикалов фагоцитами, которые подвергают деструкции нежизнеспособные клеточные элементы и бактериальные клетки.
ИЛ-1 является фактором клеточного роста, он усиливает пролиферацию фибробластов и повышает образование коллагена.
ИЛ-1 в качестве флогогена вызывает дегрануляцию тучных клеток с высвобождением медиаторов воспаления, активирует эндотелиоциты, стимулирует продукцию простациклина.
ИЛ-1 действует на гипоталамо-гипофизарную систему, стимулирует секрецию АКТГ, СТГ, играет важную роль в развитии системной иммунной реакции.
К числу монокинов помимо ИЛ-1 относятся колониестимулирующий фактор, интерферон, фактор хемотаксиса лимфоцитов, бактерицидный фактор, цитолитический фактор и др.
Колониестимулирующие факторы (КСФ) – гликопротеины, влияющие на образование, дифференциацию и функции гранулоцитов и клеток системы мононуклеарных фагоцитов [62].
Различают несколько разновидностей КСФ: гранулоцитарный КСФ, гранулоцитарно-макрофагальный КСФ и мульти-КСФ [ИЛ-3].
КСФ образуются и в условиях нормы и возбужденными в зоне воспаления клеточными элементами.
Гранулоцитарный КСФ, кодируемый геном 17-й хромосомы, образуется эндотелиальными клетками, фибробластами, макрофагами. Совместно с ИЛ-3 гранулоцитарный КСФ увеличивает содержание в циркулирующей крови мегакариоцитов и юных форм гранулоцитов.
Гранулоцитарно-макрофагальный КСФ кодируется геном 5-й хромосомы, секретируется эндотелиоцитами, фибробластами и фагоцитами, увеличивает содержание моноцитов в циркулирующей крови.
Мульти-КСФ, или ИЛ-3 образуется Т-лимфоцитами, кодируется геном 5-й хромосомы, стимулирует образование гранулоцитов, макрофагов, эозинофилов, усиливает пролиферацию тучных клеток.
Следует отметить, что в одном из последних детальных обзоров, касающихся состояния иммунной системы в норме и патологии [20], представлен более широкий перечень цитокинов – факторов роста, продуцируемых эндотелием, фибробластами, адипоцитами костного мозга, макрофагами. Среди них М-СSF (моноцит – колониестимулирующий фактор), G-CSF (гранулоцит – колониестимулирующий фактор). Последний цитокин действует дистантно из очага воспаления, обусловливая развитие нейтрофильного лейкоцитоза при воспалительном процессе.
ИЛ-7 продуцируется клетками стромы костного мозга, поддерживает дифференцировку и пролиферацию развивающихся В-лимфоцитов.
ИЛ-9 поддерживает пролиферацию клеток-предшественников тучных клеток в костном мозге.
ИЛ-11 продуцируется клетками стромы костного мозга, стимулирует процессы пролиферации и дифференцировки клеток мегакариоцитарного ряда.
При развитии тяжелых септических процессов в системный кровоток проникают в основном следующие цитокины: TNF, ИЛ-1, ИЛ-6 и G-CSF. Другие цитокины не выходят в системную циркуляцию и действуют локально. ФНО – образуется тканевыми макрофагами, моноцитами и лимфоцитами в зоне острого воспаления, способствует развитию лихорадочной реакции, усиливает основные функции лейкоцитов, стимулирует выброс гистамина базофилами и тучными клетками, вызывает активацию фибробластов, гладких миоцитов и эндотелия сосудов в очаге воспаления, индуцирует синтез белков острой фазы. Действуя синергично с ИЛ-1 и ИЛ-6, повышает функциональную активность цитотоксических Т-лимфоцитов и их способность к разрушению инфицированных вирусом клеток, что ведет к элиминации вируса. ФНО способствует цитолизу злокачественных клеток.
Ген, локализованный в макрофагах, кодирует продукцию так называемого ФНО-? с молекулярной массой 17 кД. ФНО-? наряду с прочими эффектами тормозит синтез и депонирование жира, в связи с чем получил название кахексина. Ген лимфоцитов кодирует образование ФНО-?, или лимфотоксина, имеющего ММ 25 кД. ФНО способствует развитию лихорадочной реакции, усиливает основные функции лейкоцитов, стимулирует выброс гистамина базофилами и тучными клетками, вызывает активацию фибробластов, гладких миоцитов и эндотелия сосудов в очаге воспаления, индуцирует синтез белков острой фазы. Действуя синергично с ИЛ-1 и ИЛ-6, повышает функциональную активность цитотоксических Т-лимфоцитов и их способность к разрушению инфицированных вирусом клеток, что ведет к элиминации вируса. ФНО способствует цитолизу злокачественных
клеток.
В отличие от ИЛ-1, ФНО обладают ярко выраженной способностью вызывать геморрагический некроз опухоли [44]. Туморнекротизирующий эффект обусловлен, по-видимому, усилением экспрессии эндотелиальных адгезивных белков под влиянием ФНО, адгезией лейкоцитов, тромбоцитов к сосудистой стенке, развитием явлений тромбоза, эмболии, нарушением трофики, васкуляризации и оксигенации опухоли. Лимфокины – это биологически активные вещества, которые продуцируются сенсибилизированными лимфоцитами при специфической антигенной стимуляции. Следует отметить, что часть цитокинов (ИЛ-2, ИЛ-3, ИЛ-6, ИЛ-8, ИЛ-10 и др.) может продуцироваться лимфоцитами, а также клетками моноцитарно-макрофагальной системы. В связи с этим они могут быть отнесены как к группе лимфокинов, так и к группе монокинов.
Лимфокины проявляют многообразную биологическую активность. Было предложено разделить биологически активные вещества, продуцируемые лимфоцитами, на 8 групп [10], которые представлены ниже:
1. Факторы, влияющие на лимфоциты (фактор переноса; митогенный или бластогенный фактор).
2. Факторы, влияющие на макрофаги (фактор, ингибирующий миграцию макрофагов; фактор, активирующий макрофаги; фактор, агрегирующий макрофаги).
3. Цитотоксические факторы (лимфотоксин; фактор, тормозящий пролиферацию клеток в культуре; фактор, ингибирующий стволовые гемопоэтические клетки; фактор, тормозящий синтез ДНК).
4. Хемотаксические факторы (фактор, вызывающий хемотаксис макрофагов; фактор хемотаксиса нейтрофилов; фактор хемотаксиса лимфоцитов).
5. Антивирусные и антимикробные факторы (интерферон; факторы, влияющие на рост кишечной палочки и микобактерий туберкулеза).
6. Факторы, активирующие пролиферативные процессы (усиливающие образование колоний гранулоцитами и макрофагами; усиливающие пролиферацию макрофагов).
7. Факторы, стимулирующие Т- и В-лимфоциты.
8. Факторы, ингибирующие и активирующие синтез антител.
Представленная выше классификация достаточно детально отражает биологическую значимость различных групп лимфокинов, продуцируемых на фоне развития воспалительного процесса инфекционно-аллергической природы.
В то же время была предложена упрощенная классификация лимфокинов [65], согласно которой выделяют три основные группы: лимфотоксины; факторы бласттрансформации, или митогенные факторы; факторы, изменяющие течение иммунных реакций.
1. Лимфотоксины – вещества белковой природы, обладают свойствами цитотоксинов, вызывают лизис клеток-мишеней. Цитотоксическое действие лимфотоксинов неспецифично, под их влиянием могут повреждаться не только те клетки, которые вызвали их образование, но и интактные клетки. Лимфотоксин повреждает лимфоциты, фибробласты, макрофаги, эритроциты и другие клетки.
2. Факторы бласттрансформации, или митогенные факторы, обеспечивают пролиферацию и созревание иммуноцитов при действии на них соответствующего антигенного стимула. Из группы этих медиаторов наибольшее значение имеют интерлейкины (ИЛ-1, ИЛ-2, ИЛ-3 и др.) [33, 34]. Общая характеристика ИЛ-1 представлена выше.
ИЛ-2 – вырабатывается Т-лимфоцитами, представляет собой белок, чувствительный к действию протеаз. Рецепторы к ИЛ-2 представлены на мембранах различных субпопуляций Т-лимфоцитов. ИЛ-2 усиливает реакцию бласттрансформации Т-лимфоцитов на митогены, стимулирует продукцию иммуноглобулинов опосредованно, за счет активации образования Т-хелперами интерферона [36].
ИЛ-3 – гликопротеид, продуцируется клетками костного мозга, является ростовым фактором, усиливает пролиферацию предшественников клеток гранулоцитарного ряда, а также полипотентных клеток-предшественников эритроцитарного и лимфоидного ростков кроветворения.
ИЛ-4 – продуцируется Т-хелперами, имеет белковую природу, стимулирует пролиферацию Т-лимфоцитов и лаброцитов.
ИЛ-5 – вырабатывается цитотоксическими Т-лимфоцитами, имеет полипептидную структуру, усиливает пролиферацию и дифференцировку В-лимфоцитов.
1. Среди факторов, влияющих на течение иммунных воспалительных реакций, важная роль отводится фактору, тормозящему миграцию макрофагов (МИФ). Последний представляет собой белок, продуцируется В- и Т-лимфоцитами при их антигенной стимуляции, способствует скоплению макрофагов в зоне воспаления, повышает их фагоцитарную активность, обеспечивает формирование гранулем в зоне хронического воспалительного процесса инфекционно-аллергической природы.
Хемотаксические факторы, выделяемые макрофагами и лимфоцитами, обеспечивают скопление ПЯЛ в зоне воспаления с последующим выделением ими различных лизосомальных ферментов и биологически активных соединений.
Важное значение в развитии воспалительных реакций инфекционно-аллергической природы отводится интерферонам, различные разновидности которых имеют белковую природу и обладают значительными биологическими эффектами.
Так, интерферон-? и интерферон-? повышают реактивность цитотоксических Т-лимфоцитов, тормозят трансляцию мРНК вирусного и клеточного происхождения и таким образом тормозят размножение клеток.
Интерферон-? выделяется сенсибилизированными В- и Т-лимфоцитами под действием антигена-аллергена и помимо антипролиферативного эффекта обеспечивает регуляцию фагоцитарной активности макрофагов. Последние под влиянием интерферона-? приобретают способность фагоцитировать опухолевые и микробные клетки.
Интерферон-?-2, или интерлейкин-6 (ИЛ-6) – цитокин с ММ 26 килодальтон, является фактором роста, дифференциации и, соответственно, клональной экспансии В- и Т-лимфоцитов, он потенцирует вторичный иммунный ответ.
ИЛ-6 – стимулятор пролиферации костномозговых клеток-предшественников гранулоцитов и макрофагов, что приводит к увеличению выхода в кровоток зрелых форм этих клеток, восполняющих утраченные в ходе воспаления. ИЛ-6 является стимулятором тромбоцитопоэза. ИЛ-6 способствует синтезу белков острой фазы гепатоцитами. ИЛ-6 синергично с ИЛ-1, и ФНО является эндогенным пирогеном. ИЛ-6 усиливает экспрессию на инфицированных вирусом клетках антигенов гистосовместимости первого класса, что подготавливает эти клетки-мишени к распознаванию цитотоксическими Т-лимфоцитами [75, 76, 79]. Одновременное воздействие ИЛ-1, ИЛ-6, ФНО-a повышает функциональную активность цитотоксических Т-лимфоцитов и их способность к разрушению инфицированных вирусом клеток, что приводит к элиминации вируса.
ИЛ-8 – важнейший хемотаксический фактор для нейтрофилов на ранних стадиях воспаления. Он стимулирует выход нейтрофилов из посткапиллярных венул, стимулирует продукцию нейтрофилами активных форм кислорода, а также экзоцитоз ферментов из нейтрофилов за счет дегрануляции.
ИЛ-9 и ИЛ-11 относятся к категории цитокинов – факторов роста, продуцируются клетками стромы костного мозга и стимулируют соответственно пролиферацию клеток в костном мозге (ИЛ-9) и пролиферацию и дифференцировку мегакариоцитов (ИЛ-11) [20, 21].
ИЛ-10 образуется Т- и В-лимфоцитами, моноцитами, макрофагами, кератиноцитами. Впервые он был получен из Т-лимфоцитов-хелперов. ИЛ-10 обладает комплексом биологических эффектов воздействия, в частности, является ингибитором синтеза ?-интерферона, ИЛ-2, ИЛ-3, ФНО, гранулоцитарного и макрофагального КСФ. В последние годы выявлено стимулирующее воздействие ИЛ-10 на пролиферацию и дифференцировку В-лимфоцитов, Т-лимфоцитов, тимоцитов и тучных клеток.
Метаболиты арахидоновой кислоты являются центральным медиаторным звеном воспаления. К числу липидных медиаторов, образующихся в зоне альтерации из фосфолипидов поврежденных клеточных мембран, относятся простагландины, простациклины, тромбоксаны, лейкотриены, перекиси жирных кислот и ФАТ [17]. Следует отметить, что при циклоксигеназном пути превращения жирных кислот образуются простаноиды: простагландины, простациклины и тромбоксаны.
ПГ действуют как синергисты других медиаторов воспаления – гистамина и серотонина. Преобладающим ПГ в зоне воспаления является ПГЕ2. При липоксигеназном пути образуются эйкозаноиды: лейкотриены, перекиси и гидроперекиси жирных кислот.
Касаясь механизмов образования метаболитов арахидоновой кислоты в зоне воспаления, следует отметить, что последняя является важным компонентом фосфолипидов мембран различных клеток. Арахидоновая кислота выделяется из фосфолипидов мембран под влиянием фермента фосфолипазы А2. Этот фермент активируется разнообразными факторами инфекционной, иммуноаллергической и неинфекционной природы. В процессе избыточного освобождения арахидоновой кислоты возникает субстратная активация фермента циклоксигеназы, что приводит к быстрому увеличению продукции в зоне альтерации эндоперекиси ПГG2, который быстро трансформируется в ПГН2. Последний может преобразовываться в трех направлениях:
1. С помощью фермента простациклинсинтетазы ПГН2 превращается в ПГI2 или простациклин.
2. При участии фермента тромбоксансинтетазы из ПГН2 образуется тромбоксан А2.
3. С помощью фермента простагландинизомеразы из ПГН2 синтезируются более устойчивые соединения ПГЕ2, ПГF2, ПГD2.
Высвобождающиеся простагландины взаимодействуют со специализированными рецепторами клеточных мембран. В реализации действия ПГЕ2 принимает участие цАМФ, в реализации действия ПГF2a – цГМФ. После воздействия на рецепторы различных клеток простагландины быстро разрушаются простагландиндегидрогеназой, содержащейся в различных органах и тканях. Наиболее устойчивым простагландином является ПГЕ2, он вызывает развитие вазодилатации, повышение проницаемости микрососудов, чувство боли, а при резорбции – лихорадочную реакцию. Некоторые эффекты простагландинов потенцируются за счет усиления освобождения ими гистамина и серотонина. Тромбоксаны – биологически активные вещества, образующиеся в процессе последовательного превращения арахидоновой кислоты в ПГG2, а затем, при участии тромбоксансинтетазы- в тромбоксан А2. Основной источник образования тромбоксана – тромбоциты. Под влиянием тромбоксана А2 в просвете микрососудов зоны острого воспаления происходит агрегация тромбоцитов, опосредуемая торможением активности аденилатциклазы. Одновременно тромбоксан вызывает сокращение гладкомышечных элементов стенок микрососудов. Биологический смысл продукции тромбоксана при воспалении заключается в отграничении зоны альтерации как очага инфекции от окружающих тканей за счет спазма сосудов микроциркуляции и формирования тромбов. Лейкотриены (ЛТ) синтезируются из арахидоновой кислоты в мембранах клеток под влиянием фермента липоксигеназы. В процессе окисления арахидоновой кислоты в положении С-5 образуется промежуточное соединение лейкотриен А4 (ЛТА4]. При удалении из состава ЛТ А4 ?-глутаминового остатка образуется ЛТD4, который при отщеплении глицина переходит в ЛТЕ4 [77, 80]. Лейкотриены С4, D4, Е4 и фактор активации тромбоцитов составляют медленно реагирующую субстанцию анафилаксии. Лейкотриены обладают различными биологическими эффектами. Так, ЛТА4 вызывает сокращение гладкомышечных элементов бронхов.
ЛТВ4 является хемоаттрактантом, стимулирует адгезию и хемотаксис полиморфонуклеаров, усиливает экзоцитоз ими протеолитических ферментов, синтез и освобождение свободных радикалов. ЛТС4, ЛТВ4, ЛТЕ4 выделяются в больших количествах лаброцитами и базофилами, вызывают вазоконстрикцию и повышение проницаемости преимущественно венул, путем прямой контракции эндотелиальных клеток сосудов, способствуют гиперсекреции слизистых оболочек бронхов, играют важную роль в патогенезе анафилаксии. Лейкотриены синергически взаимодействуют с гистамином и ацетилхолином в механизмах развития бронхоспазма.
Известно существование в зоне альтерации продуктов неэнзиматической пероксидации арахидоновой кислоты свободными радикалами кислорода, сопровождающееся образованием так называемых хемотаксических липидов, являющихся активными липидными гидроперекисями. Указанные липиды стимулируют процессы адгезии и хемотаксиса ПЯЛ.
ФАТ образуется из материала клеточных мембран под влиянием фосфолипазы А2. Источником ФАТ являются клетки эндотелия, тканевые базофилы, тромбоциты, нейтрофилы, моноциты, макрофаги, эозинофилы, базофилы крови [14].
ФАТ обладает различными биологическими эффектами, в частности, вызывает дегрануляцию базофилов, стимулирует хемотаксис нейтрофилов, повышает проницаемость сосудов, вызывает вазоконстрикцию и агрегацию тромбоцитов.
Кислородные радикалы
К числу активных метаболитов кислорода, образуемых в зоне воспаления, относятся свободные радикалы, в частности, супероксидный анион радикал, гидроксильный радикал, пергидроксил. Эти формы кислорода образуются главным образом в митохондриях и микросомах клеток. Характерным для радикалов кислорода является их высокая реактогенность вследствие наличия на их внешней орбитали одного или нескольких непарных электронов. Источниками свободных радикалов в зоне воспаления служат: дыхательный взрыв фагоцитов при их стимуляции, каскад арахидоновой кислоты, ферментные процессы в эндоплазматическом ретикулуме и пероксисомах, митохондриях, цитозоле, а также самоокисление катехоламинов, лейкофлавинов, гидрохинонов [51, 54].
Свободные радикалы взаимодействуют с различными субстратами клеток, особенно с липидными компонентами биологических мембран с образованием эндоперекисей. Перекисное окисление липидов имеет место и в нормальных тканях. В очаге воспаления свободнорадикальные процессы значительно активируются [58].
Важная роль в генерации свободных радикалов отводится фагоцитам, выбрасывающим их в окружающую среду в процессе так называемого окислительного, или метаболического взрыва. Роль активных метаболитов кислорода заключается, с одной стороны, в обеспечении бактерицидной активности фагоцитов, а с другой, – в их медиаторной и модуляторной функциях. Так, повышение генерации супероксиданион радикала под влиянием ксантиноксидазы вызывает увеличение проницаемости капилляров, активацию механизмов формирования протромбиназной активности. Кроме того, свободные радикалы участвуют неэнзиматическим путем в синтезе из арахидоновой кислоты хемотаксических липидов, определяющих эмиграцию лейкоцитов, изменяют деятельность систем, ответственных за разрушение медиаторов воспаления, в частности, инактивируют ?1-антитрипсин, повышают протеолитическую активность плазмы и способствуют образованию кининов.
К числу факторов антиоксидантной защиты тканей относятся ферменты: каталаза, супероксиддисмутаза, глутатионпероксидаза, а также витамин К, ?-токоферол, метионин и др.
При остром воспалении свободные радикалы вызывают разрушение межклеточного матрикса, оказывают повреждающее действие на фибробласты, в то же время они могут оказывать стимулирующее влияние на процессы пролиферации.
Оксид азота (NO)- так называемый эндотелиальный расслабляющий фактор, синтезируется из L-аргинина клетками млекопитающих при участии NO-синтетазы эндотелия сосудов, макрофагов, неадренергически – нехолинергическими нейронами, иннервирующими как сосудистую, так и внесосудистую гладкую мускулатуру [19, 37].
NO является мощным вазодилататором, ингибитором агрегации тромбоцитов, нейротрансмиттером неадренергическиx, нехолинергических нейронов, вызывающих релаксацию гладкой мускулатуры ряда органов и тканей, в частности, половых органов [52].
Стимуляторами активности NO-синтетазы в зоне воспаления могут быть ацетилхолин, гистамин, серотонин, ИЛ-1,ФНО, полисахариды, эндотоксины [72, 75].
Индуцированная NO-синтетаза играет важную роль в реализации цитотоксических функций активированных макрофагов против клеток-мишеней, включающих в себя опухолевые клетки, бактерии, вирусы, индуцирующие развитие воспалительной реакции.
Цитотоксическое действие NO обусловлено его взаимодействием с железом, содержащимся в различных ферментах клеток макроорганизма и являющимся ростовым фактором для многих инфекционных возбудителей воспаления. Инактивация клеточного железа сопровождается развитием цитостатического и цитолитического действия. Повреждающим действием на клетки в зоне альтерации обладает и пероксинитританион, образующийся в процессе взаимодействия NO в очаге воспаления с супероксид анион-радикалом [68].
Чрезмерное освобождение NO в системный кровоток при различных формах патологии, в том числе и воспалительной природы, приводит к глубокой гипотонии за счет дилатации сосудов, способствует развитию эндотоксического, септического, геморрагического шока [37]. Вазодилатирующий эффект NO обусловлен быстрым связыванием NO с геминовой простетической группой гуанилатциклазы гладкомышечных элементов сосудов, образованием нитрозилгеминового комплекса, являющегося активатором гуанилатциклазы. Активированная гуанилатциклаза обеспечивает образование циклического ГМФ – вторичного мессенджера NO.
Обе существующие изоформы NO-синтетазы (мембранная в эндотелии сосудов и цитозольная – в нервной ткани) активируются кальцием. Последний связывается в цитозоле с кальмодулином, тем самым способствуя связи кальмодулина с NO-синтетазой и переводу фермента в активное состояние. Индуцированная NO-синтетаза может присутствовать в различных типах клеток млекопитающих, подверженных иммунологической стимуляции.
Ферменты в зоне воспаления, в основном, имеют лизосомальное происхождение, источником их являются нейтрофилы, моноциты, в меньшей степени- другие поврежденные клетки. Главными компонентами лизосом у человека являются нейтральные протеиназы – эластаза, коллагеназа, катепсин G, содержащиеся в первичных азурофильных гранулах нейтрофилов.
Лизосомальные ферменты вызывают повышение проницаемости сосудов за счет лизиса субэндотелиального матрикса, истончения и фрагментации эндотелиальных клеток. Они вызывают разрушение и разрыхление соединительнотканного межклеточного вещества. Лизосомальные ферменты являются важнейшими модуляторами образования хемотаксических веществ и лейкоцитарной инфильтрации зоны воспаления [39]. Эластаза и катепсин G могут выступать в роли опсонизирующих факторов. Лизосомальные ферменты обеспечивают активацию системы комплемента, калликреин-кининовой системы, процессы свертывания крови и фибринолиза, а также участвуют в высвобождении цитокинов и лимфокинов. На поздних стадиях воспаления, благодаря ферментам, происходит очищение очага воспаления от погибших клеток и тканей.
Медиаторы воспаления гуморального происхождения
Важнейшим источником медиаторов воспаления являются системы комплемента, кининов, гемостаза и фибринолиза.
Кинины. Включение кининов в развитие воспаления означает начало второго каскада реакций, обусловленных активацией плазменных и клеточных протеолитических ферментов.
Как известно, источником образования кининов в крови и тканях является ?-2- глобулин – кининоген. Расщепление кининогена под влиянием калликреина-1 или калликреина-2 (соответственно, плазменного или тканевого калликреина) сопровождается образованием высокоактивных пептидов: брадикинина-нонапептида, присутствующего в плазме крови, и декапептида-калликреина, преобладающего в тканевой жидкости. Плазменный и тканевый калликреины в обычном состоянии неактивны и существуют в форме прекалликреинов. Важнейшим активатором прекалликреинов является XII – плазменный фактор свертывания крови, или фактор Хагемана. Активация его происходит при повреждении эндотелия сосудов, обнажении коллагена в зоне альтерации под влиянием разнообразных неспецифических патогенных факторов физической, химической, бактериально-токсической и иммуноаллергической природы. Следует отметить, что калликреины также могут выступать в роли активаторов фактора Хагемана, обеспечивая стабильную активацию кининовой системы в зоне альтерации.
Активаторами системы кининов в тканях являются гистамин, протеазы, катионные белки.
Свойствами медиаторов воспаления обладают не только кинины, но и калликреины. Так, калликреины вызывают агрегацию форменных элементов крови, выступают в роли хемотаксических веществ.
Касаясь медиаторной роли кининов, следует отметить полиморфизм их биологического воздействия и клинических проявлений, возникающих при активации калликреин-кининовой системы [64, 66].
Так, характерной особенностью действия кининов является расширение артериол и венул, повышение проницаемости микрососудов за счет контракции эндотелиальных клеток [12]. Кинины вызывают сокращение гладкой мускулатуры вен, повышают внутрикапиллярное и венозное давление, усиливают экссудацию, стимулируют пролиферацию Т-лимфоцитов, продукцию ими лимфокинов, усиливают пролиферацию фибробластов, синтез коллагена, тем самым стимулируя пролиферацию.
Кинины усиливают высвобождение гистамина из тучных клеток, синтез простагландинов многими типами клеток. Ряд биологических эффектов кининов, в частности, вазодилатацию, сокращение гладкой мускулатуры, боль связывают с усилением образования под их влиянием простагландинов.
Увеличение содержания кининов в крови при обширных воспалительных процессах сопровождается комплексом общих расстройств: артериальной гипотонией вплоть до коллапса при панкреатитах и энтеритах, явлениями бронхоспазма, гиперсекрецией желез слизистых оболочек.
Характерна кратковременность действия кининов в крови и тканях, связанная с быстрым разрушением их под влиянием кининаз эритроцитов, полиморфноядерных лейкоцитов, макрофагов, а также под действием антитрипсина – ингибитора комплемента.
Система комплемента. Комплемент – сложная система, включающая около
20 белковых компонентов плазмы и интерстиция. В сыворотке крови преимущественно содержится фракция С3 [24, 31, 56].
Различают два основных пути активации комплемента – классический и альтернативный. Обеспечение активации комплемента по классическому пути осуществляется антителами классов иммуноглобулинов G и M, а также с помощью С-реактивного белка и онкогенных РНК-содержащих вирусов. Активация комплемента альтернативным путем включается на фоне воздействия липополисахаридов бактерий, плазмина, тромбина, протеаз, калликреина, IgA, IgG, IgE при участии белка пропердина.
Характерной особенностью реакций активации комплемента является то, что каждый продукт предшествующей реакции служит катализатором последующего этапа активации, в связи с чем возникает быстрое многократное усиление воздействия первичного стимула.
Активация системы комплемента по альтернативному пути в очаге некробиотических изменений происходит в основном на поверхности поврежденных эритроцитов, микротромбах, сгустках фибрина, способных связывать С3в с последующим образованием С3вВв-конвертазы.
Высвобождающиеся при активации фрагменты комплемента также являются медиаторами воспаления. Так, активированный С2-фрагмент обладает свойствами кининов, С3-фрагмент повышает проницаемость сосудов, стимулирует эмиграцию гранулоцитов, С5-фрагмент стимулирует высвобождение лизосомальных гидролаз нейтрофилов и моноцитов, С5–С9-фрагменты обеспечивают лизис чужеродных и собственных клеток. С5-фрагмент комплемента является одним из наиболее мощных медиаторов воспаления [63, 64].
Таким образом, при активации системы комплемента возникают следующие биологические эффекты:
1. Реакция комплементзависимого цитолиза патогенных агентов или собственных клеток организма.
2. Активация фагоцитов, циркулирующих в крови, индукция их адгезии к эндотелиоцитам в зоне альтерации.
3. Повышение проницаемости сосудистой стенки микроциркуляторного русла для белков плазмы крови и форменных элементов.
4. Активация опсонизирующей активности плазмы крови.
5. Стимуляция процесса дегрануляции тучных клеток с последующим высвобождением флогогенов.
6. Стимуляция образования и освобождения ИЛ-1, ЛТ, ПГ, ФАТ.
7. Стимуляция продукции ПЯЛ лизосомальных ферментов, неферментных катионных белков, активных форм кислорода и освобождение их во внеклеточную среду.
Являясь полифункциональной системой, комплемент тесно связан с активностью систем гемостаза, фибринолиза, а также иммунологическими механизмами защиты.