Научная электронная библиотека
Монографии, изданные в издательстве Российской Академии Естествознания
Попков В. М., Чеснокова Н. П., Ледванов М. Ю.,
3.4. Значение соединительнотканных элементов, эндотелиальных клеток и клеточных элементов крови в развитии воспалительного процесса
Чрезвычайно важна роль соединительнотканных элементов в развитии воспалительного процесса.
Иногда воспаление отождествляют с реакцией гистиона – структурной единицы соединительной ткани – на действие альтерирующего фактора.
Как известно, соединительная ткань состоит из клеток, волокон и основного вещества. Специфическими фиксированными клетками являются фибробласты и ретикулярные клетки, которые продуцируют и секретируют коллаген, проэластин, ретикулин, гликопротеиды, мукополисахариды, а также белковые компоненты микрофибрилл, входящих в состав эластических волокон [55].
Основными клетками соединительной ткани являются фибробласты. Выделяют несколько типов фибробластов – малодифференцированные, юные, зрелые миофибробласты. Конечной стадией дифференцировки фибробластов являются фиброциты – это долго живущие формы клеток, которые регулируют метаболизм и механическую стабильность матрикса соединительной ткани.
К клеткам фибробластического ряда относятся фиброкласты, основная функция которых заключается в фагоцитозе и внутриклеточном лизисе коллагеновых фибрилл.
Все перечисленные формы фибробластов могут в той или иной степени продуцировать коллаген и гликозаминогликаны. Кроме этого, более зрелые клетки участвуют в синтезе эластина, протеогликанов, гликопротеинов, фибронектина. Они также регулируют метаболизм и поддерживают гомеостаз соединительной ткани [49, 55]. Наряду с биосинтезом в очаге воспаления происходит катаболизм коллагена, который обеспечивается коллагеназами фибробластов, макрофагов, нейтрофилов и др. В процессах фиброклазии принимают участие и фиброкласты. В зоне воспаления в зависимости от стадии могут преобладать те или иные процессы.
Стимуляторами фибробластов служат фагоцитирующие макрофаги, которые продуцируют факторы роста фибробластов, усиливая их пролиферацию и синтез коллагена. При избыточном образовании коллагеновых волокон активируются процессы катаболизма коллагена и отмечается снижение синтетической активности фибробластов.
Регулирующее влияние на пролиферативную, коллагенсинтетическую и коллагенолитическую функции фибробластов в очаге воспаления оказывают лимфоциты, нейтрофилы и лаброциты. Однако и сами фибробласты продуцируют факторы – фиброкины, активно влияющие на функции их собственной популяции (стимуляторы и ингибиторы роста), а также факторы, влияющие на лимфоциты, моноциты, макрофаги, лаброциты, тромбоциты, эпителиальные клетки [49, 55].
Фиброкины обладают дистантным действием. К ним относятся: КСФ, фактор роста макрофагов, фактор, индуцирующий дифференцировку моноцитов, ИЛ-6, фактор, угнетающий миграцию макрофагов, фактор, влияющий на дифференцировку иммунных и эпителиальных клеток.
В ответ на действие альтерирующего фактора возникают, как правило, явления пролиферации фибробластов, усиление их функциональной активности, сопровождающееся формированием фибробластического барьера и инкапсулированием очага воспаления.
Экстрацеллюлярная соединительная ткань включает и форменные элементы белой крови – гранулоциты, моноциты и лимфоциты, количество и функциональная активность которых заметно возрастают по мере усиления эмиграции лейкоцитов в фазе венозной гиперемии в очаге воспаления.
Исключительно важную роль в развитии альтерации и сосудистых изменений в зоне воспаления играют тучные клетки, или лаброциты. Лаброциты наиболее часто локализуются около мелких сосудов, под эпителием и вблизи желез кожи, слизистых и серозных оболочек, в капсуле и трабекулах паренхиматозных органов, в лимфоидных органах, перитонеальной жидкости. Лаброциты называют также тканевыми базофилами, так как у этих двух типов клеток имеется общее происхождение. При этом базофильные лейкоциты созревают в костном мозге, а лаброциты – в местах своей окончательной локализации под влиянием микроокружения и ИЛ-3.
Характерными особенностями лаброцитов являются наличие в цитоплазме обильной метаахроматической зернистости, а также способность вырабатывать, депонировать и секретировать биологически активные вещества. В гранулах лаброцитов обнаружены гепарин, гистамин, серотонин, допамин, хондроитинсульфаты, гиалуроновая кислота, гликопротеиды, фосфолипиды, хемотаксические факторы и фактор активации тромбоцитов. В состав гранул лаброцитов входят ферменты – липаза, эстераза, триптаза, активирующая кининоген, ферменты цикла Кребса, анаэробного гликолиза и пентозного цикла.
В зоне воспаления происходят активная дегрануляция лаброцитов и освобождение в окружающую среду разнообразных БАВ, содержащихся в гранулах. Активация и дегрануляция лаброцитов и базофилов могут быть вызваны антигенами, фракциями комплемента, нейропептидами (вещество Р), монокинами, лимфокинами, катионными белками, протеиназами нейтрофилов. Дегрануляцию лаброцитов могут спровоцировать ионофоры, морфин, рентгеноконтрастные средства, щелочные олигопептиды, полимиксин В и др. Процесс дегрануляции осуществляется в две стадии: кальцийнезависимую и кальцийзависимую, в ходе которой и происходят перемещение гранул к цитоплазматической мембране, открытие их во внеклеточное пространство и освобождение медиаторов, являющихся пусковыми факторами воспаления.
Одновременно с дегрануляцией лаброцитов и базофилов в них активируется синтез производных ненасыщенных жирных кислот – простагландинов, лейкотриенов, простациклинов и тромбоксана. Антигенстимулированные лаброциты обеспечивают синтез цитокинов ИЛ-1, ИЛ-3, ИЛ-4, ИЛ-5, ИЛ-6, ИЛ-8, GM-CSF, TNF [21]. Указанные вещества играют важную роль в развитии сосудистых реакций и сокращении гладких мышц внутренних органов при развитии воспалительного процесса.
Особенностью лаброцитов и базофильных гранулоцитов является наличие на их поверхности высокоаффинных рецепторов для IgE, а также компонентов комплемента (С3, С5а, С4а, С3а).
И базофилы, и лаброциты играют основную роль в развитии иммунопатологических процессов, особенно в анафилактических реакциях и некоторых реакциях ГЗТ.
Медиаторы лаброцитов и базофильных гранулоцитов обеспечивают поствоспалительные репаративные процессы, стимулируют рост и созревание соединительной ткани в очаге воспаления, где количество лаброцитов, особенно в фазе пролиферации, значительно возрастает.
В регуляции воспалительного процесса (особенно аллергического), наряду с лаброцитами и базофилами, значительная роль принадлежит эозинофильным лейкоцитам, которые накапливаются в очаге воспаления благодаря наличию там эозинофильных хемотаксических факторов.
В гранулах эозинофильных лейкоцитов содержатся ферменты, регулирующие развитие анафилактических реакций: арилсульфатаза, участвующая в инактивации медленно реагирующей субстанции анафилаксии; фосфолипаза, обеспечивающая инактивацию фактора, активирующего тромбоциты; коллагеназа, воздействующая на 1-й и 3-й типы коллагена легочной ткани; гистаминаза, инактивирующая гистамин. Эозинофилы содержат катионные белки: эозинофильный катионный белок, обеспечивающий нейтрализацию и связывание гепарина; главный основной протеин участвует в повреждении клеток некоторых паразитов, эозинофильный катионный протеин обладает выраженной гельминтотоксичностью [22, 35].
Эозинофилы могут продуцировать лейкотриены, ФАТ, гликозаминогликаны. На мембране эозинофилов имеются рецепторы к IgG, IgЕ, IgМ, фракциям комплемента С3b С3d, Н1, Н2. Таким образом, эозинофильные лейкоциты играют важную роль в развитии инфекционного и аллергического воспаления.
Как указывалось выше, экстрацеллюлярная соединительная ткань различных органов содержит определенное количество макрофагов, относящихся к системе мононуклеарных фагоцитов. В зависимости от локализации и морфологических особенностей выделяют макрофаги серозных полостей (плевральной, перитонеальной); гистиоциты соединительной ткани; купферовские клетки печени; свободные и фиксированные макрофаги лимфатических узлов, селезенки и костного мозга; альвеолярные макрофаги легких; клетки Лангерганса кожи; клетки микроглии нервной системы; остеокласты. Популяция тканевых макрофагов пополняется за счет притока из крови моноцитов. В тканях происходит дифференцировка моноцитов сначала в незрелый макрофаг, а затем в зрелый. Одновременно в различных органах и тканях имеются резидентные макрофаги, которые заселяют конкретные ткани на ранних этапах развития организма [49, 55].
В очагах острого и хронического воспаления отмечаются интенсивная миграция моноцитов крови в поврежденную ткань и быстрая их трансформация в зрелые воспалительные и экссудативные макрофаги. В первые часы после альтерации в зоне воспаления преобладают экссудативные макрофаги.
В зависимости от структурных и функциональных особенностей зрелые макрофаги подразделяются на две субпопуляции – с преимущественно фагоцитарной и преимущественно секреторной активностью.
Зрелые макрофаги секретируют большое количество (более 100) растворимых биологически активных веществ – монокинов [49,55].
К секреторным продуктам макрофагов относятся различные ферменты (коллагеназа, эластаза, нейтральная протеиназа, активатор плазминогена, кислая фосфатаза, катепсины, рибонуклеазы, эстеразы и др.); ингибиторы ферментов (ингибитор плазмина, a-1-антитрипсин); лизоцим; пропердин; ФНО, окислительные метаболиты (супероксид, перекись водорода и др.); оксид азота; эндогенные пирогены; производные арахидоновой кислоты; факторы, обладающие выраженной опсонинной активностью (фибронектин); цАМФ; белок, связывающий витамин В12. Моноциты-макрофаги играют главную роль в запуске иммунного ответа, обеспечивая презентацию антигена, продуцируя факторы, стимулирующие пролиферацию Т- и В-лимфоцитов и секрецию иммуноглобулинов зрелыми В-лимфоцитами. Макрофаги образуют монокины, стимулирующие пролиферацию эндотелиоцитов, предшественников миелоидного ряда (КСФ), а также монокины, ингибирующие пролиферацию лимфоцитов, опухолевых клеток и вирусов [22, 35].
Таким образом, все цитокинзависимые функции моноцитов/макрофагов можно представить следующими группами:
1) провоспалительная;
2) противовоспалительная;
3) иммуностимулирующая;
4) иммуносупрессивная;
5) гемопоэтическая.
Более детальное описание некоторых монокинов представлено выше.
Роль макрофагов в очаге воспаления заключается также в отграничении очага воспаления, особенно гнойного, и регуляции процессов пролиферации и регенерации поврежденной ткани.
В очаге хронического воспаления тканевые макрофаги трансформируются в эпителиоидные и гигантские многоядерные клетки, которые выполняют преимущественно секреторную функцию.
Эпителиоидные клетки играют регуляторную функцию при образовании гранулем. Экстрацеллюлярная соединительная ткань содержит также лимфоциты и нейтрофильные лейкоциты, количество которых в соединительной ткани возрастает в процессе альтерации и развития воспаления. Нейтрофилы и лимфоциты являются источником биологически активных веществ, участвующих как в реакциях повреждения тканей и микробных агентов, так и в реакциях защиты и отграничения очага воспаления. Лимфоциты, как известно, являются чрезвычайно гетерогенной популяцией клеток. Общеизвестно наличие так называемых В-лимфоцитов и Т-лимфоцитов. В-лимфоциты обеспечивают развитие специфических иммунологических механизмов защиты, аллергических реакций гуморального типа в случае индукции воспалительного процесса различными антигенами бактериально-токсической и неинфекционной природы. Различают В1- и В2-субпопуляции лимфоцитов [20]. В2-субпопуляция проходит дифференцировку на территории костного мозга из стволовой кроветворной клетки. Дифференцировка В2-лимфоцитов характеризуется экспрессией генов одного из 5 классов иммуноглобулинов, а также мембранных CD-молекул, характерных для В-лимфоцитов, в частности, CD9, CD21, CD23, CD35, обеспечивающих рецепцию белков системы комплемента и развитие иммунного ответа на антигенную стимуляцию. Для обеспечения иммунного ответа В2 субпопуляцией лимфоцитов необходимо их взаимодействие с антигенпредставляющими клетками, а также Т-лимфоцитами. В1-субпопуляция лимфоцитов характеризуется тем, что еще в эмбриональном периоде клетка предшественник В-лимфоцитов покидает костный мозг, и их дифференцировка и физиологическая регенерация осуществляются в плевральной и брюшной полостях. Отличительный мембранный маркер В1-лимфоцитов – молекула CD5. В1-лимфоциты продуцируют в основном иммуноглобулины класса М с широкой перекрестной реактивностью без взаимодействия с Т-лимфоцитами. Т-лимфоциты представлены 8 большими функционально различающимися субпопуляциями и некоторым количеством минорных субпопуляций, имеют на клеточной мембране маркер CD3. Часть Т-лимфоцитов проходит дифференцировку в тимусе, часть Т-лимфоцитов с рецептором gd дифференцируется в основном экстратимически в барьерных тканях, преимущественно в слизистой желудочно-кишечного тракта. В зависимости от функциональной значимости выделяют субпопуляцию Т-хелперов, на мембране которых экспрессирована молекула CD4. В то же время в последние годы выделяют несколько субпопуляций Т-хелперов: Т-хелперы-0, Т-хелперы-1, Т-хелперы-2, Т-хелперы-3, отличающиеся по характеру продукции тех или иных цитокинов. Так, Т-хелперы-0 экспрессируют с невысокой интенсивностью гены всех цитокинов, Т-хелперы-1 продуцируют интерферон, ИЛ-2, ФНО. Т-хелперы-2 в процессе иммунного ответа продуцируют ИЛ-4, ИЛ-5, ИЛ-10, ИЛ-13. Т-хелперы-3 интенсивно продуцируют ИЛ-4, ИЛ-10, трансформирующий фактор роста b. Последний является важнейшим фактором супрессии иммунного ответа. Т-лимфоциты с фенотипом CD8, называемые ранее Т-супрессорами, предназначены для дифференцировки в цитотоксические лимфоциты на фоне антигенной стимуляции.
Касаясь значимости нейтрофилов в развитии различных форм патологии, в частности, воспалительной природы, следует остановиться на некоторых особенностях этой популяции клеток. Как известно, помимо существования костномозгового, циркулирующего, маргинального и тканевого пулов нейтрофилов, сходных по морфологическим признакам, выделяют несколько функционально различных субпопуляций указанных клеток, причем отличительными признаками различных субпопуляций нейтрофилов являются уровень окислительного метаболизма, экспрессия тех или иных рецепторов, способность связывать моноклональные антитела и др. [4, 27, 57].
Помимо общепризнанной фагоцитарной активности нейтрофилов в последнее время выдвигается концепция о посреднической роли нейтрофилов между ЦНС и соединительной тканью. Как известно, на поверхности нейтрофилов обнаружены рецепторы к различным нейрогормональным и иммунным стимулам [4, 22, 35, 40, 4],
в частности, к норадреналину, ацетилхолину, кортикостероидам, тироксину и др. Нейтрофилы обладают способностью продуцировать комплекс медиаторов воспаления – дефензины, простагландины, тромбоксаны, биооксиданты, лейкотриены, иммуномодуляторы [1, 3, 4]. Медиаторы нейтрофилов обеспечивают внутрипопуляционную кооперацию клеток, процессы миграции и секреции. Одним из основных факторов токсического воздействия нейтрофилов на ткани в зоне воспаления – являются биооксиданты, образующиеся в процессе респираторного взрыва.
Резюмируя вышеизложенное, следует заключить, что появление в зоне воспаления вышеуказанных медиаторов клеточного и гуморального происхождения в высокоактивной форме сопровождается комплексом биологических эффектов, в частности, развитием сосудистых изменений в зоне альтерации.
Повреждение эндотелиальных клеток сопровождается каскадом реакций, обеспечивающих активацию калликреин-кининовой системы, внутреннего механизма формирования протромбиназной активности, системы фибринолиза, комплемента, а также нарушением комплекса функций, выполняемых эндотелиальными клетка-
ми в норме.
Как известно, эндотелиальные клетки служат важнейшими регуляторами сосудистого тонуса, причем эндотелиальные модуляторы могут образовываться в ответ на гипоксию, резкое напряжение сосудов, воздействие гуморальных факторов – гормонов, активных пептидов [15, 47].
Эндотелиальные модуляторы сосудистого тонуса делятся на две группы:
1) вазодилатирующие (оксид азота, простациклин, недифференцированный гиперполяризующий фактор);
2) сосудосуживающие (эндотелин, тромбоксан А2 и простациклин Н2).
В последние годы особенно важная роль в регуляции сосудистого тонуса в норме и патологии отводится оксиду азота (NO) , являющемуся не только мощным вазодилататором, но и ингибитором агрегации тромбоцитов [37].
Следует отметить, что реализация вазодилатирующего эффекта таких медиаторов воспаления, как гистамин, серотонин, кинины, в определенной мере происходит при участии оксида азота.
Расслабляющее действие NО на гладкомышечные элементы сосудов, как указывалось выше, осуществляется за счет увеличения образования цГМФ, быстро снижающего внутриклеточный уровень свободного Са и инактивирующего миозинкиназу.
В нормальных условиях эндотелиальные клетки поддерживают тромборезистентность поверхности за счет выработки разнообразных антикоагулянтов, антиагрегантов (гепариноподобные протеингликаны, тромбомодулинзависимый белок С, простациклин, оксид азота) и фибринолитических соединений (активаторы плазминогена тканевого и урокиназного типа).
Сосудистый эндотелий постоянно синтезирует вещества, индуцирующие гемостаз, такие как фактор Виллебранда и ингибитор активатора плазминогена. В зоне альтерации поврежденные эндотелиальные клетки могут продуцировать дополнительные прокоагулянтные факторы, в частности, тканевый тромбопластин.
Следует отметить, что эндотелиальные клетки участвуют в иммунном ответе. Под влиянием цитокинов эндотелий выделяет антигены тканевой совместимости класса II, рецепторы к компонентам системы комплемента и являются важным фактором привлечения лейкоцитов в зону альтерации.
Мобилизация лейкоцитов в воспаленную ткань включает три фазы:
1. Отбор с помощью селектинов.
2. Плотную адгезию с помощью интегринов.
3. Трансмиграцию с помощью СД31.
Эндотелиальные клетки в условиях нормы и на фоне развития воспаления играют важную роль в механизмах ангиогенеза, причем следует отметить, что скорость смены эндотелия у взрослых людей низкая. Эндотелий находится под постоянным влиянием различных эндогенных факторов, стимулирующих или ингибирующих ангиогенез.
К ангиогенным факторам относятся щелочные и кислотные факторы роста фибробластов, ангиогенин, ИЛ-8, тромбоцитарный фактор роста, сосудистый эндотелиальный фактор роста, интерфероны-? и ?-, ангиостатин, тромбосподин и др. Повреждение эндотелия или оголение сосуда в зоне альтерации приводит к усиленной гиперплазии или пролиферации гладкомышечных элементов сосудов, что обусловлено усиленной адгезией клеток крови на гладкую мускулатуру, и что в свою очередь снижает образование эндотелием ингибирующих процессов пролиферации субстанций.