Патогенез альтерации

Комплекс изменений, вызванных непосредственным действием повреждающего агента, называют первичной альтерацией.

Авторы не разделяют высказываемого А. Д. Адо и Н. А. Клименко мнения, что: «первичная альтерация не является компонентом воспаления, так как воспаление есть реакция на повреждение, вызванное флогогеном» (1994). Дело в том, что повреждение в патофизиологическом, а не механически-бытовом смысле этого слова не заканчивается, а только начинается в момент соприкосновения ткани с флогогеном. От этого момента и до момента гибели клетки происходит множество патохимических и цитологических событий, описанных выше, в разделе «Повреждение исполнительного аппарата клетки». Более того, некоторые медиаторы воспаления (например, простагландины) освобождаются уже в самый момент повреждения клетки, под действием первичного повреждающего агента. Следовательно, то, как именно флогоген повреждает и составляет механизм первичной альтерации. У разных флогогенов он, как показано выше, может значительно отличаться, но имеет типовые черты.

Однако, можно согласиться с мнением, что «практически, первичные и вторичные альтеративные явления трудно отделимы друг от друга» (А. Д. Адо. Н. А. Клименко 1994). При желании первичную альтерацию можно дидактически отнести не к теме «Воспаление», а к иному разделу курса. Так, собственно, мы и поступили. Сведения о механизмах альтерации, приведенные выше, избавляют от необходимости повторов. При первичной альтерации имеют место все закономерности. описанные выше, включая дистрофические процессы, некробиоз, некроз и апоптоз клеток. Повреждение прямо провоцирует ацидоз. Накопление ионов калия в очаге воспаления. нарастание числа внеклеточных молекул и повышение осмотического давления в тканях. [285]

Результатом повреждения нервных окончаний могут быть боль, спазм сосудов, а при прекращении проведения возбуждения по вазоконстрикторным нервным волокнам, вследствие их травматического пересечения, возможно возникновение нейропаралитической артериальной гиперемии.

Вторичная альтерация

Продукты первичной альтерации и клетки-участники воспаления могут вызвать вторичное самоповреждение тканей.

Существуют гуморальные и клеточные агенты вторичной альтерации. Деление это — не вполне строгое, так как многие цитотоксические медиаторы (в частности, кислородные радикалы, лизосомальные гидролазы, дефензины) могут действовать как внутри соответствующих клеток-продуцентов (в фаголизосоме), так и снаружи (при экзоцитозе, дегрануляции и разрушении клеток). Далеко не все медиаторы, в принципе, способны разрушать ткань и убивать клетки. Например, биогенные амины и медиаторы арахидонового каскада имеют другие патобиологические «задачи» и больше влияют на процессы экссудации и пролиферации. Гуморальные агенты вторичной альтерации по своему первичному назначению служат бактерицидными и цитоцидными медиаторами для уничтожения агентов, вызвавших воспаление. Но так как их действие не отличается высокой избирательностью, (а также, в связи с внутриклеточной локализацией многих патогенов), эти цитотоксические и литические молекулы принимают участие и в самодеструкции ткани.

Важнейшими гуморальными агентами вторичной альтерации аутокоиды:

1.  Активные кислородные и кислород-галогеновые радикалы освобождаемые при гибели клеток в результате первичного повреждения и при экзоцитозе (подробно охарактеризованы выше в разделе «Механизмы свободно-радикального некробиоза»). Данный механизм не избирателен, и защита собственных клеток от его пагубного действия определяется потенциалом и активностью антиоксидантной системы (см. с. 189).

2.  Оксид азота , который, в принципе, также является кислородсодержащим активным радикалом, выделяется активированными макрофагами и эндотелиальными клетками в результате метаболизма аргинина и оказывает мощный неселективный цитотоксический эффект, как на клетки паразитов и бактерий, так и на собственные клетки.

3.  Конечный продукт активации комплемента — комплекс мембранной атаки С₅-С₉, способный нарушать целостность мембран клеток. Избирательность этой эффекторной системы обеспечивается иммуноглобулинами, так как комплемент активируется на клетках, помеченных антителами или иммунными комплексами (см. раздел «Иммунный ответ и его нарушения»). Полимеризация факторов мембранной атаки ведет к формированию горообразных структур, являющихся своего рода порами, через которые внутрь клетки проходит кальций, запускающий процессы", описанные выше, в разделе, посвященном механизмам гибели клетки.

4.  Гидролитические ферменты лизосом (нейтральные и кислые протеазы, липазы, гликозидазы, фосфатазы), освобождаемые при некробиотической гибели клеток и при экзоцитозе и способные разрушать компоненты межклеточного вещества, мертвые клетки и компоненты их поверхностного аппарата. Видоизмененные лизосомы гранулоцитов формируют так называемые гранулы. Большая часть лизосомальных гидролаз освобождается из крупных азурофильных гранул а некоторые (коллагеназа, щелочная фосфатаза) — из мелких специфических (вторичных) гранул. Нейтральные протеазы (коллагеназа, эластаза, катепсины, желатиназа) могут разрушать коллаген, эластин, базальные мембраны, фибрин межклеточного вещества, а также активировать полипептидные каскадные медиаторные системы, например, сторожевую полисистему плазмы {11}. Кислые протеазы способны разрушать гликопротеиды и протеогликаны, а гликозидазы — гликозаминогликаны основного вещества соединительной ткани и компоненты бактериальных клеточных стенок. [286]

Относящийся к последней группе фермент мураминидаза имеется в обеих типах гранул. Он известен под названием лизоцим, со времен А. Флеминга (1922), чихнувшего как-то раз на чашку Петри с бактериальными культурами и заметившего на следующий день фокальный лизис микроорганизмов, подвергшихся действию его слюны. Лизоцим гидролизует мурамилглюкозамин у грам-положительных бактерий, но может повреждать и другие пептидогликаны. Особую роль играют маркерные гидролазы тучных клеток и базофилов — триптаза, активирующая путем ограниченного протеолиза кининовую систему и химаза (см. ниже главу «Анафилактические реакции»), разрушающая хондроитинсульфаты сосудистой стенки, а, возможно, также устраняющая хондроитинсульфат А, ослабляющий действие перфорина при киллинг-эффекте клеточной цитотоксичности. В то же время, показано, что лизосомальные ферменты не способны сами разрушать интактную клеточную стенку бактерий, что заставило переоценить их роль в бактерицидных событиях, где они, скорее, потенцируют действие более мощных агентов альтерации — активных кислородных радикалов. Действие большинства лизосомальных ферментов (например, гликозидаз и некоторых протеаз) требует кислой среды что повышает их роль в разгар воспаления, при ацидозе.

5.  Фактор некроза опухолей (ФНО), продукт активированных макрофагов и Т-лимфоцитов (см. ниже раздел «Цитокины при воспалении») способен вызывать апоптоз и некроз опухолевых, а в высоких концентрациях — и некоторых собственных клеток, например, гепатоцитов. Вместе с интерлейкином-1 и γ-интерфероном, данный цитотоксический агент усиливает генерацию в очаге воспаления оксида азота и других активных кислородсодержащих радикалов. ФНО имеет две разновидности — α, известную как кахексин и β, ранее называвшуюся лимфотоксин. Кахексин выделяется, преимущественно, макрофагами, а также Т-лимфоцитами, микроглией и адипоцитами и сочетает местное цитотоксическое действие с мощным системным эффектом при проникновении в кровоток. Это делает его ведущим медиатором преиммунного ответа и септического шока, а также кахексии. Лимфотоксин, в основном, медиатор цитотоксических лимфоцитов и макрофагов, обеспечивающий один из механизмов клеточного киллинг-эффекта.

6. Катионные антибиотические белки — представляют собой группу протеинов, богатых аргинином и цистеином. Вследствие своего специфического состава, они обладают наибольшей активностью при нейтральных значениях рН, что позволяет им действовать в раннюю стадию бактерицидных и цитотоксических эффектов, до развития ацидоза. Эти агенты представлены в макрофагах и, особенно, в азурофильных гранулах нейтрофилов и имеют, очевидно, лизосомальное происхождение. При экзоцитозе и разрушении фагоцитов, они способны действовать внеклеточно. Катионные белки встраиваются в мембраны клеток-мишеней и повышают их ионную проницаемость, формируя ионный канал, наподобие некоторых антибиотиков. Они активны против грам-отрицательных и некоторых грам-положительных бактерий но могут, как предполагается, повреждать и собственные клетки, в том числе, зараженные вирусами. Побочным эффектом их действия служит повышение сосудистой проницаемости. Важным семейством катионных белков, активных в щелочной среде являются дефензины. Помимо этого имеются аналогичные белки, активные в нейтральной среде и комбинирующие свой цитотоксический эффект со свойствами нейтральных протеаз (например, эластинолитической активностью). Среди них выделяются, преимущественно, нейтрофильные белки азуроцидин и катепсин G, сочетающие бактерицидные потенции в отношении грам-негативных микробов с эластинолитической активностью.

7. Эозинофильные цитотоксические белки (катионный белок эозинофилов и главный основной белок эозинофилов). Эти агенты, при относительно низкой бактерицидной активности, [287] обладают способностью повреждать и убивать паразитов, в частности, гельминтов и их личинок. Однако, они неспецифичны и могут вызывать гибель собственных клеток, соседних с разрушенным при воспалении или подвергшимся дегрануляции эозинофилом, являясь, возможно, существенно более аутопатогенными, чем близкие к ним дефензины и азурофилин нейтрофилов. Молекулярная мимикрия макропаразитов делает паразитарные мишени цитотоксических белков весьма похожими на собственные компоненты клеток хозяина (см. раздел «Иммунный ответ»). Возможно, этим и объясняется аутопатогенное действие эозинофильных противогельминтных белков. Благодаря цитотоксическим белкам, эозинофилы могут участвовать в К-клеточном эффекте.

8. Лактоферрин — бактерицидный белок нейтрофилов, действие которого основывается на связывании в нейтральной и кислой среде железа. При этом бактериальные клетки теряют способность размножаться и испытывают блокаду железозависимых ферментов, в том числе, окислительных. Лактоферрин — компонент специфических гранул нейтрофилов. Он секретируется в тканевую жидкость и в грудное молоко. Лактоферрин — редкий пример бактерицидного агента, токсически действующего на объекты фагоцитоза в фаголизосоме, но для своих клеток оказывающегося цитопротектором, поскольку, действуя внеклеточно, он уменьшает проникновение железа в очаги воспаления и ослабляет интенсивность разветвления цепных свободнорадикальных реакций (см. выше раздел «Механизмы свободнорадикального некробиоза»). Гуморальные механизмы вторичной альтерации могут быть связаны и с действием аутоантител. При этом аутоантитела могут опосредовать свое разрушающее действие через другой гуморальный агент — комплемент, индуцируя в качестве опсонинов аутофагоцитоз, но могут провоцировать и антителозависимые механизмы клеточной цитотоксичности (см. с. 288). Защищаясь от экзогенных агентов первичной альтерации — микроорганизмов, иммунная система выбирает в качестве мишеней такие важные компоненты бактерий, как белки теплового шока (БТШ). Теоретически, это должно эффективно ослаблять резистентность бактериальных клеток к повреждению.

Но структура БТШ высококонсервативна и унаследована человеческими клетками от первоорганизмов почти без изменений. Поэтому, иммунная защита, направленная на подобные мишени, чревата аутоаллергическим самоповреждением из-за перекрестного действия антител на собственные БТШ (с. 146-147).

Аутоантитела к факторам комплемента, отмеченные как при воспалениях, так и в норме получили название «иммуноконглютинины». Они могут усиливать комплементзависимые литические процессы.

Доказано, что некоторые антитела в эксперименте сами вызывают апоптоз клеток-мишеней. Обнаружены иммуноглобулины с ферментативными свойствами, проявляющие активность гликозидаз, топоизомеразы, пептидазы и даже ДНК-азы, которые могут возникать у больных аутоиммунными заболеваниями соединительной ткани по идиотип-антиидиотипическому механизму, как антитела против аутоантител к активным центрам соответствующих ферментов (A. M. Шустер и соавт. 1992). Однако неизвестно, воспроизводятся ли реально подобные механизмы альтерации при аутоиммунном воспалении.

Наряду с гуморальными механизмами вторичной альтерации, исключительную роль, особенно, при гиперергических реакциях замедленного типа, то есть при продуктивном хроническом гранулёматозном воспалении, играют клеточные механизмы самоповреждения.

Среди них выделяют:

• Нейтрофильный и макрофагальный фагоцитоз, при котором фаголизосома использует для цитотоксического или бактерицидного эффекта многие из гуморальных агентов, перечисленных выше, находящиеся в ней в высоких концентрациях (кислородные и галогеновые радикалы, гидролазы, дефензины, лактоферрин, азуроцидин). По некоторым [288] данным, фагоциты могут применять для этой цели и мочевину. Фагоцитоз, как способ вторичной альтерации, направляется, в частности, опсоническим действием антител и фрагментов комплемента (C_3b и C_3d). Его повреждающее действие распространяется на окружающую мишени фагоцитов ткань из-за экзоцитоза и гибели фагоцитов, особенно, нейтрофилов и тромбоцитов, не выдерживающих собственного окислительного удара. Если объект (например, макропаразит или инородное тело) фиксирован в тканях или не может быть поглощен из-за соотношения его размера с размером фагоцита (такого маленького, как тромбоцит), то наступает так называемый фрустрированный фагоцитоз, отличающийся необычайно сильным экзоцитозом медиаторов и альтерацией объекта и соседней зоны ткани.

• Клеточно-опосредованная цитотоксичность. Кроме внутриклеточного фагоцитарного механизма вторичной альтерации существуют и такие клеточные альтеративные механизмы, которые не требуют поглощения клетки-мишени. Они известны под собирательным названием «клеточно-опосредованная цитотоксичность» и могут быть условно разделены на антителозависимую и неантителозависимую разновидность. Жертвами клеточной цитотоксичности при воспалении могут быть не только опухолевые клетки и клетки трансплантатов, но и бактериальные клетки, клетки, зараженные вирусами и иными внутриклеточными паразитами, а также собственные интактные клетки организма (при аутоиммунном воспалении, например, тироидите Хашимото).

В осуществлении этого механизма альтерации могут участвовать цитотоксические Т-лимфоциты (Т-киллеры), нормальные киллеры (NK-клетки) и лимфоидные К-клетки, а также макрофаги. При этом, по крайней мере, некоторые клетки, например, нормальные киллеры, способны к обоим типам цитотоксичности.

• Антителозависимая клеточная цитотоксичность осуществляется профессиональной группой К-клеток.

К-клетки — условное название клеточных элементов любого происхождения (Т-лимфоцитов, естественных киллеров, макрофагов и даже эозинофилов), имеющих Fc-рецептор к иммуноглобулинам любого класса (чаще, G и Е) и способных реализовать альтерацию путем антитело-опосредованного прикрепления к клетке-мишени и фокального цитотоксического удара. Поверхностный Fc-рецептор К-клетки распознает антитело, прикрепленное к клетке-мишени и обеспечивает контакт, необходимый для убийства. Способ убийства зависит от гистологической принадлежности К-клетки.

Особенно выраженная альтерация возникает с использованием К-клеточного эффекта в ходе гиперэргического анафилактического воспаления, когда иммуноглобулины Ε вызывают выделение из тучных клеток эозинофильного хемотактического фактора и К-клетками служат активированные эозинофилы пониженной плотности. Как показано ниже в разделе «Анафилактические реакции», большую роль в провокации такого гиперальтеративного эффекта имеют Т-хелперы второго типа и секретируемые ими стимуляторы продукции иммуноглобулинов Ε и цитотоксической активации эозинофилов — интерлейкины (ИЛ-5 и ИЛ-4).

При антителонезависимой разновидности клеточной цитотоксичности клетка-мишень или вирусные антигены на ней опознаются различными киллерами.

Т-киллеры дают весьма избирательную альтерацию, так как опознают мишени Т-клеточным антигенным рецептором в контексте соответствующего белка ГКГС. 90% цитотоксических Т-лимфоцитов имеют CD₈-pецептор и, поэтому, рестриктированы антигенами ГКГС 1 класса, что позволяет им реагировать на инфицированные клетки любой ткани, так как эти белки экспрессируются всеми ядерными клетками организма. При альтерации трансплантированных клеток роль Т-киллеров, а также представляющих антиген трансплантата «пассажирских клеток» донора, особенно велика. [289]

Интересно, что до 10% цитотоксических Т-лимфоцитов СD₄-положительны и, следовательно, опознают свои мишени в контексте антигенов ГКГС 2 класса. Активатором Т-киллеров служит ИЛ-2.

Естественные киллеры (NK-клетки или нуль-клетки) — это клеточные элементы с морфологией больших гранулярных лимфоцитов, которые, однако, лишены как поверхностных иммуноглобулинов, так и Т-Клеточных антигенных рецепторов (антигенов CD3). Это не позволяет отнести их к Т- или к В- лимфоцитам. Маркером этих клеток считается поверхностный Fc-рецептор иммуноглобулинов G (антиген CD₁₆). Хотя некоторые авторы указывают на наличие у них антигена CD₂, характерного для лимфоидных клеток, другие подчеркивают, что нуль-клетки имеют, по крайней мере, у грызунов, поверхностные ганглиозиды, роднящие их с клетками миелоидного ряда. Возможно, это отдельная клеточная линия. Так или иначе, но они являются, по-видимому, важной линией первичной защиты при вирусных инфекциях и клональных опухолевых процессах, так как способны без предварительной сенсибилизации и вне зависимости от ПСГС-рестрикции распознавать и подвергать альтерации зараженные вирусами и опухолевые клетки.

Специальный рецептор естественного киллера (NK-клетки) опознает клетку-мишень без участия антигенов ГКГС, по неизвестным поверхностным белкам. Часть естественных киллеров сильно активизируется под воздействием интерлейкина-2 и ФНОα и превращается в клетки повышенного цитотоксического потенциала, известные как лимфокин-активированные киллеры. Имеются попытки использовать такие клетки в терапии злокачественных болезней.

Способы распознавания, участвующие в клеточной цитотоксичности, не приурочены к каким-то отдельным клеточным типам, поэтому миелоидные и лимфоидные агенты клеточной цитотоксичности могут комбинировать различные пути распознавания объектов атаки. Вспомогательную роль в обеспечении контакта атакующей клетки и ее жертвы играют молекулы клеточной адгезии (см. ниже).

Способы убийства при цитотоксических клеточных взаимодействиях варьируют, и считается даже, что один клеточный тип может использовать несколько механизмов киллинга.

Наиболее хорошо изучен перфориновый механизм киллерного эффекта, представленный в классическом виде при неантителозависимой цитотоксичности. Гранулы естественных киллеров и многих Т-киллеров содержат мономерную форму белка перфорина, который напоминает по структуре С₉-фрагмент комплемента и его активатор — серинэстеразу. После контакта с клеткой-мишенью альтерации содержимое гранул освобождается и перфорин формирует тороподобные структуры в мембране мишени. Через образованные поры кальций проникает в клетку-мишень и запускает процесс апоптоза. Киллер выживает при летальном контакте, так как имеет в мембране антиперфориновый фактор («протектин») , оказавшийся, по некоторым сведениям, противовоспалительным медиатором хондроитинсульфатом А.

Другой предполагаемый механизм киллинга заключается в инъекции цитотоксической клеткой содержимого своих лизосом и пероксисом в клетку-мишень через каналы или цитоплазматические мостики. Он, возможно, представлен и у лимфоидных, и у миелоидных агентов вторичной альтерации. При этом мишень подвергается атаке практически всех гуморальных агентов альтерации, вплоть до комплемента, активатор которого СЗа может выделять макрофаг.

Наконец, цитотоксические макрофаги, нуль-клетки и Т-киллеры способны обрабатывать клетки-мишени лимфотоксином, кахексином и цитотоксическим НК-фактором, которые осуществляют отсроченный киллерный эффект с участием кальция, но без перфорина, и опосредуют его через рецепторную индукцию апоптоза. Мощным синергистом этих агентов является γ-интерферон, действующий, как блокатор нуклеинового синтеза в клетке-мишени. Существуют и иные способы [290] клеточного киллинга, не зависящие ни от перфорина, ни от кальция.

При альтерации повреждаются не только клетки. Характерная реакция межклеточного матрикса на повреждение заключается в дезорганизации основного вещества соединительной ткани (лизисе протеогликанов и гиалуроновой кислоты). Ослабляются цементирующие свойства этих компонентов, повышается дисперсность межклеточных коллоидов и их гидрофильность. Увеличивается проницаемость основного вещества. Сходные изменения претерпевают коллагеновые и эластические волокна. Большое значение при этом имеют ферменты, вырабатываемые фагоцитами, а также активированными фибробластами, синовиоцитами и некоторыми эпителиальными клетками. Коллаген деградирует под влиянием сериновых протеаз (плазмин, кининогеназы, катепсин G, эластаза нейтрофилов) и, особенно, при воздействии цинк-зависимых металлопротеаз (тканевой коллагеназы, расщепляющей волокнистый коллаген, желатиназы, разрушающей аморфный коллаген, в частности, базальных мембран, а также стромализинов, деградирующих аморфные коллагены, коллаген-ассоциированные адгезивные белки и протеогликаны). Большой вклад в это вносят химаза и триптаза тучных клеток. Многие цитокины (ФНОα, ИЛ-1), факторы роста тромбоцитов, фибробластов, эпидермиса (см. табл. 11) — стимулируют лизис коллагена и аморфного вещества, а трансформирующий фактор роста β и глюкокортикоиды ингибируют эти процессы. В норме активность упомянутых литических ферментов минимальна и хорошо контролируется. Так, коллагеназы секретируются в форме неактивного профермента, а также сдерживаются тканевыми ингибиторами металлопротеаз (в частности, гликопротеидным ингибитором с м. в. 45 кД). В острую фазу воспаления такие медиаторы, как гипохлорит и плазмин, активируют проколлагеназы, а продукция мезенхимальными клетками ингибиторов протеаз снижается (Л. М. Матрисян, 1990).

Картины альтерации межклеточного вещества соединительной ткани известны в патологической анатомии как мукоидное и фибриноидное набухание, а далеко зашедшая стадия его альтерации — как фибриноидный некроз (А. Н. Струков, 1974).

Важным результатом первичной альтерации является синтез и активация ряда медиаторов воспаления (см. ниже), в частности, арахидоновых производных, компонентов сторожевой полисистемы плазмы крови, биогенных аминов, а также освобождение продуктов повреждения и метаболитов, которые, в совокупности, ответственны за сосудистую реакцию при воспалении и начало экссудации.