3 курс / Патологическая физиология / Воспаление

Medicine Books (https://vk.com/medicinebook)

Глава 3. Воспаление и репарация

I.Острое воспаление (ОВ)

1.Определение ОВ

1.1.Определение – кратковременный и ранний ответ на повреждение, характеризующийся высвобождением химических медиаторов и ведущий к типовому ответу со стороны сосудов мелкого калибра и лейкоцитов;

1.2.Не является синонимом инфекционного процесса.

2.Основные проявления воспаления (рис. 3.1):

2.1.Rubor и calor – краснота и местное повышение температуры, обусловленные гистамининдуцированным расширением сосудов;

2.2.Tumor – припухлость:

Благодаря гистамин-индуцированному расширению артериол;

Механизмы схожи с образованием обычного отека, в связи с повышением количества жидкости в интерстициальном пространстве.

2.3.Dolor – боль, связанная с простагландином Е2 (PGE2), способным повышать чувствительность специальных нервных окончаний к воздействию брадикинина и других болевых медиаторов;

2.4.Functio leasa – нарушение функции.

3.Этиология ОВ

3.1.Различные инфекции (вирусные или бактериальные);

3.2.Иммунологические реакции (н. реакция на укус пчелы);

3.3.Другие факторы, включающие: тканевой некроз (острый инфаркт миокарда), травматические повреждения, ожоги и обморожения, воздействие инородных тел (н. деревянная заноза и т.д.).

4.Последовательность сосудистых реакций при ОВ

4.1.Вазоконстрикция артериол, возникает рефлекторно и продолжается несколько секунд;

4.2.Вазодилятация артериол

Гистамин и другие вазодилятаторы (н. оксид азота) вызывают расслабление гладких мышц сосудистой стенки и, тем самым, увеличивают кровоток в сосуде. Как правило, гистамин высвобождается из тучных клеток, которые расположены в интерстиции вокруг небольших сосудов (рис. 3-2).

Увеличение кровотока в сосуде приводит к росту гидростатического давления (ГД) в просвете венул.

4.3.Повышение венозной проницаемости

Гистамин и другие медиаторы вызывают сокращение эндотелиоцитов в венулах, что приводит к появлению между клетками промежутков и обнажению базальной мембраны. Почему именно в венулах? Межклеточные связи у эндотелиальных клеток в венулах слабее, чем в артериолах.

Транссудат (жидкость с пониженным содержанием белков и клеток) проходит через интактную базальную мембрану в интерстициальное пространство за счет повышения ГД.

4.4.Отек ткани (припухлость). Лимфатические сосуды не справляются с отводом избытка интерстициальной жидкости, что и приводит к отеку ткани.

4.5.В конечном итоге, происходит снижение кровотока, что связано со сдавлением сосудов отечной жидкостью.

5.Последовательность клеточных реакций при ОВ (рис. 3-3), в первую очередь, описана для нейтрофилов на примере бактериальной инфекции.

5.1.Нейтрофилы являются главным действующим звеном при ОВ (рис. 3-4)

В циркулирующей крови, нейтрофилы разделены на циркулирующий пул и краевой пул, прикрепленный к эндотелию;

Medicine Books (https://vk.com/medicinebook)

гной желтоватого цвета с большим количеством нейтрофилов.

У людей европеоидной и азиатской рас, количество нейтрофилов в каждом пуле примерно равно. У лиц негроидной расы, количество нейтрофилов в краевом пуле больше;

В кровеносных сосудах небольшого диаметра, циркулирующий пул нейтрофилов располагается в центральном осевом потоке;

Пул циркулирующих нейтрофилов можно оценить при проведении общего и клинического анализа крови с помощью гематологического анализатора или при мазках периферической крови;

Распределение нейтрофилов в этих пулах может быть изменено при активации/дезактивации молекул адгезии нейтрофилов (см. ниже).

5.2.Маргинация нейтрофилов

При ОВ, эритроциты агрегируют между собой, образуя «монетные столбики» в венулах. Это происходит благодаря фибриногену, образующемуся в печеночных клетках;

Появление «монетных столбиков» приводит к сдвигу нейтрофилов из центрального осевого потока на периферию. Этот процесс и называется маргинацией. Очень важно, отличать процесс маргинации нейтрофилов от краевого (маргинального) пула нейтрофилов;

5.3.Перекатывание нейтрофилов

Перекатывание нейтрофилов по эндотелиальной выстилке связано с появлением на клетках специальных молекул адгезии, н. селектина;

Селектины являются углевод-связывающими молекулами адгезии;

L-селектин располагается на лейкоцитах (н. на нейтрофилах), а E- и P-селектин на эндотелиальных клетках венул:

o Р-селектин продуцируется тельцами Уэйбеля-Палада в венулярных эндотелиоцитах;

o Тельца Уэйбеля-Палада являются «фактором склеивания» эндотелиоцитов, так как они продуцируют Р-селектин для адгезии лейкоцитов, и фактор Виллебранда для адгезии тромбоцитов.

Medicine Books (https://vk.com/medicinebook)

Рис 3-3: Перемещения нейтрофилов при остром воспалении. Перекатывание клетки по поверхности эндотелия активируется селектинами (адгезионные молекулы), которые плотно связываются с активированными β2-интегринами (CD11a:CD18) на поверхности нейтрофилов. После этого, нейтрофилы мигрируют сквозь базальную мембрану венул в окружающую ткань. При этом, в ткань выходят не только нейтрофилы, но и богатая белками плазма крови, образуя экссудат. Находящиеся в межклеточном пространстве хемоаттрактанты, направляют нейтрофилы в очаг воспаления.

Интерлейкин-1 (ИЛ-1) и фактор некроза опухоли (ФНО) стимулируют выработку лигандов для селектина на поверхности нейтрофилов и выброс селектиновых молекул на поверхности эндотелия венул – Е- и Р-селектинов (рис. 3-5);

Образующаяся связь между нейтрофилами с Е- и Р-селектинами на поверхности эндотелия венул слабая и непостоянная. Это приводит к постоянному перекатыванию нейтрофилов на поверхности клеток (циклы прилипанияотлипания, прилипания-отлипания и т.д.).

5.4.Экспрессия нейтрофилами β2-интегринов, обеспечивает их крепкую адгезию на эндотелиоцитах, имеюшихлиганды для интегринов.

Активация нейтрофильных β2-интегринов (CD11a:CD18)

oРасположенные на нейтрофилах β2-интегрины взаимодействуют с соответствующими лигандами на эндотелиоцитах венул (см. позже; рис. 3-

5);

o β2-интегрины активируются с помощью C5a и лейкотриенаB4 (LTB4);

oКатехоламины и кортикостероиды ингибируют процесс активации β2интегринов. Подобное ингибирование приводит к повышению количества нейтрофилов в периферической крови (нейтрофильный лейкоцитоз). Данное явление связано с откреплением нейтрофилов из краевого пула и их переходом в циркуляцию;

oЭндотоксины усиливают активацию β2-интегринов на нейтрофилах. Подобное явление приводит к снижению количества нейтрофилов в периферической крови (нейтропения), что связано с переходом клеток из циркулирующего пула в краевой.

Активация молекул адгезии (лигандов для интегрина) на эндотелиальных клетках

oИЛ-4 и ФНО активируют внутриклеточные молекулы адгезии (ICAM) и молекулы адгезии сосудистых клеток (VCAM) на эндотелии венул;

oАктивированные ICAM прикрепляются к активированным β2-интегринам на нейтрофилах, обуславливая их прочное прикрепление к венулярному эндотелию;

o АктивированныеVCAM связывают β1-интегрины на эозинофилах, моноцитах и лимфоцитах.

Заболевания, связанные с дефицитом адгезии лейкоцитов (ДАЛ) o Связанны с аутосомально-рецессивным насследованием;

Medicine Books (https://vk.com/medicinebook)

Рис 3-4: Острое воспаление. Гистологический препарат ткани легкого с бронхопневмонией. Видно большое количество нейтрофилов с сегментированными ядрами. Между клетками находится большое количество окрашиваемого в розовый цвет экссудата, богатого белками и клетками.

Рис 3-5: Последовательность событий при миграции лейкоцитов из крови в очаг инфекции. В очаге инфекции, макрофаги и дендритные клетки после контакта с бактериями, выделяют цитокины (н. фактор некроза опухоли (ФНО) и интерлейкин-1 (ИЛ-1)). Данные цитокины активируют эндотелиальные клетки рядом расположенных венул, стимулируя продукцию ими молекул селектинов, лигандов для интегринов, а так же ряда хемокинов. Селектины обеспечивают слабое взаимодействие эндотелиоцитов с нейтрофилов, и последние перекатываются по эндотелиальным клеткам. Интегрины обеспечивают плотный контакт между указанными клетками, а хемокины, в свою очередь, активируют нейтрофилы и стимулируют их миграцию через эндотелий в очаг инфекции. Моноциты крови и активированные Т-лимфоциты мигрируют в очаг инфекции по схожим механизмам. PECAM-1, platelet/endothelialcelladhesionmolecule 1.

Medicine Books (https://vk.com/medicinebook)

oДАЛ 1 типа возникает при дефиците β2-интегринов (CD11a:CD18). CD – кластер дифференцировки;

oДАЛ 2 типа возникает при дефиците селектинов на эндотелиальных клетках, которые в норме связывают нейтрофилы.

oКлинические признаки

Манифестация связана с задержкой отделения пуповины (в норме происходит в конце второй недели постнатального развития ребенка). Ферменты нейтрофилов играют важнейшую роль в этом процессе. При гистологическом исследовании, в сосудах и в интерстиции не наблюдается нейтрофилов;

Помимо этого, возникают частые гингивиты, отмечается замедленное заживление ран и нейтрофильный лейкоцитоз (отсутствие маргинального пула нейтрофилов).

5.5.Трансмиграция (диапедез) нейтрофилов

Нейтрофилы проходят между эндотелием венул и через базальную мембрану (выделяя коллагеназу IV типа) и входят в интерстициальную ткань;

Параллельно в интерстициальную ткань выходит плазма, богатая белками и клетками (экссудат, гной);

Функции экссудата:

oРазбавление бактериальных токсинов при их наличии;

oОбеспечение опсонизации (за счет IgG и C3b) для облегчения фагоцитоза (см. позже).

5.6.Хемотаксис нейтрофилов

Нейтрофилы двигаются по химическому градиенту хемоаттрактантов к месту локализации инфекционного процесса;

Медиаторы хемотаксиса (хемоаттрактанты) связываются с рецепторами на нейтрофилах – C5a, LTB4, бактериальные продукты и ИЛ-8;

Связывание приводит к высвобождению внутриклеточного кальция и повышению подвижности клеток.

5.7.Нейтрофильный фагоцитоз (рис. 3-6)

Нейтрофильный фагоцитоз – это многошаговый процесс, включающий в себя опсонизацию, поглощение и уничтожение.

Опсонизация

oОпсонины прикрепляются к бактерии или к инородному телу. К опсонинам относят IgG, C3bкомпонент комплемента и ряд других белков

(н. С-реактивный белок). Нейтрофилы имеют к данным молекулам рецепторы на своей поверхности;

oОпсонизация облегчает процесс узнавания нейтрофилами бактерий (и инородных тел) и прикрепление к ним;

oАгаммаглобулинемия Брутона – дефект процесса опсонизации (см. главу 4). При данном заболевании, пре-В клетки не созревают в В-клетки. В результате этого, плазматические клетки, происходящие из В-клеток, отсутствуют и иммуноглобулины (в частности IgG) не секретируются.

Поглощение

oНейтрофилы фагоцитируют бактерий, формируя фагоцитарную вакуоль (фагосому);

oПервичные лизосомы с гидролитическими ферментами сливаются с фагоцитарной вакуолью, образуя фаголизосому;

oПри синдроме Чидьяка-Хигаси (см. главу 2) наблюдается дефект в функционировании микротрубочек, что приводит к нарушению слияния лизосом с фагосомой и образованию фаголизосомы.

Уничтожение бактерий/грибков с помощью системы О2-зависимой миелопероксидазы (МПО) (см. рис. 3-6)

Medicine Books (https://vk.com/medicinebook)

Рис 3-6: Кислород-зависимаямиелопероксидазная система. В фаголизосомах происходит серия биохимических реакций, приводящая к продукции свободного радикала гиплохлорита (хлорка, HOCL.), который разрушает бактерий. Превращение H2O2 в гидроксильный радикал происходит при ипользованииFe2+в качестве источника электронов. Данная реакция носит названия «реакция Фентона». НАДФ-Н образуется с помощью пентозофосфатного шунта, и используется в качестве кофактора для НАДФ-оксидазы, недостаток который наблюдается при ХГБ. Снижение содержания кофакторов НАДФН (н. дефицит глюкоза-6-фосфат дегидрогеназы) приводит к нарушению нормального функционирования кислород-зависимоймиелопероксидазной системы. IgG и C3b являются опсонинами, облегчающими процесс фагоцитирования нейтрофилами и макрофагами.

ХГБ, хронические грануломатозные болезни;Fe2+, двухвалентное железо; GSH, редуцированный глутатион; G6-P, глюкоза-6-фосфат; GSSG, окисленный глутатион; H2O2, перекись водорода; МПО, миелопероксидаза; NADPH, окисленная форма никотинамидадениндинуклеотидфосфата; NADPH, восстановленная форма никотинамидадениндинуклеотидфосфата; OH-, гидроксильный анион; 6PG, 6- фосфоглюконат; SOD, супероксиддисмутаза.

o Система О2-зависимой МПО имеется только в нейтрофилах и моноцитах (отсутствует в макрофагах). МПО – нейтрофильный и моноцитарный лизосомальный фермент;

o Система МПО обладает высокой бактерицидной активностью;

oПродукция супероксидных свободных радикалов (СР):

НАДФ-Н оксидазный комплекс конвертирует молекулярный кислород в супероксидный СР. Данный процесс носит название

респираторного, или оксидативного взрыва.

oПродукция пероксида (H2O2):

Супероксиддисмутаза (СОД) превращает О2 в H2O2;

Определенная часть пероксида превращается в гидроксильный свободный радикал с помощью Fe посредством реакции Фентона (см. главу 2)

oПродукция «белизны» (HOCl.). МПО в фаголизосомах соединяет H2O2 с

ионом Cl, образуя гипохлорный СР (HOCl.), который уничтожает бактерии

и некоторые грибковые микроорганизмы.

oХроническая грануломатозная болезнь (ХГБ) и дефицит МПО, являются

примерами заболеваний, связанных с дефектом в системе О2-зависимой МПО.

Medicine Books (https://vk.com/medicinebook)

Хроническая грануломатозная болезнь (ХГБ) – может носить Х-сцепленный рецессивный характер наследования (65% случаев) или аутосомально-рецессивный характер (30% случаев). Х- сцепленные формы заболевания связанные с мутацией в гене CYBB, кодирующего важный компонент ферментного комплекса НАДФ-Н (система PHOX), что приводит к его дисфункции. Снижение продукции супероксидного радикала приводит к отсутствию респираторного (оксидативного) взрыва. Каталаза-положительные микроорганизмы могут продуцировать H2O2 (н.

Staphylococcusaureus, Nocardiaasteroids, Serratiamarcescens и грибы родов Aspergillus и Candida)

поглощаются, но не уничтожаются, в связи с воздействием каталазы на H2O2, продуцируемую

этими микроорганизмами. В то же время, свое функционирование продолжает МПО, но HOCl. не синтезируется из-за отсутствия H2O2. Однако, каталаза-негативные микроорганизмы (н. представители рода Streptococcus) поглощаются и могут быть уничтожены, так как МПО

комбинирует H2O2 с ионами Cl, образуя HOCl..

Грануломатозное воспаление происходит в тех тканях, где нейтрофилы фагоцитируют бактерии, но не могут уничтожить их. Подобные явления, главным образом, ассоциированы с хроническим воспалением и участием лимфоцитов с макрофагами. Макрофаги сливаются друг с другом, образуя многоядерные гигантские клетки, которые и являются характерной чертой грануломатозного воспаления. Пациенты с ХГБ имеют частые инфекционные заболевания, чаще всего связанные с грибковой микрофлорой и поражением легких (наиболее часто пневмонии), кожи, внутренних органов и костной системы. Классическим скрининг-тестом для ХГБ является тест с с нитросиним тетразолием (ТНБ). В этом тесте, лейкоциты помещаются в специальную пробирку и инкубируются с ТНБ, который приобретает синий цвет в случаи наличия супероксидных СР, что свидетельствует о наличии респираторного (оксидативного) стресса – это положительный тест. ТНБ тест отрицательный при Х-сцепленной форме ХГБ, так как ТНБ не конвертируется в синюю форму, что связан с дисфункцией комплекса оксидазных ферментов НАДФ-Н. Однако, подобный тест имеет низкую специфичность, поэтому замещается на окисление дигидрородамина до флюоресцирующего родамина, что наблюдается при всех вариантах ХГБ. Лечение ХГБ направлено на профилактику и лечение инфекций, и включает в себя трансплантацию костного мозга.

Дефицит миелопероксидозы (МПО) отличается от ХГБ тем, что наблюдается нормальный респираторный взрыв с образованием супероксидного радикала и Н2О2. Однако, нарушения в

работе МПО обуславливает нарушения синтеза HOCl..

oДефицит НАДФ-Н (н. недостаток глюкоза-6-фосфат дегидрогеназы (Г6ФД) приводит к дефектам в бактериоцидной активности:

НАДФ-Н кофакторНАДФ-Н оксидазного комплекса.

Пациенты с Г6ФД очень чувствительны к бактериальным и некоторым грибковым инфекциям, в связи с дисфункцией системы О2-зависимой МПО.

oУничтожение бактерий в нейтрофилах О2-независимой системой:

Кислород-независимые системы уничтожения бактерий связаны с выделением летальных субстанций, содержащихся в лейкоцитарнымх гранулах.

Гранулы содеражат: (а) Лактоферрин (содержится в гранулах нейтрофилов) связывает железо, которое необходимо для нормального бактериального роста и размножения; (б) Главный основной белок (ГОБ) находится в эозинофилах и обладает цитотоксичным действием на гельминтов.

6.Химические медиаторы при ОВ (Таблица 3-2):

6.1.Химические медиаторы находятся в плазме, лейкоцитах, в тканях организма и среди бактериальных производных. Например, медиаторы арахидоновой кислоты продуцируются из мембранных фосфолипидов в макрофагах, эндотелиальных клеток и тромбоцитов (рис. 3-7).

6.2.Они имеют короткий полупериод жизни (от нескольких секунд до минут).

6.3.Обладают местными и системными эффектами. Например, гистамин местно вызывает покраснение, а системно связан с анафилаксией.

Medicine Books (https://vk.com/medicinebook)

Таблица 3-1. Сравнение хронической грануломатозной болезни и дефицита миелопероксидазы

Таблица 3-2. Источники и функции химических медиаторов

6.4.Медиаторы выполняют разные функции:

Расширение сосудов – гистамин, окись азота, ПгI2;

Сужение сосудов – тромбоксан А2 (ТКА2);

Повышение проницаемости венул – гистамин, брадикинин, ЛтC4, ЛтD4, ЛтE4, С3а и С5а (анафилатоксины);

Ощущение боли – ПгЕ2, брадикинин;

Повышение температуры тела - ПгЕ2, ИЛ-1, ФНО;

Хемотаксис – С5а, ЛтB4, ИЛ-8;

Активация синтеза в печени белков острой фазы (БОФ; фибриноген, ферритин, комплемент, гепсидин, С-реактивный белок) – ИЛ-6.

Рис 3-7: Метаболизм арахидоновой кислоты. Арахидоновая кислота получается из мембранных фосфолипидов с помощью фосфолипазы А2. В дальнейшем, она может превращаться в простагландины (Пг) или тромбоксанАав тромбоцитах из ПгН2, являющегося предшественником простагландинов, и в лейкотриены (ЛТ) посредством 5-липооксигеназы. Линолевая кислота, являющаяся ώ-6-ненасыщенной жирной кислотой может участвовать в синтезе арахидоновой кислоты. Фосфолипаза А2 ингибируется кортикостероидами; 5-липооксигеназа – Зилеутоном; рецепторы к ЛТС4, ЛТD4, ЛТЕ4 – Монтелукастом; а циклооксигеназа (ЦОГ) – аспирином и нестероидными противовоспалительными средствами (НПВС). ЦОГ- 1 экспрессируется во многих тканях, в то время как ЦОГ-2 индуцируется различными ростовыми факторами и провоспалительными цитокинами. См. текст и Таблицу 3-2 для более подробного описания.

НПВС – нестероидные противовоспалительные средства; ПгI2 – простациклин.

7.Типы острого воспаления

7.1.Локализация, причины и продолжительность воспаления определяют морфологическую картину воспалительной реакции.

Medicine Books (https://vk.com/medicinebook)

7.2.Гнойное воспаление:

Определение – локализованное воспаление, связанное с размножением гнойпродуцирующих микроорганизмов, таких как S.aureus (н. фурункулы на коже, рис.

3-8А);

S. aureus продуцирует коагулазу, которая расщепляет фибриноген до фибрина, тем самым удерживая бактерии и нейтрофилы в месте воспаления.

7.3.Фибринозное воспаление:

Определение – воспаление с увеличением проницаемости сосудов и отложением фибринового экссудата в тканях (рис. 3-8В).

Чаще всего наблюдается на серозных оболочках: перикард, брюшина или плевра: o При фибринозном перикардите, который может возникнуть в результате

инфаркта миокарда или острой ревматической лихорадки, может быть слышен шум трения листков перикарда (см. Главу 11).

o При фибринозном плеврите, связанном с пневмонией или инфарктом легкого, выслушивается шум трения плевры (см. Главу 17).

o Иногда, после проведения операций на органах брюшной полости, между органами образуются фиброзные спайки. В результате этого, возможно возникновение тонкокишечной непроходимости (см. Главу 18).

7.4.Серозное воспаление:

Определение – воспаление с большим количеством водянистого экссудата, в котором мало белковых молекул, в том числе и фибриногена.

Примеры – волдыри при ожогах второй степени, вирусные плевриты.

7.5.Псевдомембранозное воспаление:

Определение – повреждение слизистых оболочек в результате воздействия токсинов ряда бактерий, приводящее к появлению мембранозных образований, состоящих из некротизированной ткани.

Примеры:

o Псевдомембранозный колит, вызываемый Clostridium difficile (рис. 3-8С);

oОбразование псевдомембран в гортани и трахеи при инфицировании

Corynebacterium diphtheria (рис. 17-5D).

8.Роль лихорадки при остром воспалении:

8.1.Кривая связывания кислорода (КСК, см. главу 2) сдвигается вправо. Это приводит к увеличению доставки кислорода к тканям, что важно для системы О2-зависимой миелопероксидазы.

8.2.Повышение температуры неблагоприятно для бактерий и вирусов.

8.3.У госпитализированных пациентов лихорадка наиболее часто встречается при бактериальных инфекциях дыхательных путей, мочевыделительной системы, кожи и мягких тканей.

9.Ограничение длительности острого воспаления:

9.1.Все медиаторы ОВ имеют короткий период жизни.

9.2.Продукция липоксинов (противовоспалительные медиаторы):

Производные метаболитов арахидоновой кислоты (н. ЛКА4, ЛКВ4);

Ингибируют трансмиграцию и хемотаксис нейтрофилов;

Стимулируют поглощение апоптотических телец макрофагами.