3 курс / Патологическая физиология / ТИПОВЫЕ ПАТОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ

Система крови играет решающую роль в реализации воспаления, поскольку лейкоциты служат главными клетками-эффекторами процесса и вся система в целом обеспечивает возникновение и поддержание лейкоцитарной инфильтрации – основного компонента воспаления. Соединительная ткань является пусковой системой воспаления, а микроциркуляторное русло обеспечивает взаимосвязь между системой крови и соединительной тканью.

Компоненты воспаления

Закономерная динамика воспаления как типового патологического процесса определяется тем, что в основе его развития находится несколько общих и взаимосвязанных компонентов (рис. 2). Каждый из этих компонентов воспаления, в свою очередь, сложный динамический комплекс взаимозависимых реакций, процессов и факторов.

Компоненты воспаления

Пролиферация

Альтерация

Фагоцитоз

Сосудистые реакции, измене- ние крово- и лимфообращения Экссудация жидкости и выход формен-

ных элементов крови в ткань

Рис. 2. Компоненты воспаления

Как правило, по ходу течения воспаления, преимущественно альтеративные изменения в очаге воспаления закономерно сменяются преимущественно экссудативными и далее – преимущественно пролиферативными фазами (стадиями) воспаления. Однако в большинстве случаев, особенно при значительной площади воспаления и/или при его хроническом течении, даже в соседних участках очага воспаления одновременно выявляются признаки различных компонентов воспалительной реакции – и альтерации, и экссудации, и пролиферации.

Определённая пространственная и временная мозаика этих компонентов в очаге воспаления обусловливает, с одной стороны, закономерный характер развития и проявлений воспаления, а с другой – своеобразие его течения у каждого конкретного пациента.

1. АЛЬТЕРАЦИЯ

Альтерация (лат. alteratio – изменение), или дистрофия, – повреждение ткани, нару-

шение в ней питания (трофики) и обмена веществ, её структуры и функции.

Альтерация – первое и непосредственное следствие повреждающего действия флогогенного фактора и инициальное звено механизма развития воспаления.

Различают первичную и вторичную альтерацию. Как первичная, так и вторичная альтерация являются сложным комплексом изменений разных сторон жизнедеятельности клеток.

В очаге воспаления выделяют зоны первичной и вторичной альтерации.

Таблица 1. Характеристика зон первичной и вторичной альтерации в очаге воспаления

Рис. 3. Альтерация как компонент воспаления

Зона первичной альтерации

Причина формирования первичной альтерации: флогогенный фактор, действующий на ткань.

Локализация первичной альтерации: место прямого контакта причины воспаления с тканью (эта зона – эпицентр очага воспаления).

Основные механизмы первичной альтерации:

Повреждение мембранных структур и внутриклеточных ферментов, а также структур межклеточного вещества.

Расстройства энергетического обеспечения функций и пластических процессов в повреждённой ткани.

Нарушения трансмембранного переноса и градиента ионов, соотношения их между собой, содержания жидкости внутри и за пределами клетки и в зоне альтерации в целом.

Проявления первичной альтерации:

Расстройства функции повреждённых, но ещё жизнеспособных участков ткани вне зоны некроза.

Некроз.

Значительные физико-химические изменения.

Различные формы дистрофии.

Время начала развития вышеуказанных изменений колеблется в широком диапазоне и определяется особенностями флогогенного фактора, ткани или органа, подвергшегося его воздействию, реактивности организма. Тем не менее, первые изменения выявляются сразу после воздействия причины воспаления на ткань.

Первичная альтерация является результатом повреждающего действия самого воспалительного агента, поэтому ее выраженность при прочих равных условиях (реактивность организма, локализация) зависит от свойств флогогена.

82

Первичная альтерация не является компонентом воспаления, так как воспаление – это реакция на повреждение, вызванное флогогеном, то есть на первичную альтерацию. Однако практически первичные и вторичные альтеративные явления трудно отделимы друг от друга. В то же время первичная альтерация весьма кратковременна и незначительна по сравнению с общим ее объемом.

Зона вторичной альтерации

Вторичная альтерация непосредственно не зависит от воспалительного агента, для ее развития нет необходимости в дальнейшем присутствии флогогена в очаге. Она является реакцией орга-

низма на уже вызванное вредным началом повреждение, то есть является неотъемлемой частью вос-

палительной реакции. Более того, вторичная альтерация является необходимым компонентом воспаления как защитно-приспособительной реакции, направленной на локализацию и элиминацию флогогена и (или) поврежденной им ткани. Путем вторичной альтерации достигаются все остальные воспалительные явления. Она инициирует экссудацию, эмиграцию лейкоцитов и пролиферацию, через них обеспечивает собственную регуляцию, что и создает автоматизм воспалительной реакции.

Причины вторичной альтерации:

Эффекты флогогенного агента (хотя за пределами эпицентра очага воспаления эффективность его патогенного воздействия значительно ниже).

Влияние факторов, вторично формирующихся в зоне первичной альтерации в связи с образо-

ванием медиаторов воспаления, развитием метаболических, физико-химических и дистрофических изменений.

Локализация вторичной альтерации:

Частично в месте контакта флогогенного агента с тканью (там, где сила его воздействия была

минимальной).

В основном вокруг области первичной альтерации. Обычно площадь этой зоны значительно больше площади первичной.

Механизмы развития вторичной альтерации:

Расстройства местных механизмов нервной регуляции в связи с повреждением тел нейронов, нервных стволов и/или их окончаний, синтеза, накопления и высвобождения из них нейромедиаторов.

Нарушение выброса нейромедиаторов (норадреналина, ацетилхолина и др.) из нервных терминалей симпатической и парасимпатической системы в очаге воспаления и стадийные изменения чувствительности тканей к нейромедиаторам в этом очаге.

Расстройства аксонного транспорта трофических и пластических факторов (углеводов, липидов, белков, адениннуклеотидов, нуклеиновых кислот, БАВ, ионов и других агентов) от тел нейронов к соматическим клеткам.

Стадийные изменения тонуса сосудов микроциркуляторного русла и в связи с этим – рас-

стройства кровообращения.

БАВ, поступающие в зону вторичной альтерации из зоны первичной альтерации, а также образующиеся за пределами очага воспаления.

Всовокупности эти изменения обусловливают расстройства обмена веществ, значительные физикохимические сдвиги в зоне вторичной альтерации, развитие различных видов дистрофий и даже некроза.

Проявления вторичной альтерации

Изменения структуры клеток и межклеточного вещества тканей, обычно обратимые (например, признаки повреждения клеток, архитектуры ткани и др.).

Расстройства метаболизма (выражается различными отклонениями в обмене веществ).

Умеренные отклонения физико-химических параметров (например, рН, осмоляльности жидкости, температуры тканей, трансмембранного распределения ионов).

Обратимые изменения функции тканей и органов.

83

Как следует из характеристики механизмов развития изменений в зоне вторичной альтерации, её формирование несколько сдвинуто во времени (секунды – минуты) по сравнению со сроками формирования зоны первичной альтерации.

Интенсивность формирования различных зон альтерации, выраженность изменений в них и соотношение их размеров существенно различаются и в каждом конкретном случае зависят от причины воспаления, структурных и функциональных особенностей ткани или органа, в котором развивается воспаление, реактивности организма и других условий.

Сравнительная характеристика зон первичной и вторичной альтерации в очаге воспаления представлены в таблице 1.

Изменение клеток и морфологии при воспалении

Причины изменения структуры клеток и других гистологических элементов:

в течение первых минут – прямое действие флогогенного фактора;

на более поздних этапах и дополнительно к прямому эффекту флогогенного фактора – влияние вторичных причин: метаболических, физико-химических, микроциркуляторных и регуляторных расстройств.

Основные механизмы морфологических изменений клеток:

нарушения процессов энергетического обеспечения клеток;

повреждение мембранного аппарата и ферментных систем;

дисбаланс ионов и воды;

нарушения местных (клеточных и органно-тканевых) механизмов регуляции.

Проявления морфологических изменений клеток:

Развивающиеся в тканях изменения разнообразны: от минимальных структурных отклонений до деструкции и некроза.

Структурные изменения наблюдаются как в паренхиматозных клетках, так и в строме тканей и органов.

Существенную роль в потенцировании повреждения клеточных и неклеточных структур играют высвобождающиеся из лизосом и активирующиеся в очаге воспаления гидролазы (протеазы, липазы, фосфолипазы, эластазы, коллагеназы и другие ферменты). Источником их являются как клетки самой повреждённой ткани, так и находящиеся в ней лейкоциты, а при септическом воспалении – и микроорганизмы.

Для клеток при воспалительной альтерации характерны изменения в цитозоле, а также повреждение плазмолеммы и мембран органелл – митохондрий, лизосом, эндоплазматической сети, комплекса Гольджи и др. В связи с этим меняются их форма, размеры, число, а также функции органелл и клетки в целом.

Изменение обмена веществ при воспалении

В очаге воспаления наблюдаются закономерные фазные изменения метаболизма. Их причины: действие флогогенного фактора и вторичные расстройства в ткани, выражающиеся в перестройке местных механизмов нервной и гуморальной регуляции, микроциркуляции, в формировании физикохимических сдвигов.

На начальном этапе воспаления в ткани (зоны не только первичной, но и вторичной альтерации) преобладают реакции катаболизма, затем – при развитии артериальной гиперемии и активации процессов пролиферации, – как правило, начинают доминировать анаболические реакции.

Конечный «смысл» изменений метаболизма заключается в энергетическом и пластическом обеспечении местных адаптивных реакций в очаге воспаления, направленных на локализацию, уничтожение и элиминацию флогогенного агента, а также на ликвидацию патогенных последствий его воздействия.

Нарушение обмена углеводов при воспалении

В очаге воспаления метаболизм углеводов претерпевает характерные изменения, выражаю-

щиеся в преобладании гликолиза и развитии ацидоза.

Причины нарушения обмена углеводов при воспалении

84

Повреждения мембранного аппарата и митохондриальных ферментов, возникающие под дей-

ствием как флогогенного агента, так и других факторов, активирующихся или образующихся в ходе воспалительной реакции вторично. К этим последним относятся свободные радикалы и пе-

рекисные соединения, вещества с детергентным действием (жирные кислоты, гидроперекиси липидов), гидролазы лизосом, избыток Н+ и других агентов.

Избыток Са2+, оказывающий (наряду с жирными кислотами) существенное разобщающее действие на окислительное фосфорилирование.

Увеличение в клетках уровня АДФ, АМФ и неорганического фосфата. Это активирует ключевые

(лимитирующие) ферменты гликогенолиза и гликолиза. В связи с этим в очаге воспаления начинает возрастать удельный вес гликолитического ресинтеза АТФ.

Проявления нарушения обмена углеводов при воспалении

Увеличение поглощения тканью кислорода при одновременном снижении эффективности окисления глюкозы в процессе тканевого дыхания.

Активация гликогенолиза и гликолиза.

Уменьшение уровня АТФ в ткани.

Накопление избытка лактата и пирувата.

Последствия нарушения обмена углеводов при воспалении

Образующаяся при гликолизе АТФ, хотя и в недостаточной мере, но тем не менее может обеспе-

чить поддержание энергозависимых процессов в клетках, особенно транспорта ионов и сокраще-

ния мышц, сохранение жизнеспособности и жизнедеятельности гистологических элементов в очаге воспаления.

Активация гликолиза сопровождается накоплением в клетках и во внеклеточной жидкости избытка промежуточных продуктов этого процесса, в том числе пировиноградной, молочной и других кислот, что ведёт к формированию метаболического ацидоза.

На начальном этапе воспаления (когда многие митохондрии сохраняют свою структуру, а их ферменты – кинетическую активность) возобновление нормальной или близкой к ней оксигена-

ции тканей сопровождается быстрым восстановлением эффективности тканевого дыхания, снижением интенсивности гликолиза и нормализацией энергетического обеспечения клеточных процессов.

Нарушение обмена липидов при воспалении

Обмен липидов в очаге воспаления характеризуется доминированием липолиза над реакциями их синтеза.

Причины нарушения обмена липидов при воспалении

Прямое повреждающее влияние флогогенного агента может привести к ферментативной и не-

ферментативной деструкции мембранных фосфолипидов, липопротеидов, гликолипидов и других липидсодержащих соединений с высвобождением из них высших жирных кислот, свободных липидов и образованием кетокислот.

Основной механизм липолиза в очаге воспаления – интенсификация гидролиза липидов и их комплексов с другими веществами в результате повышенного высвобождения липаз и фосфолипаз из повреждённых клеток, а также из лейкоцитов, в большом количестве накапливающихся в очаге воспаления.

Помимо увеличения содержания липаз и фосфолипаз, в очаге воспаления отмечается значительное повышение их активности. Последнее связано с тем, что оптимум каталитической активности большинства липаз и фосфолипаз наблюдается в кислой среде. А в очаге воспаления, как известно, быстро развивается метаболический ацидоз.

Активация деструкции липидов за счёт интенсификации реакций свободнорадикального перекис-

ного окисления липидов. Причина усиления липопероксидных процессов:

снижение активности антиоксидантных ферментов,

увеличение содержания прооксидантных агентов (катехоламинов, гистамина, серотонина, ионов железа, высвобождающихся при разрушении миоглобина, Нb, кининов и др.),

85

повышение уровня субстратов перекисного окисления липидов, главным образом полиненасыщенных высших жирных кислот: арахидоновой, линоленовой и др.

Активация липопероксидации сопровождается образованием и накоплением избытка неметаболизируемых соединений (в частности, гидроперекисей липидов), дающих выраженный разрушающий эффект в отношении органических соединений.

Проявления нарушения обмена липидов при воспалении

Активация процессов липолиза и накопление продуктов липолиза.

Торможение реакций синтеза липидов.

Активация перекисного окисления липидов и накопление перекисей и гидроперекисей липидов.

Последствия нарушения обмена липидов при воспалении

Последствия изменённого метаболизма липидов в очаге воспаления перечислены на рисунке 4 и подробнее рассмотрены в тексте.

Активация лизосомальных, а также мембраносвязанных липаз и фосфолипаз приводит к отщеплению от липидов ВЖК и их накоплению. Последние дают в очаге воспаления существенный разобщающий эффект и снижают эффективность тканевого дыхания в митохондриях.

Детергентное (разрушающее) действие ВЖК на клеточные мембраны сопровождается образованием сквозных каналов в мембранах и нерегулируемым транспортом по ним ионов, молекул органических и неорганических соединений как в клетку, так и из неё, что завершается,

как правило, гибелью клетки.

Накопление избытка токсичных кетокислот (ацетоуксусной, бета-оксимасляной, бетакетоглутаровой и др.) является результатом нарушения окисления высших жирных кислот в очаге воспаления. Эти кетокислоты обусловливают дополнительную альтерацию в очаге вос-

паления.

Повреждение вышеуказанными факторами не только клеток организма, но и самого флогогенного агента, если в его состав входят липиды.

Использование высших жирных кислот для синтеза фосфолипидов мембран и ресинтеза цитоплазматических липидов. Высшие жирные кислоты при этом остаются одним из основных энергоёмких субстратов биологического окисления.

В ходе метаболизма арахидоновой кислоты образуются простагландины и лейкотриены, обладающие многими регуляторными эффектами.

Нарушение обмена белков при воспалении

Обмен белков характеризуется преобладанием протеолиза над процессами протеосинтеза.

Главные причины обмена белков при воспалении:

Прямое патогенное действие флогогенного агента, в том числе ферментативный протеолиз.

Массированное выделение из повреждённых паренхиматозных и стромальных клеток, а также из лейкоцитов протеолитических ферментов. Их активность значительна, так как каталитический оптимум большинства протеаз находится в кислом диапазоне рН (в очаге воспаления – метаболический ацидоз).

Активация свободнорадикальных и перекисных реакций, сопровождающихся деструкцией липо-

протеидов и высвобождением из них белковых соединений, которые разрушаются и/или денатурируются.

Проявления обмена белков при воспалении:

Активация процессов протеолиза и накопление продуктов протеолиза.

Торможение реакций протеосинтеза.

Денатурация молекул белка (образование аутоантигенов).

86

Изменение метаболизма липидов в очаге воспаления

Репарация мембра- ны клеток Реализация эффектов

как медиаторов воспаления

Дополнительное повреждение клеток организма, а также флогогенного агента

Рис. 4. Изменения метаболизма липидов в очаге воспаления.

87

Изменение метаболизма белков в очаге воспаления

Активация протеолиза и денатурации белков

Деструкция мембран повреждённых клеток

Разрушение белков флогогенного фактора

Активация иммунных реакций

Ресинтез белков клетки

Рис. 5. Изменение метаболизма белков в очаге воспаления

Последствия обмена белков при воспалении:

В очаге воспаления вследствие интенсификации реакций протеолиза и денатурации белков развиваются следующие процессы:

Деструкция мембран клеток, повреждённых флогогенным фактором.

Разрушение белковых структур и клеток флогогенного агента, когда им являются микроорганизмы, одно- и многоклеточные паразиты, а также белоксодержащие факторы (вирусы, Aт, комплексы Аг-Aт, токсины и другие соединения).

Активация иммунных (в том числе иммунопатологических) реакций в связи с денатурацией бел-

ков как собственных погибших клеток, так и флогогенного агента. Включение клеточных и гуморальных механизмов иммунитета обеспечивает обнаружение, деструкцию и элиминацию анти- генно-чужеродных структур.

Продукты протеолиза служат субстратом синтеза новых клеточных компонентов взамен повреждённых.

Нарушения обмена ионов и воды при воспалении

Для ионов и воды характерны:

трансмембранный дисбаланс ионов,

увеличение внутриклеточного содержания Na+ и Са2+ и внеклеточного – К+ и Mg2+,

гипергидратация клеток и отёк ткани в очаге воспаления.

Главные причины нарушения обмена ионов и воды при воспалении

Прямое повреждающее действие флогогенного агента на мембраны клеток.

Нарушения энергетического обеспечения селективного переноса катионов.

Расстройства работы ионообменных механизмов (Н+-Са2+, Na+-Ca2+, Н+-К+).

Снижение кинетической активности катионзависимых мембранных АТФаз (Na+-K+-ATФазы,

Ca2+-Mg2+-ATФазы).

Нарушения физико-химического состояния и микроструктуры клеточных мембран. Последнее проявляется:

фазным увеличением или снижением степени «жёсткости», а следовательно, и проницаемости мембран для ионов;

дефектами цитоскелета (микрофиламенты, микротрубочки, промежуточные нити, связанные со структурными элементами клеточных мембран);

88

образованием микроразрывов (микробрешей, простейших транспортных каналов) в плазмолемме и мембранах клеточных органелл.

Всовокупности указанные изменения сопровождаются потерей клеткой К+, Mg2+, ряда микроэле-

ментов и увеличением их концентрации на внешней поверхности клеточной мембраны. Одновременно с этим повышается внутриклеточное содержание Na+ и Са2+, а также воды.

Проявления нарушения обмена ионов и воды при воспалении

Нарушения распределения ионов по обе стороны плазмолеммы. При этом происходит потеря клеткой К+, Mg2+, микроэлементов и накопление их в межклеточной жидкости. В клетку же поступают Na+, Са2+ и некоторые другие ионы.

Нарушения соотношения между отдельными ионами как в клетке, так и вне клетки (в результате расстройства механизмов трансмембранного переноса ионов).

Гипергидратация ткани в очаге воспаления в связи с высокой гидрофильностью накапливающихся в нём Na+ и Са2+, а также продуктов гидролиза органических соединений.

Высвобождение дополнительного количества катионов (К+, Na+, Са2+, железа, цинка) при гидро-

лизе солей, распаде гликогена, белков и других органических соединений, а также клеточных мембран.

Выход большого количества Са2+ из повреждённых внутриклеточных депо (например, митохондрий и цистерн эндоплазматической сети и митохондрий).

Последствия нарушения обмена ионов и воды при воспалении

Значительное увеличение осмотического давления внутри клеток, набухание клеток и их органелл, перерастяжение и разрыв мембран и в конце концов – гибель клеток.

Расстройства формирования мембранного потенциала и потенциала действия, стойкая деполяризация мембран возбудимых клеток (в особенности кардиомиоцитов), сочетающаяся со снижением их функций и болевой чувствительности в центре очага воспаления (в зоне первичной альтерации). По периферии воспалённой ткани (в зоне вторичной альтерации), как правило, регистрируются более или менее сниженный уровень деполяризации мембран, повышенная возбудимость клеток и высокая болевая чувствительность.

Названные выше механизмы дисбаланса ионов и воды действуют не только на клетки организма, но и на флогогенный фактор, что может привести к его повреждению.

Физико-химические изменения в очаге воспаления

Расстройства обмена веществ сопровождаются существенными и закономерными физикохимическими сдвигами в очаге воспаления. Основные физико-химические изменения в очаге воспаления перечислены на рисунке 6.

Физико-химические изменения в очаге воспаления

Рис. 6. Физико-химические изменения в очаге воспаления

Ацидоз в очаге воспаления

Воспалительная реакция характеризуется увеличением концентрации Н+ и, соответственно, снижением рН в клетках и межклеточной жидкости, т.е. развитием ацидоза. Если в норме концен-

89