Действие токсинов микроорганизмов.

В развитии эндотоксикоза большая роль отводится токсинам микроорганизмов, представляющим продукты жизнедеятельности микробных клеток Bojic I., 1993, Brun-Buisson et al., 1995, Hanasawa K et al., 1998). Описано и выделено в относительно чистом виде около 80 микробных токсинов. Большинство из них являются пептидами (холерный, столбнячный и др.). Известны токсины - производные нуклеотидов, стероидные соединения (токсины грибов, афлатоксины), простые и сложные белки (гемолизин, лейкоцидин, энтеротоксин стафилококка), липополисахариды (токсины грамотрицательных бактерий) (Овчинников Ю.А., 1987).

По происхождению токсины микроорганизмов подразделяют на три класса:

• экзотоксины - продукты, выделяемые микроорганизмами наружу в ходе жизнедеятельности;

• эндотоксины - вещества прочно связанные со стромой микробных клеток и освобождающиеся только после гибели микробной популяции;

• мезотоксины - токсические вещества, непрочно связанные со стромой микробной клетки и в определенных условиях выделяющиеся в окружающую среду при сохранении жизнеспособности клетки (Далин М.В., 1980).

По функциональной активности выделяют мембранотоксины, способные лизировать мембраны клеток (лейкоцидины, гемолизины, фосфолипаза А₂), цитотоксины, функциональные блокаторы (нейро- и энтеротоксины), эксфолиатины - эритрогенины (обнаруживаются в стафилококках и стрептококках, обладают пирогенным действием, вызывают слущивание поверхностных слоев эпителия кожи), модуляторы реакций клеток на эндогенные медиаторы (Далин М.В., 1980). К факторам патогенности бактерий относятся не только продуцируемые ими токсины, но и некоторые другие вещества. Так например, у пневмококка патогенностью обладают полисахаридная капсула, нейраминидаза, гиалуронидаза, гемолизин, протеаза против IgA, протеин М (Далин М.В., 1980).

В развитии деструктивных процессов легких стафилококковой этиологии важная роль принадлежит некротоксину и гиалуронидазе, под действием которых в легочной ткани быстро возникают очаги некроза, формируются полости распада - "стафилококковые булы" и создаются условия для распространения процесса на плевру (Муромский Ю.А., 1983).

Среди различных токсинов микроорганизмов наибольшее внимание исследователей привлекает эндотоксин (Burgmann H., 1995, Zivot J.B. et al., 1995). Выяснена его химическая природа (Rietschel E.T. et al., 1994, Ogawa T., 1994, Kirikae T., 1994), интенсивно исследуются трехмерная пространственная структура, механизмы действия на клетки-мишени, идентифицируются рецепторы и медиаторы, образующиеся в клетках мишенях и опосредующие его действие (Manthous C.A. et al., 1993, Watson R.W. et al., 1994), разрабатываются антиэндотоксиновые лекарственные средства (Opal S.M. et al., 1994, Kirikae T., 1994).

Эндотоксин представляет липополисахарид клеточной стенки грамотрицательных и возможно некоторых грамположительных бактерий (Mayeux P.R., 1997). В отличие от экзотоксинов эндотоксин прочно связан с клеточной стенкой, не секретируется микроорганизмами в окружающую среду и высвобождается при лизисе микробных клеток. Липосахарид состоит из трех частей –

1. олигосахаридной сердцевины;

2. специфичной цепи;

3. липидного компонента, получившего название липид А.

Именно липид А обладает основными биологическими свойствами эндотоксина, а углеводный фрагмент определяет его антигенные свойства (Rietschel E.T. et al., 1994, Ogawa T., 1994, Kirikae T. et al., 1994).

Выяснена первичная структура липида А ряда микроорганизмов и осуществлен химический синтез липида А Е.Coli (Rietschel E.T. et al., 1994). Для связывания липида А макрофагами важное значение имеет гидрофильный бифосфорилированный остаток гексозамина, в то время как активация клеток и продукция ими провоспалительных цитокинов (ФНО и ИЛ-6) определяются свойствами гидрофобной области (Kirikae T. et al., 1994).

На наружной поверхности плазматической мембраны чувствительных к эндотоксину клеток имеется специфичный к нему рецептор, представляющий белок массой 14 кД (Ulevitch R.J. et al., Watson R.W. et al., 1994). Связывание эндотоксина сопровождается экспрессией генов, кодирующих цитокины, адгезивные белки и ферменты, ответственные за образование низкомолекулярных провоспалительных медиаторов (Hack C.E. et al., 1997). Совместное действие указанных белков обеспечивает защиту организма от бактериальной инфекции, но в определенных условиях эти же белки приводят к развитию осложнений - септического шока у человека (Matsuura M., 1997, Manthous C.A. et al., 1993, Sriskandan S. Et al., 1995, Watson R.W. et al., 1994) или резко выраженной системной воспалительной реакции у экспериментальных животных (Corriveau C.C. et al., 1993). Очищенный липополисахарид вызывает множество патологических реакций, таких как лихорадка, гипотензия, шок и ДВС-синдром, активирует свертывание крови, фибринолиз и систему комплемента, стимулирует образование эйкозаноидов, активирует полиморфонуклеарные клетки, лейкоциты и макрофаги (Lynn W.A. et al., 1995).

В роли провоспалительных медиаторов, образующихся в чувствительных к эндотоксину клетках и опосредующих его действие на клетки различных тканей, выступают ФНО (Rietschel E.T. et al., 1994, Conroy D.M. et al., 1995), интерлейкины (Berg T. et al., 1995, Martin M.C. et al., 1995, Gomez-Jimenez J. Et al., 1995, Pruitt J.H. et al., 1995) и оксид азота (NO) (Parratt J.R., 1997, Parratt J.R., 1998, Shah N.S. et al., 1998, Wolfe T.A. et al., 1995, Zidek et al., 1998). Роль вторичных медиаторов, ответственных за возникновение септического шока у человека, выполняют простагландины, тромбоксаны, тромбоциты активирующий фактор, брадикинин, интестинальные пептиды, гистамин, серотонин, компоненты системы комплемента (Шано В.П. и соавт., 1998., Hanasawa K. Et al., 1998).

ФНО, вне сомнения, участвует в реализации патогенного действия эндотоксина, поскольку связывающий его белок в значительной мере уменьшает выход клеток в бронхоальвеолярных лаважах при интратрахеальном введении морским свинкам эндотоксина (Conroy D.M. et al., 1995). ИЛ-1 усиленно образуется в организме при инфекционных заболеваниях, сепсисе и синдроме системного воспалительного ответа. Роль его связана с инициированием воспалительного ответа организма-хозяина и интеграцией неспецифического иммунитета. Многие из биологических эффектов ИЛ-1 полезны организму и помогают бороться с инфекционным началом. Однако, когда этот медиатор образуется в повышенных количествах, он может оказывать крайне неблагоприятное для организма действие и даже способствовать летальному исходу в результате развития гипотензии, шока и полиорганной недостаточности (Pruitt J.H. et al., 1995). ИЛ-8 выполняет роль хемоатрактанта и активатора нейтрофилов и самым непосредственным образом связан с развитием острого воспаления, реперфузионного повреждения головного мозга и сопутствующего эндотоксемии респираторного дистресс-синдрома (Matsumoto T. et al., 1997).

Противовоспалительное действие при бактериальной инфекции может оказывать ИЛ-10 - иммуносупрессор, подавляющий функции моноцитов и макрофагов. При исследовании содержания ИЛ-10, а также медиаторов, ответственных за развитие опосредованной моноцитами и макрофагами воспалительной реакции - ФНО, ИЛ-1, 6, 8, неоптерина и самого эндотоксина у больных с септическим шоком и пациентов, находящихся в критических состояниях, установлено, что активация моноцитов и макрофагов у этих больных сопровождается массивной секрецией ИЛ-10, но этого недостаточно для сдерживания секреции провоспалительных медиаторов при септическом шоке (Gomez-Jimenez J. et al., 1995). ИЛ-10 является важнейшим компонентом защиты организма от действия эндотоксина и проявляет свое действие, блокируя синтез или эффекты ранних провоспалительных медиаторов (ФНО), но не влияет на образование или действие поздних медиаторов (NO) (Berg T. et al., 1995).

В самое последнее время в качестве одного из ключевых медиаторов септического шока широко обсуждается роль NO (Parratt J.R., 1997, Goode H.F. et al., 1995, Parratt J.R., 1997, Shah N.S. et al., 1998, Wolfe T.A. et al., 1995, Zidek Z. et al., 1998). В физиологических условиях NO, образуемый из L-аргинина специфичной синтетазой в нейронах и эндотелиальных клетках, участвует в нейротрансмиссии и вазодилятации, препятствует адгезии и агрегации тромбоцитов. Гиперпродукция NO в самых различных тканях индуцируемой формой синтетазы в условиях септического шока, обусловленного грамотрицательной флорой, сопровождается усиленным лизисом бактерий активированными макрофагами, падением артериального давления и угнетением функциональной активности миокарда - характерными проявлениями гиподинамической стадии септического шока (Parrat J.R., 1997, Parrat J.R., 1998, Wolfe T.A. et al., 1995). NO также является одним из медиаторов в развитии респираторного дистресс-синдрома взрослых (Defraigne J.O. et al., 1995). В результате реакции между NO и супероксидным анион-радикалом образуется пероксинитрит, выполняющий роль цитокина при различных патологических процессах и болезнях (Demiryurek A.T. et al., 1998). Ингибиторы синтетазы NO оказались эффективными в лечении эндотоксемии и предупреждении при этом расстройств гемодинамики в эксперименте и клинике (Booke M. et al., 1995).

Весьма интересна роль NO, образующегося в печени. Хорошо известно, что функции печени страдают в условиях эндотоксемии (Самсонов В.П., 1990), сопровождающейся усиленным образованием NO в печеночных клетках в результате индукции NO-синтетазы провоспалительными медиаторами - ФНО, ИЛ-1 и др. (Alexander B., 1998, Taylor R. et al., 1988). NO в этих условиях оказывает защитное действие на ткань печени, поскольку ингибиторы NO-синтетазы усиливают повреждение печени при эндотоксемии (Taylor R. et al., 1988). С другой стороны, NO образует комплекс с гемовым железом цитохрома Р-450 и инактивирует этот ключевой фермент монооксигеназной системы, объясняя резкое уменьшение содержания цитохрома Р-450 в печени в условиях экспериментальной эндотоксемии (Minamiyama Y. et al., 1998).

Рассмотренные выше провоспалительные медиаторы оказывают действие на чувствительные к ним клетки-мишени, в которых в ответ на связывание медиатора образуются внутриклеточные посредники. Имеются указания, что роль посредника ФНО и ИЛ выполняет церамид (Wright S.D. et al., 1995).

Стрептококки относятся к грамположительным микроорганизмам, которые согласно общепринятым представлениям не содержат типичного для грамотрицательных микроорганизмов эндотоксина. В этой связи представляет интерес состояние, называемое в зарубежной литературе "синдромом стрептококкового токсического шока" и характеризующееся высоким содержанием в крови провоспалительных цитокинов. В частности, при исследовании в плазме крови больных с синдромом токсического шока, связанного со стрептококковой инфекцией, содержания эндотоксина, ФНО, ИЛ-1, 6, и 8, а также нитритов и нитратов, как стабильных метаболитов NO, установлено увеличенное содержание указанных медиаторов воспаления, в то время как сам эндотоксин не обнаруживался (Martin M.C. et al., 1995). Предполагается, что образование медиаторов воспаления инициируется "суперантигенами" стрептококков. Исследование методом иммуноферментного анализа связи между появлением "суперантигенов", уровнем в плазме крови провоспалительных цитокинов и клиническим состоянием 25 больных с синдромом стрептококкового токсического шока выявило повышенное содержание в плазме крови этих больных ФНО и ИЛ-6. В то же время, содержание ИЛ-1 и 8 не было изменено (Norrby-Teglung A. et al., 1995). В случае септического шока, вызванного грамположительными микроорганизмами, развитие шока также связывается с совместным действием двух компонентов клеточной стенки грамположительных бактерий - пептидогликана и липотейхоевой кислоты (De Kimpe S.J. et al., 1995).

Естественными инактиваторами эндотоксина, по-видимому, являются липопротеиды плазмы крови (Сериков В.Б., 1996). Характерная для инфекционных заболеваний гиперлипидемия представляет механизм защиты организма от бактериальных продуктов. Растворяя в себе токсичные вещества липидной природы и являясь их естественным резервуаром, липопротеиды плазмы крови согласно Feingold и Grunfeld (Feingold K.R. et al., 1992) "играют роль аналогичную активированному углю в детоксикации многих биологических и химических токсинов". Результаты корреляционного анализа показателей эндотоксикоза и липидов плазмы крови у детей с ОП свидетельствуют, что число сильных корреляций между ними тем выше, чем сильнее выражена интоксикация (Орлова Н.В. и соавт., 1998).

Терапевтические подходы, направленные на ингибирование, нейтрализацию или выведение эндотоксина у больных с септическим шоком, как правило, не приводят к положительным результатам, что можно связать с несовершенством имеющихся антиэндотоксиновых лекарственных средств (Corriveau,1993). Эффективность антибиотиков в лечении септического шока также не очевидна, и известны парадоксальные ситуации, когда начало проведения курса антибиотикотерапии приводит к усиленному высвобождению эндотоксина (Hurley,1995; Morrison,1998). В связи с этим разрабатываются альтернативные методы лечения, направленные на удаление токсинов с помощью сорбции (Самсонов В.П., 1990) или ультрафильтрации (Malchesky et al.,1995), на использование антитромбина (Okajima,1998), гормональных препаратов (Endochrinol, 1995; Howe,1998), антител к провоспалительным медиаторам (Matsumoto et al.,1997), создание принципиально новых антиэндотоксиновых средств (Opal et al.,1998).

Действие эндотоксина может быть опосредовано активацией ПОЛ (Владимиров Ю.А.,1998; Dhaunsi et al.,1993; Nowak et al.,1993). Введение эндотоксина Е.coli мышам сопровождается увеличением содержания диеновых конъюгатов, гидроперекисей липидов и МДА, снижением активности пероксидазы в ткани сердца и легких. В селезенке изменения выражены в меньшей степени, а в печени и почках не выявляются (Nowak et al.,1993). В аналогичных экспериментах с овцами содержание конъюгированных диенов и гидроперекисей липидов возрастает в плазме крови, а МДА - в печени и легких (Youn et al.,1993).

В опытах, выполненных на крысах, установлено увеличение содержания ТБК-реактивных продуктов в сыворотке крови и печени после введения эндотоксина, но в легких подобных изменений не выявлено (Giralt et al.,1993). C другой стороны, в работе Romero и Bosch (1993) показана способность эндотоксина активировать ПОЛ в легких и приводить к уменьшению синтеза главного компонента сурфактанта - фосфатидилхолина. Предварительное введение диметилтиомочевины - ловушки гидроксильного радикала, позволяет частично предотвратить вызываемые эндотоксином указанные эффекты, но животные все равно теряют в весе на фоне увеличения массы легких и возрастания в них содержания белка. По-видимому, за последние эффекты ответственны отличные от гидроксильного радикала медиаторы, образование которых не блокируется диметилтиомочевиной. Аминосахара, в частности глюкозамин, обладающие антитоксическими свойствами по отношению к эндотоксину, предупреждают вызываемое эндотоксином увеличение содержания МДА в сыворотке крови и ткани легких при токсическом отеке легких у крыс (Владимиров Ю.А.,1998).

Уже через 3 часа после введения эндотоксина морским свинкам у животных развивается лейкопения на фоне увеличения количества лейкоцитов, особенно эозинофилов, в бронхоальвеолярных лаважах. В ткани легких выявляются диффузный отек, геморрагии и лейкоцитарная инфильтрация на фоне накопления МДА при одновременном снижении активности супероксиддисмутазы и возрастании активности каталазы. Вызванные введением эндотоксина изменения в значительной степени блокируются одновременным введением метилпреднизолона или фенольного антиоксиданта. Полученные результаты ясно указывают на важную роль активации ПОЛ в повреждении легких, вызываемом введением эндотоксина (Matsuda et al,1995).

Активные формы кислорода рассматриваются в качестве медиаторов сепсиса или вызванного эндотоксином респираторного дистресс-синдрома взрослых. Синтетический низкомолекулярный селен-магниевый комплекс, проявляющий в условиях in vitro активность, подобную СОД и каталазе, в условиях in vivo нивелирует многие проявления повреждения легких при респираторном дистресс-синдроме у свиней, вызываемом введением эндотоксина - уменьшает степень артериальной гипоксемии и легочной гипертензии, отек легких и содержание в них МДА. В то же время, этот препарат не влияет на содержание в крови ФНО, тромбоксана В₂ и простагландина F₁. Авторы исследования заключают, что препарат предупреждает многие проявления вызываемого введением эндотоксина респираторного дистресс-синдрома у свиней, но не влияет на высвобождение медиаторов воспаления (Gonzalez et al,1995).

Степень выраженности окислительного стресса, обусловленного действием эндотоксина, определяется состоянием АОС тканей. В условиях эндотоксемии АОС печени претерпевает адаптивные изменения затрагивающие, прежде всего, эндотелиальные клетки синусоидов, в которых происходит индукция синтеза Гл-6-Ф ДГ - ключевого фермента пентозного цикла окисления глюкозы. Образующийся в пентозном цикле НАДФН необходим для разрушения перекисей, суперокисного анион-радикала и других активных форм кислорода. В купферовских клетках действие эндотоксина сопровождается, главным образом, усиленной генерацией супероксиного аниона, пероксида водорода и NO. Таким образом, в печени существует определенный баланс между прооксидантными фагоцитирующими купферовскими клетками и антиоксидантными эндотелиальными. Поддержание этого баланса представляет важный механизм защиты паренхимы печени от окислительного стресса в условиях эндотоксемии (Spolarics,1998). Введение эндотоксина приводит к индукции синтеза и к двухкратному возрастанию активности СОД и глутатионпероксидазы в пероксисомах печени. Возрастание активности пероксидазы компенсирует развивающуюся параллельно инактивацию каталазы, и предотвращает накопление пероксида водорода (Dhaunsi et al,1993).

Winnefeld и соавт. в 1995 году установлено накопление МДА, уменьшение содержания селена и снижение активности глутатионпероксидазы в крови больных при септическом шоке и терминальных стадиях почечной недостаточности и обоснована целесообразность антиоксидантной терапии. Goode и соавт. в 1995 году показано резкое снижение в крови больных сепсисом концентрации антиоксидантных витаминов - токоферола, ретинола, бета-каротинов и липокинов при одновременном увеличении содержания ТБК-реактивных продуктов. В обзоре В.Д.Малышева и соавт.1994 г., подробно рассматривается роль активации ПОЛ в развитии эндотоксикоза у тяжелых хирургических больных.