Важнейшим процессом воспаления является эмиграция лейкоцитов из сосудов в поврежденную флогогеном ткань для осуществления лейкоцитами защитной функции. Однако, лейкоциты появляются в очаге воспаления и осуществляют вторичную альтерацию, т.е. выполняют также регуляторную функцию.
Эмиграция лейкоцитов осуществляется следующим образом: лейкоциты выходят из осевого тока сначала на границу плазматического слоя, а затем начинают прилипать к эндотелиальным клеткам сосуда. Важная роль в адгезии (лат. adhaesio - прилипание) лейкоцитов отводится эндотелиально-лейкоцитарным адгезионным молекулам селектинам и интегринам. Под влиянием цитокинов IL-1,8, ФАТ, TNF-α, компонентов комплемента происходят конформационные изменения мембран лейкоцитов и эндотелия, экспресссируются молекулы адгезии.
Стадии эмиграции:
· I стадия – обратимая адгезия, роллинг или скольжение лейкоцитов;
· II стадия – необратимая адгезия к эндотелию и последующая трансэндотелиальная миграция;
· III стадия – хемотаксис – направленное движение в очаге воспаления.
Адгезия лейкоцитов к эндотелию сосуда происходит по принципу механизму лиганд-рецептор. Стимулирующими факторами для адгезии лейкоцитов являются медиаторы воспаления: эйкозаноиды, биогенные амины, интерлейкин-1, интерлейкин-8, ФАТ, TNF-α, компоненты комплемента.
Фаза Роллинга (скольжения лейкоцитов) обеспечивается молекулами - селектинами Существует 3 подгруппы селектинов:
- L-селектины (LAM-1) синтезируются лейкоцитами,
- P-селектин - гликопротеиновый лиганд (GMP-140)
- Е-селектин (ELAM-1) синтезируется эндотелиоцитами
Рис. 6. Экспрессия молекул адгезии на эндотелии
Фаза плотной адгезии - более поздняя стадия взаимодействия лейкоцитов и эндотелия сосудов обеспечивается молекулой ICAM-1 (intercellular adhesion molecule –1 или межклеточная адгезионная молекула-1) (Рис.6) и VCAM-1 (vessel cellular adhesion molecule-1 или молекула адгезии сосудистого эндотелия первого типа) (Рис 7).
Рис. 7. Варианты различной аффинности молекул клеточной адгезии
Трансэндотелиальная миграция лейкоцитов в ткань является ключевым элементом врожденного и адаптивного иммунитетов. Этот процесс имеет два возможных пути реализации. Преодоление базальной мембраны сосудистой стенки возможно через межэндотелиальный контакт (парацеллюлярная миграция). Все гранулоциты, имеющие сегментированное ядро, могут проходить между эндотелиальными клетками через межэндотелиальные контакты, поскольку сегментированные ядра нейтрофилов могут проходить через узкие щели. В трансэндотелиальной миграции лейкоцитов важна роль молекулы PECAM ( platelet/endothelial cell adhesion molecule).
Образование сцепления между молекулами PECAM на лейкоците и эндотелии является самым уязвимым этапом во всем процессе трансмиграции лейкоцитов. PECAM-зависимый механизм трансмиграциипредставляет собой следующий процесс: по мере того как лейкоциты продвигаются к базальной мембране клетки, они образуют псевдоподии в области межэндотелиальных контактов. В конце процесса соединения лейкоцита с эндотелием в субэндотелиальный слой перемещается вся клетка.
Мононуклеарные клетки, такие как моноциты и лимфоциты также способны проходить между эндотелиальными клетками при значительной активации эндотелия и изменении его формы.
Движение лейкоцита к очагу воспаления.
Процесс направленного движения лейкоцитов микрофагов, макрофагов) в очаг воспаления, называется хемотаксисом, а вещества, вызывающие это направленное движение клеток называются хемоаттрактантами и подразделяются на экзогенные и эндогенные. К экзогенным хемоаттрактантам относят продукты жизнедеятельности или структурные элементы микроорганизмов, а также другие чужеродные вещества.
Основная роль в стимуляции хемотаксиса лейкоцитов принадлежит эндогенным хемоаттрактантам, которые бывают неспецифическими и специфическими. В качестве неспецифических хемоаттрактантов выступают большинство биологически активных веществ, а также продукты повреждения клеток и медиаторы воспаления (гистамин, серотонин, АТФ, ДНК, продукты деградации фибрина (ПДФ), продукты деградации коллагена, фибронектин, тромбин). Некоторые вещества имеют принципиальное значение для хемотаксиса, а нарушение их образования существенно влияет на выход лейкоцитов из сосудов. Эти вещества получили название специфических хемоаттрактантов. К ним относятся: лейкотриен В4 и комплемент (С5а, С3а) (они определяют хемотаксис нейтрофилов, эозинофилов и моноцитов); фактор активации тромбоцитов (влияет на хемотаксис нейтрофилов и эозинофилов)
Специфичность LtB4, ФАТ, компонентов комплемента C5a и С3а достаточно условна, т.к. эти вещества имеют много других эффектов, из которых стимуляция хемотаксиса – одна из важнейших. При воспалении они образуются в большом количестве и привлекают в очаг воспаления преимущественно нейтрофильные гранулоциты.
Особая роль в механизмах хемотаксиса принадлежит хемокинам, цитокинам, регулирующим хемотаксис. Среди них особенно активным хемоаттрактантным эффектом обладает интерлейкин-8 (IL-8). Его могут продуцировать большинство клеток в ответ на воздействие эндотоксином, TNF-α, и IL-1. Кроме того, к хемокинам относят нейтрофил-активирующий пептид эпителиальных клеток (ENA-78), нейтрофил активирующий пептид-2 (NAP-2) и воспалительный белок макрофагов α и β (MIP-1), воспалительный белок макрофагов -2 α и β (MIP-2), белок хемотаксиса моноцитов (MCP-1, 2 и 3), эотаксин.
Хемокины отвечают за более регуляцию выхода из сосудов различных лейкоцитов, что способствует правильной последовательности эмиграции лейкоцитов. Регуляция последовательности выхода лейкоцитов из сосудов имеет важное биологическое значение. Первой линией защиты при любом воспалении выступают нейтрофильные лейкоциты, которые относятся к неспецифическому иммунитету. При невозможности быстрого уничтожения антигена происходит активное подключение специфического иммунитета, и в очаг воспаления выходят сначала антиген-презентирующие клетки (моноциты крови), а затем лимфоциты и эозинофилы.
Органы и ткани также имеют свою популяцию резидуальных макрофагов, которые играют ключевую роль в инициации локального воспалительного ответа. Во время рекрутирования нейтрофилов популяция резидуальных макрофагов уменьшается. Это явление получило название реакции исчезновения макрофагов. Как и нейтрофилы, моноциты крови также мигрируют в очаг воспаления и в течение некоторого времени превращаются в макрофаги, однако их максимальное количество в ткани наблюдается несколько позже, чем нейтрофилов.
Нейтрофилы обладают мощными гистотоксическими свойствами. Поэтому по мере процесса рекрутирования других лейкоцитов нейтрофилы должны погибнуть путем апоптоза или некроза. Кроме того, часть нейтрофилов способна покинуть очаг воспаления через лимфатическую дренажную систему и попадать обратно в кровоток.
ФАГОЦИТОЗ
Илья Ильич Мечников описал фагоцитоз в 1883 году как общебиологическое явление в жизнедеятельности одноклеточных и многоклеточных организмов, состоящее в поглощении клетками других клеток.
Фагоцито́з — это процесс захвата клеткой частиц путем рецепторного эндоцитоза. Максимальная активность фагоцитов наблюдается в отношении частиц диаметром более 1 мкм. Однако, возможен фагоцитоз и более мелких частиц, диаметром до 100 нм. Фагоцитоз в очаге воспаления осуществляетсямакрофагами, которые представляют собой «профессиональных» фагоцитов. Фагоцитоз протекает в несколько стадий: 1 – приближение (хемотаксис), 2- прилипание к объекту фагоцитоза (аттракция, адгезия), 3 – погружение объекта фагоцитоза (рецепторный эндцитоз), 4 – умерщвление (киллинг), 5 – внутриклеточное переваривание.
3.6.1. прилипание лейкоцита к объекту фагоцитоза – это рецептор-опосредованный процесс. На мембране лейкоцитов можно обнаружить рецепторы ко многим антигенам микроорганизмов, которые относятся к рецепторам «первичного иммунитета». Однако, такой механизм связывания лейкоцита с антигеном ограничен и не позволяет осуществить полноценный иммунный ответ. Поэтому, в большинстве случаев прилипание лейкоцита к объекту фагоцитоза осуществляется с помощью универсальных «посредников», в качестве которых выступают иммуноглобулины (преимущественно IgG) и система комплемента (C3b). Процесс связывания объекта фагоцитоза с такими белками для последующего фагоцитоза называется опсонизацией, а сами белки, выполняющие эту функцию – опсонинами. После опсонизации объекта фагоцитоза лейкоцит взаимодействует не с антигеном микроорганизма, а иммуноглобулином через соответствующий рецептор к Fc-фрагменту иммуноглобулина или через рецептор к С3b. Наиболее активны как опсонины иммуноглобулины G1 и G3, в меньшей степени Μ и Ε. Они распознаются Fсγ- или иными Fc-pецепторами. Фактор комплемента С3b и его нестабильная форма iC3b также участвуют в опсонизации через рецепторы CR1-CR3 как при прямой активации объектами фагоцитоза, так и при активации иммуноглобулинами и иммунными комплексами. Опсонизация в несколько раз увеличивает активность прилипания. С-реактивный белок также является ко-опсонином, так как связывает С-белок пневмококков и других микробов и опосредует прикрепление к ним факторов комплемента и фагоцитов.
Иногда опсонизация может оказывать отрицательное воздействие. Некоторые микроорганизмы (например, золотистый стафилококк) и вирусы (например, вирус герпеса) в процессе эволюции выработали способности, позволяющие ускользать от опсонизации с помощью белков-аналогов Fсγ-рецепторов. Они блокируют антитела-опсонины и не дают фагоцитам прилипать к обладающему ими объекту. Патогены, обладающие способностью связываться с антителами не только по Fab, но и по Fc-фрагменту, способны провоцировать образование крупных комплексов, содержащих несколько молекул иммуноглобулина и микробных тел (вирусных частиц).
Исходно в организме имеется недостаточное количество иммуноглобулинов, способных связаться с конкретным антигеном микроорганизма, поэтому максимальная активность фагоцитоза невозможна без образования достаточного количества специфических к данному антигену иммуноглобулинов. После распознавания антигена и выработки антиген-специфичных иммуноглобулинов процесс опсонизации усиливается, чем достигается уничтожение микроорганизма, в том числе с помощью фагоцитоза.
3.6.2.Стадия погружения объекта фагоцитоза завершается образованием фагосомы. Этот процесс энергозависимый и связан с работой сократительных белков фагоцита, которая происходит после взаимодействия опсонизированного микроорганизма с соответствующими рецепторами на мембране фагоцита. В результате погружения, объект оказывается в цитоплазме фагоцита, полностью окруженный фагосомой, созданной путем инвагинации и замыкания участка клеточной мембраны.
3.6.3. Стадия переваривания происходит при участии микрофиламентов цитоскелета и белков-фагозогенов. Фагосома сливается с лизосомами и специфическими гранулами фагоцита (внутренняя дегрануляция), формируя фаголизосому, где и происходит завершающая стадия фагоцитоза. Все эти процессы инициированы входом ионов кальция в клетку и активацией протеинкиназы С.
Разрушение (киллинг) объектов фагоцитоза происходит с помощью разнообразных механизмов. Они подразделяются на кислород-зависимые и кислород-независимые:
Кислород-зависимый киллинг состоит в разрушении содержимого фагосомы компонентами, образующимися в реакции галогенизации и перекисного окисления, а именно гипохлоритом, перекисью водорода, синглетным кислородом, гидроксильными радикалами и другими активными формами кислорода.
К кислороднезависимым механизмам относится воздействие таких веществ, как лизоцим, эластаза, коллагеназа, катепсины, лактоферрин, катионные белки (дефенсины, протегрины).
После гибели микроорганизма происходит окончательное переваривание его структур ферментами фагоцита. Фагоцитоз, который завершился уничтожением микроорганизма и перевариванием объекта фагоцитоза называется завершенным.
3.6.3.3. Незавершенный фагоцитоз.
Фагоцитоз, при котором микроорганизм не погибает, и продолжает жить внутри фагоцита, называется незавершенным. Некоторые микробы, такие, как возбудитель проказы, избегают завершающей стадии фагоцитоза, разрушая фаголизосому и выходя из нее, а многие вырабатывают, подобно самим макрофагам, значительные количества каталазы, расщепляющей перекись водорода (Pseudomonas cepacia, Staphylococus aureus, Chromobacterium violaceum, Aspergillus spp.). Многие факультативные и облигатные внутриклеточные паразиты не только сохраняют жизнеспособность внутри клеток, но и способны размножаться. Персистирование патогенов опосредуют следующие основные механизмы:
1.Блокада фагосомо-лизосомального слияния, обнаруженная у вирусов (например, вирус гриппа), бактерий (микобактерии) и простейших (токсоплазмы).
2.Резистентность к лизосомальным ферментам (гонококки и стафилококки).
3.Способность патогенных микроорганизмов быстро покидать фагосомы после поглощения и длительно пребывать в цитоплазме (риккетсии).
4.Способность вырабатывать каталазу, разрушающую перекись водорода (стафилококк, аспергиллы), что блокирует разрушение микроорганизмов и антиген-представляющую функцию фагоцита.
ПРОЛИФЕРАЦИЯ
Под пролиферацией в контексте воспаления понимается п роцесс восстановления структуры поврежденной ткани, возникающий через несколько часов после повреждения. Цель пролиферации может быть достигнута только при условии, что дальнейшего повреждения тканей не происходит, в противном случае новые клетки будут разрушаться под действием повреждающих факторов. В процессе пролиферации выделяют 3 этапа:
· очищение ткани от поврежденных клеточных элементов, микроорганизмов и других чужеродных элементов
· стимуляция роста сосудов в поврежденной ткани
· восстановление целостности ткани.
Процесс пролиферации и восстановления поврежденной ткани становится значимым лишь к моменту, когда основные процессы первичного и вторичного повреждения завершатся. Главным условием успешного хода репаративного процесса при воспалении служит затухание острых альтеративных и экссудативных изменений. Это достижимо лишь при условии полного устранения (элиминации) флогогенного агента. Если флогогенный агент полностью не устранен, воспаление может стать хроническим. Второе условие перехода к репаративным процессам требует действия противовоспалительных медиаторов.
Очищение ткани от поврежденных клеток и микроорганизмов осуществляют нейтрофильные лейкоциты и макрофаги, которые являются основными клетками острого воспаления. Нейтрофильные лейкоциты окружают очаг воспаления, создавая барьер между зоной повреждения и здоровой тканью. Схожую функцию выполняют венозный стаз, препятствуя распространению флогогена по сосудам.
Ангиогенез – восстановление сосудистой сети в поврежденной ткани происходит под влиянием факторов роста. К ним относят фактор роста фибробластов (FGF), фактор роста из тромбоцитов (PDGF), сосудистый эндотелиальный фактор роста (VEGF), трансформирующий фактор роста (TGF α и β), эпидермальный фактор роста (EGF)). Под их влиянием происходит деление эндотелиальных клеток, часть из которых происходит непосредственно из очага воспаления, а часть приходит в виде предшественниц эндотелиоцитов из костного мозга, и формирование трубки будущего капилляра (ангиогенез). Эндотелиальные клетки в новообразованных капиллярах функционально несостоятельны, и эти сосуды отличаются высокой проницаемостью. Затем эндотелиальные клетки «созревают», происходит формирование базальной мембраны, и вновь образованные сосуды приобретают свойства нормальных капилляров.
Регенерация — это замена утраченных клеток клетками того же типа. Если полное количественное восстановление паренхиматозных клеток невозможно, например, при потере клеточных элементов, неспособных к делению, то происходит восполнение дефекта паренхимы соединительной тканью. Формируется молодая, богатая регенерирующими, высокопроницаемыми сосудами грануляционная ткань, затем соединительная ткань и рубец. При репаративных процессах в очаге воспаления регенерация клеток и рост соединительной ткани достигаются через усиление пролиферации. Стимуляторами пролиферации также выступают факторы роста. Ведущие факторы роста для различных клеток могут различаться. Так, если для эндотелиоцитов основным можно назвать сосудистый эндотелиальный фактор роста (VEGF), то для фибробластов – фактор роста фибробластов (FGF), а для эпителиальных клеток – эпидермальный фактор роста (EGF).
Исходы острого воспаления
Исходы острого воспаления зависят от этиологического фактора, вызывающего первичное повреждение, а также от реактивности организма, которая определяет степень вторичного повреждения и степень регенерации.
Благоприятный исход воспаления - полное восстановление структуры и функции происходит при воспалении в хорошо регенерирующих тканях при условии сравнительно небольшого объема поврежденной ткани за счет роста соединительной ткани и паренхимы, которые идут одновременно с ростом сосудов. По своей пролиферативной активности ткани делятся на 3 типа: с высокой пролиферативной активностью (костный мозг, эпителий кожи и слизистых); с возможной пролиферативной активностью в условиях повреждения (гепатоциты); непролиферирующие ткани (нервная, мышечная).
Процессы пролиферации имеют не только механизмы стимулирующей, но и тормозной регуляции, что также очень важно. Так, фибробласты, участвующие в регенерации ткани, постепенно утрачивают свою пролиферативную активность, что предотвращает их чрезмерную пролиферацию. При этом происходит угнетение экспрессии факторов роста и рецепторов к ним. Важным объектом в механизме регуляции пролиферативной активности клеток являются коннексины, молекулы, которые образуют не только межклеточные контакты, но и формируют каналы, через которые проникают ионы кальция, цАМФ, влияющие на пролиферативную активность клеток. Угнетение пролиферативной активности клеток достигается с помощью так называемого феномена «контактного торможения», когда при достижении определенной плотности клеточных контактов начинается торможение пролиферативной активности на уровне регуляции генома клетки.
Относительно благоприятный исход воспаления – Неполное восстановление структуры (рубец) возникает в любой ткани при выраженной гибели клеток, либо при любом повреждении тканей с возможной пролиферативной активностью или непролиферирующих тканей (рубцы на коже при механической травме или ожоге, постинфарктный кардиосклероз). При увеличении пролиферативной активности фибробластов и недостаточной тормозной регуляции возможна их избыточная пролиферация, что проявляется в виде гипертрофических и келоидных рубцов. Появление таких рубцов отчасти имеет генетическую предрасположенность, связанную с некоторыми генами по системе HLA (HLA BW16, HLA BW21). Доказано, что фибробласты в гипертрофических и келоидных рубцах более активны, вырабатывают больше коллагена, фибронектина и протеогликанов, а также имеют нарушенную чувствительность к механизмам регуляции.
Формирование дефекта ткани – еще один вариант относительно благоприятного исхода воспаления. При недостаточной активности пролиферативных процессов на фоне хронической гипоксии ткани, например, при патологии микрососудов при диабетической микроангиопатии или при хронической венозной недостаточности, процессы пролиферации могут существенно запаздывать. А несоответствие между естественной убылью клеток и их восстановлением может привести к образованию дефекта ткани (язве).
Неблагоприятные исходы воспаления:
Гибель органа или ткани возникает при чрезвычайно сильном первичном повреждении и при нарушении реактивности организма, например, на фоне нарушения кровообращения (гангрена).
Генерализация воспаления (сепсис) связана с поступлением в кровь большого количества цитокинов (ИЛ-1b, ИЛ-6, ФНО-a) и развитием «синдрома системного воспалительного ответа». Генерализация инфекции за пределы очага воспаления осуществляется через лимфатические и кровеносные сосуды.
Хроническое воспаление лежит в основе множества распространенных болезней: от ревматоидного артрита и туберкулёза до пневмокониозов и атеросклероза. Главной причиной перехода острого воспаления в хроническое является длительное перманентное повреждение ткани инфекционными или неинфекционными факторами. Хроническое инфекционное воспаление возникает в двух случаях: 1 – при развитии иммунодефицита, когда иммунная система организма не справляется с инфекцией; 2 – при заболевании, вызванном специфической инфекцией и исходной несостоятельностью иммунитета против возбудителя (микоплазмы, спирохеты, хламидии, простейшие и др.). Хроническое неинфекционное воспаление развивается также по двум причинам: 1 – при длительном действии на ткань чужеродных эндо- или экзогенных повреждающих факторов (компоненты пыли, инородное тело в ткани); 2 – при развитии аутоиммунного процесса, когда происходит постоянное повреждение ткани аутоантителами или сенсибилизированными лимфоцитами.
Механизмы хронического воспаления отличаются от механизмов острого воспаления, равно как различается их клеточный состав. Если при остром воспалении главными эффекторными клетками являются нейтрофильные гранулоциты, то при хроническом воспалении это моноциты/макрофаги и лимфоциты. Особенностьхронического воспаления заключается вмононуклеарной инфильтрации пораженных тканей лимфоцитами и макрофагами. Часто возникает накопление и длительное активное функционирование макрофагов в очагах воспаления. Этому способствуют факторы, ингибирующие миграцию макрофагов — окисленные липиды, а также пептиды, выделяемые Т-лимфоцитами (MIF).
Для хронического воспаления, связанного с действием инфекции характерен механизм гиперергической реакции замедленного типа (ГЗТ). Цитокины, выделяемые при макрофагально-лимфоцитарной инфильтрации, взаимно активируют лимфоциты и макрофаги, создавая порочный круг, поддерживающий существование воспаления, в особенности моноцитарный хемотаксический белок -1 (MCP-1) и макрофагальный воспалительный протеин-бета (MIP-1β).
Ангиогенез в зоне хронического воспаления:Хроническое воспаление сопровождается высокой пролиферативной активностью компонентов сосудистой стенки и ростом сосудов (ангиогенезом) за счет таких факторов роста как фактор роста фибробластов (α- FGF и β-FGF). Трансформирующего фактора роста (TGF-β), который имеет проангиогенный характер действия, стимулирует дифференцировку гладкомышечных клеток и формирование базальной мембраны сосудов.
| Признак | Острое | Хроническое |
| Характер течения | Интенсивный | Более длительное, менее длительное |
| Иммунный ответ | Неспецифический | Специфический |
| Главные эффекторные клетки | Нейтрофилы | Т-лимфоциты, макрофаги |
| Сосудистые реакции | Вазодилатация, отек | Образование новых сосудов |
| Реакция ткани | Сосудисто-экссудативная | Пролиферативная |
| Местные и общие признаки | Выражены | Менее выражены |
| Последствия | Не типичны | Капсула, гранулема |
Системные ответы при остром воспалении
Системные ответы организма на острое воспаление называют реакцией острой фазы воспаления. Воспаление, как правило, сопровождается не только местными, но и системными реакциями. Системные реакции организма на воспаление преимущественно связаны с выделением в кровь цитокинов. Основными цитокинами, которые вызывают системную реакцию являются интерлейкин-1 β (Il-1b), интерлейкин-6(Il-6), а также фактор некроза опухоли альфа (TNF-a).
· Острое воспалениевызывает снижение аппетита, плохое самочувствие, сонливость, снижение толерантности к физической и умственной нагрузке. Цитокины (в первую очередь TNF-a и IL-1 ) воздействуют на зоны гипоталамуса и другие структуры ЦНС, отвечающих за сон, вызывая их стимуляцию. Поэтому при остром воспалении больные, как правило, испытывают общую сонливость и недомогание, которые нередко называют признаками «интоксикации». Часть цитокинов, например IL-1, вырабатывается микроглией под действием провоспалительных стимулов. Влияние цитокинов на центр терморегуляции в гипоталамусе приводит к развитию лихорадки. Цитокины также изменяют функциональную активность ядер гипоталамуса, влияя на образование нейромедиаторов.
· В результате активации гипоталамо-гипофизарно-надпочечниковой системы, повышается уровень катехоламинов и глюкокортикоидов.
· Костномозговой ответ на острое воспаление заключается активации лейкопоэза, что приводит к увеличению числа лейкоцитов в крови (лейкоцитоз) и, в меньшей степени, усиливается продукция тромбоцитов. На фоне таких изменений со стороны лейкоцитов и тромбоцитов происходит некоторое угнетение эритропоэза, что сопровождается анемией.
· Белковосинтетическая функция печени: цитокины, в первую очередь интерлейкин-6, увеличивают образование в печени белков острой фазы. «Белки острой фазы» - общее название белков, образующихся в печени при воспалении, которые обладают защитной функцией. Они принимают участие в антимикробной, антиоксидантной, антитоксической защите и являются частью системы гемостаза.
· ЖКТ: уменьшение секреции желудочного сока, тормозится моторика желудочно-кишечного тракта.
