Основные патогенетические механизмы развития системного воспалительного ответа

В системном воспалительном ответе при сепсисе можно условно выделить несколько основных патогенетических механизмов:

• медиаторный, в развитии, которого ведущую роль играют эндотелий и цитокины, а также аутоиммунное поражение органов и тканей;

• микроциркуляторный и связанный с ним реперфузионный механизмы;

• инфекционно-септический механизм, в основе которого лежит кишечная недостаточность - важнейший компонент порочного круга при сепсисе, поскольку транслокации бактерий и их токсинов поддерживают воспалительную реакцию, усугубляется нарушение обмена веществ.

Приведенные механизмы действуют в совокупности, хотя каждый из них может преобладать на разных этапах развития сепсиса.

Механизм формирования септического ответа, инициированного эндотоксином, состоит из трех фаз.

I фаза - индукция сепсиса, результатом которой является синтез целого ряда гуморальных факторов, запускающих реакцию системного воспалительного ответа;

II фаза - септический каскад, заключающийся в секреции цитокинов и их воздействии на органы-мишени с последующим вторичным выделением этих медиаторов. Кроме цитокинового каскада, активизируются калликреин-кининовая система, система арахидоновой кислоты, свертывающая система крови и др. Взаимодействие эндогенных медиаторов воспаления с различными клетками макроорганизма приводит к тяжелым системным расстройствам с формированием в конечном итоге полиорганной недостаточности, которая является основной причиной летальности при сепсисе;

III фаза - вторичная агрессия - предельно выраженная органная дисфункция и стабильный катаболизм, в которую организм больного теряет способность к самостоятельной регуляции гомеостаза.

Последующее течение заболевания и прогноз определяются концентрацией эндотоксина, отдельных цитокинов (TNF-альфа, IL-1-бета, IL-2, IL-6) в тканях и кровотоке, состоянии механизмов, контролирующих их освобождение, а также тяжестью возникших органных повреждений.

Патогенез грамположительного и грамотрицательного сепсиса

Грамположительные микроорганизмы не содержат в клеточной стенке эндотоксина, имеют липополисахаридную капсулу, их клеточная стенка содержит фосфолипидную мембрану, окруженную слоем пептидогликанов. Каждый из этих слоев может содержать такие полимеры, как тейхоновая, тейхуроновая кислоты, полисахариды. На поверхности клеток располагаются специфические антигены, такие как стафилококковый протеин А, стрептококковый протеин М. Развитие септического ответа индуцируют гликоколикс грамположительной микрофлоры, предшественники пептидогликана и другие компоненты клеточной стенки. Установлено, что предшественники пептидогликана и другие компоненты клеточной стенки индуцируют продукцию таких медиаторов воспаления, как ФНО, ИЛ-1. Пептидогликаны и тейхоновая кислота активируют альтернативные пути активации комплемента, изменяют активность макрофагов и лимфоцитов (Р.Бэлк, 1994). Комплекс ответных реакций на инвазию грамположительной инфекции является более сложным по сравнению с таковыми при эндотоксикозом. В то же время отмечаются и общие с эндотоксикозе закономерности формирования метаболических и функциональных расстройств.

В настоящее время идентифицировано большое количество токсинов грамположительной микрофлоры, реализующих свои эффекты через индукцию цитокинов, воспалительных лейкотриенов, простагландинов, а также через каскад реакций активации системы комплемента, тромбоцитарного звена системы гемостаза, коагуляционного гемостаза и фибринолиза. Одним из токсинов, выделенных при грамположительном сепсисе, является токсин-1, который, действуя подобно эндотоксину, вызывает синдром септического шока, инициирует системный воспалительный ответ.

Подобно грамотрицательным бактериям грамположительные бактерии за счет продуцируемых ими токсических субстанций повышают проницаемость сосудистой стенки, активируют моноциты, лимфоциты, полиморфноядерные лейкоциты, тромбоциты и другие клетки, повышают проницаемость цитоплазматических мембран, вызывая развитие цитолиза. Ведущая роль в развитии грамотрицательного сепсиса отводится эндотоксину. Как известно, эндотоксины продуцируются различными грамотрицательными бактериями, в частности, кишечной палочкой, протеем, сальмонеллами, шигеллами, менингококком и другими возбудителями инфекций. Установлено, что клеточная оболочка грамотрицательных бактерий имеет три слоя: внутренний (цитоплазматическая мембрана), средний слой (плотная мембрана, пептидогликановый слой) и наружный слой (наружная мембрана, представленная липопротеидами и липополисахаридами). Липидные компоненты в наружной мембране расположены асимметрично: фосфолипиды находятся преимущественно внутри, а липополисахариды (ЛПС) локали-зованы во внешней части наружной мембраны. ЛПС как поверхностная структура бактериальной клетки включает О-антигены, несущие в себе сайты связывания для антибактериальных антител, рецепторы для бактериофагов. ЛПС влияют на рост и жизнедеятельность грамотрицательных бактерий. В то же время ЛПС у человека и животных вызывает выраженный эндотоксический эффект. ЛПС, выделенный из различных видов бактерий, состоит из гетерополисахаридной части, которая ковалентно связана с липидным компонентом, названным липидом А. Эти две части детерминируют различные свойства ЛПС. Гетерополисахаридная часть (О-специфические боковые цепи и ядро) несет структуры, которые распознаются лектинами, специфическими антителами и бактериофагами. Другая функционально важная часть ЛПС – липид А – ответственна за эндотоксический эффект. Липид А, выделенный из ЛПС различных грамотрицательных бактерий, имеет идентичную организацию и обладает стереотипными биологическими эффектами, в частности, пирогенностью, летальной токсичностью, иммуногенностью, митогенностью, связывается с мембраной клеток эукариотов, стимулирует альтернативный путь активации комплемента, систему мононуклеарных фагоцитов, освобождение макрофагами лизосомальных ферментов, монокинов, токсических радикалов кислорода, оксида азота, активирует прокоагулянтную систему и систему фибринолиза. Помимо эндотоксина в развитии грамотрицательного сепсиса определенная роль отводится экзотоксинам.

В настоящее время очевидно, что инфекция сама по себе не является непосредственной причиной комплекса разнообразных метаболических, структурных и функциональных расстройств, свойственных сепсису. Очевидно, что сепсис представляет собой системный воспалительный ответ, индуцируемый не только комплексом токсических соединений, присущих бактериальной клетке, но и громадным количеством образующихся медиаторов воспаления в клетках различных органов и тканей, обладающих взаимопотенцирующим действием и обусловливающим полиморфизм клинических проявлений патологии. Характерным признаком сепсиса является развитие лихорадочной реакции, обусловленной избыточной продукцией эндопирогенов. В ряде случаев у пожилых субъектов с исходно нарушенной терморегуляцией сепсис развивается на фоне гипотермии. Нарушения внешнего дыхания проявляются вначале развитием гипервентиляционного ответа с последующим формированием дыхательного алкалоза и утомлением дыхательной мускулатуры. Выраженные функциональные сдвиги свойственны сердечно-сосудистой системе, которые в конечном итоге в значительной мере определяют исход сепсиса, причем в ранней фазе сепсиса отмечается снижение периферического сосудистого сопротивления на фоне увеличения сердечного выброса, результатом чего является гипотензия. Позднее сердечный выброс может снижаться, между тем периферическое сосудистое сопротивление либо остается сниженным, либо возрастает, однако гипотензия сохраняется. Естественно, что снижение артериального давления, а также патогенное воздействие токсических и ферментных факторов патогенности микроорганизмов являются причинами развития преренальной, а затем ренальной формы почечной недостаточности с характерными признаками ее в виде гиперазотемии и олигурии. Достаточно быстро вовлекается в системный воспалительный процесс печень, развиваются желтуха, диспротеинемия. При сепсисе нередко поражается и центральная нервная система, что проявляется дезориентацией больного, летаргией, возбуждением. Одним из ранних проявлений сепсиса является расстройство коагуляционного гемостаза и фибринолиза, развитие ДВС-синдрома. Неуклонное падение артериального давления, депонирование крови в периферических сосудах, развитие явлений стаза, внутриорганных и внутриполостных геморрагий являются важнейшими факторами прогрессирующей острой сосудистой недостаточности, полиорганной недостаточности, первичной остановки дыхания и гибели больного. Грозным осложнением сепсиса является септический шок, характеризующийся прогрессирующей гипотензией, несмотря на инфузионную терапию, нарушением тканевой перфузии, развитием лактатацидоза, олигурии, полиорганной недостаточности, расстройствами гемостаза и микроциркуля-ции, развитием геморрагического синдрома. Септический шок скоротечен, диагностика его достаточно трудна, несмотря на стереотипность клинических проявлений, требует незамедлительной патогенетически обоснованной терапии, адаптированной к характеру метаболических и функциональных расстройств у конкретного данного больного.

Какова же динамика образования воспалительных медиаторов, опосредующих цитопатогенные эффекты токсических факторов грамположительной и грамотрицательной микрофлоры в процессе развития сепсиса и септического шока? В настоящее время более четко систематизированы механизмы развития эндотоксикоза и соответственно грамотрицательного сепсиса. Первичные или начальные этапы развития обусловлены способностью эндотоксина рецептироваться различными клетками крови, в частности, тромбоцитами, макрофагами, эндотелиальными клетками, нейтрофилами, базофилами, эозинофилами, тучными клетками, гепатоцитами. Активная клеточная акцепция ЛПС в организме объясняет феномен диссоциации между степенью эндотоксемии и тяжестью клинических проявлений патологии, когда при отсутствии циркулирующего токсина в крови развивается характерная картина токсикоза и шока. Важнейшими медиаторами септического воспалительного ответа являются комплемент; продукты метаболизма арахидоновой кислоты – лейкотриены, простагландины, простациклин, тромбоксан; цитокины – ФНО, ИЛ-1, ИЛ-6, ИЛ-8; гистамин; клеточные адгезивные молекулы; каскад ферментов прокоагулянтной, антикоагулянтной и фибринолитической систем; лизосомальные ферменты; активные формы кислорода; оксид азота и др. (Dinarello C.A., Clowes G.H.A., Gordon A.H. et al., 1986; Evans G.F., Snyder V.M., Butler L.G., 1989; Jоbotson G.C., Wallace J.L., 1989). Указанные медиаторы, что очевидно, являются и медиаторами локальной воспалительной реакции.

На раннем этапе эндотоксемии мононуклеары служат источником выброса ФНО и ИЛ-1, являющихся основными медиаторами эндотоксемии. Отмечено также и возрастание ИЛ-6. Антигенстимулированные макрофаги способствуют образованию метаболитов арахидоновой кислоты - лейкотриенов, простагландинов, тромбоксана А2, протеолитических ферментов, активных форм кислорода, ФАТ, оксида азота (Зербина Д.Д., Лукасевич Л.Л., 1989). Антигенстимулированные полиморфноядерные лейкоциты при септических реакциях также являются источником образования ряда цитокинов, в частности, ФАТ, фактора хемотаксиса эозинофилов (ФХЭ), катионных белков, нейтральных и кислых протеаз, эндопирогенов, лейкотриенов, простагландинов, свободных радикалов. В процессе дегрануляции тучных клеток и базофилов у больных с системным воспалительным процессом высвобождаются гистамин, серотонин, ФХЭ, ФХН, ФАТ, лейкотриены, протеазы. Возникающие при септических состояниях реакции адгезии и агрегации тромбоцитов также приводят к высвобождению комплекса биологически активных соединений, в частности, катехоламинов, серотонина, тромбоксана А2, тромбоцитарных факторов свертывания крови. Каскад комплемента, как и множество других реакций, вовлечен в патофизиологию сепсиса. Патологическая активация комплемента может начинаться при участии бактерий, иммунных комплексов, поврежденных клеток эндотелия (Harlan J., Winn R., Hildebranolt S., Harker L., 1983). В свою очередь, продукты каскада комплемента могут активировать нейтрофилы, макрофаги, тромбоциты, которые включаются в системную воспалительную ре-акцию с помощью лизосомальных энзимов, цитокинов, свободных радикалов, продуктов метаболизма арахидоновой кислоты. Клинические наблюдения показывают, что при сепсисе раньше всего поражаются легкие. Основная причина дисфункции легких обусловлена повреждением эндотелия под влиянием эндотоксина и цитокинов: ФНО, ИЛ-1, ФАТ лейкотриенов, тромбоксана А2, оксида азота, свободных радикалов, вызывающих повышение проницаемости сосудов. Однако избыточное накопление вазоактивных соединений при септическом шоке сочетается с неоднозначным изменением тонуса сосудов: вазодилатирующий эффект нередко сочетается с вазоконстрикцией и развитием локальной ишемии. Последнее связано, по-видимому, с нарушением сбалансированности прессорных и депрессорных факторов в сосудах различных органов и тканях. В качестве примера можно привести следующие нарушения взаимодействия вазоактивных соединений в динамике сепсиса.

Так, установлено, что эндотоксин, ФНО, ИЛ-1 активируют NO-синтетазу в гладкомышечных клетках эндотелия сосудов и приводят к биосинтезу и освобождению значительного количества NO (Forstermann H., Schmidt H.H., Pollock J.C., 1991; Марков Х.М., 1996) В свою очередь, NO внутри гладкомышечной клетки связывается с геминовой простетической группой цитозольной гуанилатциклазы, образуя нитрозилгеминовый комплекс, являющийся активатором гуанилатциклазы. Последняя обеспечивает возрастание уровня цГМФ в гладкомышечных элементах и развитие вазодилятации сосудов при септических состояниях. Важным внутриклеточным фактором активации сосудистой NO-синтетазы является кальций, который в комплексе с белком кальмодулином переводит фермент в активное состояние (Раевский К.С., 1997). Таким образом, опосредованно через образование NO при септических состояниях могут возникать вазодилатация, снижение чувствительности гладкомышечных элементов сосудов к действию прессорных факторов. Однако в ряде работ показано, что в процессе развития септического состояния возможно возрастание уровня тромбоксана А2, серотонина, катехоламинов, что может привести к развитию сосудистых спастических реакций. Обращает на себя внимание и тот факт, что ФНО и ИЛ-1 свойственна прямая цитотоксичность, реализуемая через экспрессию соответствующих генов с последующим развитием апоптоза (программированной гибели клеток). Экспериментально установлено, что ФАТ ФНО вызывают развитие гипотонии, повышение проницаемости резистивных сосудов с экстравазацией воды, альбумина, эритроцитов. Результаты многочисленных исследований свидетельствуют о важной роли свободных радикалов в дезинтеграции биологических мембран клеток и сосудистой стенки при сепсисе и септическом шоке. Касаясь значимости активации процессов свободнорадикального окисления в динамике эндотоксикоза, следует отметить, что промежуточные продукты пероксидации липидов обладают мощным сосудорасширяющим действием, а конечная генерация гипохлоридных и гипероксидных радикалов полностью дезорганизует метаболизм клеток.

Резюмируя вышеизложенное, следует заключить, что коллаптоидно-шоковую артериальную гипотонию при сепсисе обусловливают вазоактивные соединения с разнонаправленными механизмами действия: ФНО, ФАТ, ИЛ-1, лейкотриены, простагландины, кинины, комплемент, гистамин, серотонин и др. Молекулярно-клеточные механизмы их действия представлены выше.

Прогрессирующая гипотония в динамике шока сочетается с экстравазацией жидкости, патологическим депонированием крови, развитием стаза, тромбоза, геморрагий в сосудах микроциркуляторного русла различных периферических органов и тканей, что приводит к развитию в них дистрофических процессов, очаговых некрозов.

Расстройства микроциркуляции при септических состояниях обусловлены активацией трех взаимосвязанных механизмов:

1. внутреннего механизма формирования протромбиназы за счет активации XII фактора с участием комплемента, иммунных комплексов, высокомолекулярного кининогена;

2. внешнего механизма гемостаза за счет освобождения эндотелием, гранулоцитарно-макрофагальными элементами тромбопластина;

3. тромбоцитарного звена системы гемостаза, так как тромбоциты первыми захватывают липополисахарид (эндотоксин), активируются и стимулируют различные клеточные элементы к продукции цитокинов– ФАТ, ФНО, ИЛ-1, протеаз, усиливающих и ускоряющих коагуляцию крови.

Следует отметить, что повышенную свертываемость крови можно диагностировать лишь в начальной стадии эндотоксикоза, а в поздней - и тем более при шоке – система гемостаза находится в состоянии выраженной гипокоагуляции вплоть до полного несвертывания крови. Это обстоятельство объясняется мощным усилением антикоагуляционного потенциала крови.

Механизмы гипокоагуляции крови включают в себя прямое влияние эндотоксина на антикоагулянтные механизмы за счет усиления высвобождения антикоагулянтов клеточно-тканевого происхождения. В ответ на первичное усиление активности прокоагулянтной системы крови под влиянием эндотоксина и цитокинов возникает компенсаторное усиление синтеза и секреции естественных первичных - I-антитрипсина, -антикоагулянтов, в частности, гепарина, антитромбина III, 2-макроглобулина и др. В то же время в динамике эндотоксикоза в кровотоке появляются вторичные антикоагулянты, образующиеся в ходе ферментативной деактивации и деградации коагуляционных факторов, а также фибринолиза. Эти вторичные антикоагулянты представлены фибрином, продуктами деградации фибрина и фибриногена, клеточными протеиназами, расщепляющими активные факторы коагуляции, неферментативными комплексами адреналина с гепарином, фибриногеном и его фрагментами. Характерной для эндотоксикоза является и активация фибринолиза по внутреннему и внешнему механизмам (Грачев С.В., Якунин Г.А., Новочадов В.В., Ярошенко И.Ф., 1992). Первый связан с активацией XII фактора, который запускает не только каскад последовательно активирующихся коагуляционных факторов, но одновременно растормаживает плазменные активаторы плазминогена, увеличивая содержание и активность плазмина. Активация внешнего механизма фибринолиза обеспечивается эндотоксином за счет секреции многочисленных протеаз активированными клетками иммунной и ретикулоэндотелиальной системы.

В ряде исследований отмечено, что при эндотоксиновом шоке система фибринолиза может не усиливаться, а угнетаться. Это может быть обусловлено чрезмерной активацией антикоагуляционных механизмов, обеспечивающих помимо блокады прокоагулянтных факторов ингибирование системы фибринолиза. Важнейшими факторами антифибринолитической системы являются белки острой фазы с ингибиторной функцией по отношению к широкому спектру протеаз, в том числе и плазмину. Индукторами синтеза белков острой фазы являются ИЛ-1, ИЛ-6, -интерферон, ростовые факторы клеток. Антифибринолитическим ФАТ, ФНО, действием обладают многие липиды плазмы крови – холестерин, ЛПОНП, ЛПНП, триглицериды.

Как свидетельствуют данные литературы, ведущий механизм активации коагуляционного гемостаза при эндотоксикозе связан с тромбоцитарной и тромбопластиновой активацией его под влиянием комплемента, цитокинов (ФАТ, ФНО, ИЛ-1, ИЛ-3, тромбоксан А2). Преобладающими поставщиками тромбопластина являются эндотелий и макрофагально-гранулоцитарные клетки. При этом в органах не развивается тромботический процесс, несмотря на выраженную его активацию. В условиях гипоксии и ацидоза происходят микроагрегация тромбоцитов и нейтрофилов, адгезированных на эндотелиоцитах, а также выпадение волокон нестабилизированного фибрина в виде микроочагового или сетчатого тонкопленчатого покрытия стенки сосудов. Взвешенные в плазме крови тромбоцитарно-эритроцитарные микроагрегаты сцементированы растворимым фибрином. Данные изучения коагуляционного потенциала крови свидетельствуют о том, что в динамике эндотоксикоза и эндотоксинового шока происходит блокада стабилизации фибрина за счет возрастания антипротеазного потенциала крови в связи с усилением макрофагально-гранулоцитарной продукции цитокинов, усилением синтеза печенью белков острой фазы, обладающих антикоагулянтной активностью. Активируемая в условиях эндотоксикоза NO-синтетаза эндотелия обеспечивает избыточную продукцию NO, обладающего не только выраженным вазодилатирующим действием, но и выступающим в роли ингибитора агрегации тромбоцитов и тем самым подавляющим процессы тромбообразования. В необратимой стадии эндотоксикоза иногда возможно усиление генерализованной диссеминации свертывания крови в магистральных сосудах в связи с исчерпанием антикоагуляционных механизмов гемостаза. Нарушение дезинтоксикационной функции печени и выделительной функции почек усугубляет эндогенную интоксикацию и с ростом уровня токсемии увеличивается токсическое повреждение органов. Интоксикация приводит к значительному нарушению функции кроветворных органов, развитию анемии, нарушению лейкопоэза.

Полисистемность и полифункциональность действия эндотоксина в организме людей, опосредованные комплексом цитокинов, являющихся в значительной мере и медиаторами воспаления, обусловливает выраженные расстройства микроциркуляции, регионарного кровотока и системной гемодинамики с последующим развитием синдрома полиорганной недостаточности.