Воспаление как типовой патологический процесс

Воспаление – это типовой патологический процесс, возникающий под влиянием факторов экзогенной или эндогенной природы и характеризующийся стандартным комплексом сосудисто-тканевых изменений независимо от локализации процесса и характера этиологического фактора. Любой повреждающий агент, который по силе и длительности превосходит адаптационные возможности ткани, может вызвать воспаление. Все факторы принято делить на:

1. внешние (экзогенные) – относятся микроорганизмы (бактерии, вирусы, грибы), животные организмы (простейшие, черви, насекомые); химические вещества (кислоты, щелочи); механические (инородное тело, давление) и термические воздействия (холод, тепло); лучевая энергия (рентгеновские, радиоактивные, ультрафиолетовые лучи).

2. внутренние (эндогенные) – относят те, которые возникают в самом организме в результате другого заболевания. Например, воспаление может возникнуть как реакция на опухоль, камни, тромб в сосудах. Причиной воспаления могут стать комплексы антиген - антитело, если они фиксируются в каком-либо органе.

Воспаление является типовым патологическим процессом, так как воспаление типично для многих заболеваний инфекционной и неинфекционной совокупностью патологических реакций и реакций компенсации, адаптации, защитно-приспособительных реакций.

В зависимости от реактивности организма выделяют следующие виды воспалительных реакций:

• нормергическое воспаление, когда интенсивность воспаления адекватно соответствует силе действия патогенного фактора;

• гиперергическая воспалительная реакция, когда интенсивность воспаления превышает силу действия патогенного агента (аллергические реакции);

• гипоергическая воспалительная реакция – характерна для людей со сниженной реактивностью. В зависимости от характера доминирующего местного процесса различают три вида воспаления. При альтернативном воспалении преобладают повреждения, дистрофия, некроз. Оно наблюдается чаще всего в паренхиматозных органах при инфекционных заболеваниях, протекающих с выраженной интоксикацией (например, распад легких при туберкулезе).

Экссудативное воспаление характеризуется выраженным нарушением кровообращения с явлениями экссудации и эмиграции лейкоцитов.

По характеру экссудата различают серозное, гнойное, геморрагическое, фибринозное и смешанное воспаление.

Пролиферативное воспаление характерно для хронических специфических инфекций (при туберкулезе, сифилисе, лепре). При нем доминирует размножение клеток гематогенного и гистиогенного происхождения.

Процесс развития

Фазы воспаления

Воспаление всегда начинается с повреждения ткани и характеризуется нарушением местного крово- и лимфообращения.

Тканевые изменения включают 3 фазы:

1 фаза – альтерация;

2 фаза – экссудация;

3 фаза – пролиферация;

Сосудистые изменения протекают в четыре фазы:

1 фаза – спазм сосудов;

2 фаза – артериальная гиперемия;

3 фаза – венозная гиперемия;

4 фаза – стаз.

Альтерация (дистрофия, некроз) – первая фаза тканевых изменений в зоне воспаления характеризуется избыточным освобождением биологически активных веществ, лизосомальных ферментов, а, соответственно, стойким нарушением структуры и функции ткани. Общие закономерности альтерации независимы от специфики функции клеток: повышается проницаемость, нарушается структура и функция биологических мембран клеток, подавляется активность Na+K+АТФз. В зоне любой альтерации происходит движение в клетку, калий из клетки, что приводит к деполяризации в центре некроза, реполяризация невозможна из-за резкого повышения проницаемости клеточных мембран. Клетки перестают функционировать, выпадает болевая (термическая) чувствительность.

По периферии альтерации возникает частичная деполяризация. Клетки становятся возбудимыми, возрастает их функция, усиливается и болевая чувствительность, которая приводит к появлению боли (dolor).

В зоне альтерации отмечаются набухания митохондрий, просветление их матрикса, дезорганизация юрист, дефицит АТФ и угнетение всех энергозависимых процессов в клетке. Всегда повышается проницаемость мембран лизосом, активируются их форматы, которые выходят в цитоплазму. Начинается аутолиз клеток, распад их соединительной ткани под действием коллагеназы, элластазы, разрушающих белковый остов соединительной ткани. Фосфолипаза А₂ лизосом индуцирует образование эйкозалоидов: простагландинов, тромбоксана, лейкотриенов. Идет распад лецитина, который становится источником образования полиненасыщенных жирных кислот.

Активируется фермент липоксигеназа, который приводит к трансформации незаменимых кислот в лейкотриены А, В, С, Д, Е. Эти липопептиды, обладающие выраженным вазоактивным действием, которое вызывает расширение сосудов, повышает их проницаемость, стимулирует процессы эмиграции лейкоцитов и экссудации. Активация аракидановой кислоты провидит к активации простагландинсинтетазы. Архидоновая и ланолиновая кислота трансформируются в простагландин G₂. В процессе метаболизма простагландинов образуется большое количество свободных радикалов, повреждающих мембраны клеток.

Простагландин G₂ метаболизируется при участии фермента простациклинсинтетазы в простациклин Y₂. Этого фермента много в эндотелии сосудов. В норме простаципия препятствует спазму сосудов, вызывает умеренную дилятацию микроциркуляторного русла, препятствует агрегации и адгезии тромбоцитов, препятствует развитию тромбоза. Простагландины G₂ при участии тромбоксансинтетазы тромбоцитов метаболизируются в тромбоксан.

В зоне альтерации наступает набухание эндотелия сосудов, его десквамация, обнажение, что вызывает активацию фактора Хагемана, приводящего к активации прокоагулянтной системы и возникновению тромбоза, активации калликреиновой системы. Эти ферменты действуют на белок плазмы крови - гликоген, отщепляющий от него активные пептиды - брадикинин, каллидин, вызывающие вазодилатацию сосудов. Кинины образуются и в тканях. Активация их возникает при сдвиге рН в кислую сторону. Возникает адгезия и агрегация тромбоцитов и тромбообразование. Тромбоциты дегранулируют, вызывая выброс серотонина, АТФ в зону альтерации.

В цитоплазме тучных клеток находятся гранулы с биологически активными веществами. На действие любого повреждающего фактора возникает неспецифическая реакция дегрануляции и освобождение в окружающую среду биологически активных веществ: гистамина, гепарина, фактора агрегации и активации тромбоцитов, фактора хемотаксиса эозинофилов, которые стимулируют эмиграцию лейкоцитов.

Большая роль в развитии выполняется принадлежность фибробластам. Они обладают способностью размножаться в зоне альтерация и усиленно продуцируют основные компоненты соединительной ткани: проколлагены, эластин, ретикулин, хондроитинсульфаты, гиалуроновую кислоту. Начинается образование фибробластического барьера, который инкапсулирует зону альтерация. В зону альтерации проникают лимфоциты, эмигрируют монокины.

Все медиаторы зоны воспаления делят на:

• медиаторы гуморального происхождения (кинины, медиаторы свертывания крови, система комплемента. С3а, С5а);

• медиаторы клеточного происхождения, готовые или предсуществующие (медиаторы тучных клеток, серотонин, гепарин, лизосомальные ферменты);

• медиаторы клеточного происхождения, вновь образующиеся (эйкозаноиды, лимфокины, монокины, свободные радикалы). Различают первичную альтерацию – повреждение в момент действия альтерирующего фактора ее границы соответствуют границам повреждающего фактора и вторичную альтерацию, обусловленную действием диффундирующих из зоны первичной альтерации в окружающие неповрежденные ткани биологически активных веществ, медиторов воспаления.

Вторичная альтерация отсрочена во времени. Параллельно с альтерацией возникают сосудистые изменения:

а) спазм сосудов (артериол), который носит рефлекторный характер и скоро проходит;

б) артериальная гиперемия – возникает вслед за спазмом артериол. Она является результатом образования в воспаленном очаге большого количеств вазоактивных веществ - медиаторов воспаления, которые расслабляют мышечные элементы стенки артериол и прекапилляров. Это вызывает увеличение притока артериальной крови, ускоряет ее движение, открывает капилляры, повышает давление в них. Кроме того, расширение приводящих сосудов возникает в результате паралича вазоконстрикторов, сдвига рН среды в сторону ацидоза, накопления ионов калия, понижения эластичности окружающей сосуды соединительной ткани. Через 30-60 минут артериальная гиперемия сменяется венозной.

Экссудация и эмиграция. Классификация эритроцитов венозной гиперемии

Эритроциты венозной гиперемии:

• внутрисосудистые – обусловлены изменением реологических свойств;

• вазогенный механизм – обусловлен повреждением сосудистой стенки, повышением концентрации биологически активных веществ, сдвигом рН в кислую сторону, выпадением вазопрессорного эффекта катехоламинов;

• внесосудистые факторы – отечность соединительной ткани, сдавление вен и лимфатических сосудов. Одним из нарушений кровообращения при воспалении являются экссудация и эмиграция лейкоцитов. Экссудация – это выход жидкой части крови за пределы сосудистого русла в зону альтерации.

Механизмы экссудации:

1. повышение проницаемости сосудистой стенки под влиянием медиаторов воспаления;

2. повышение внутрисосудистого гидростатического давления в связи с изменениями кровообращения в очаге воспаления;

3. повышение онкотического давления из-за увеличения содержания белка вне сосудистой стенки;

4. уменьшение внутрисосудистого онкотического давления в связи с потерей белка вместе с экссудатом;

5. повышение коллоидно-осмотического давления ткани в зоне альтерации;

6. активация цитокемсиса, когда эндотелиальные клетки начинают пропускать через себя плазму клетки и растворимые в ней соединения.

Фазы экссудации:

1. ранняя фаза экссудации возникает через 10-15 минут с момента действия альтернирующего фактора и достигает максимума через 30 минут. Обусловлена выбросом гистамина, серотонина, активаций калликреин-кининовой системы, системы комплимента;

2. поздняя фаза экссудации начинается чуть позже, достигает максимума через 4-7 часов. Может быстро свернуться, а может длиться до 3-4 суток. Обусловлены образованием эйкозаноидов, выбросом монолимфокинов, свободных радикалов, биологически активных веществ нейтрофилов.

Отличие экссудата от транссудата

Транссудация – выход жидкой части крови за пределы сосудистого русла через неповрежденную стенку в неповрежденную ткань. Экссудат содержит больше белков (более 2 % до 8 %) – не только альбумины и глобулины, но и белок с большой молекулярной массой – фибриноген, форменные элементы крови, лизосомальные ферменты, биологически активные вещества, продукты распада тканей.

Виды экссудата:

1. серозный – Близок по составу к транссудату, содержит альбумины, образуется в серозных полостях;

2. геморрагический – содержит эритроциты в большом количестве. Характерен для септических состояний, стафилококковой инфекции;

3. фибринозный;

4. гнойный – содержит лейкоциты, вызван распадом клеток;

5. гнилостный;

6. смешанный.

Эмиграция лейкоцитов и нейтрофилов

Эмиграция – выход лейкоцитов за пределы сосудистого русла в зону альтерации.

Осуществляется путем проникновения через сосудистую стенку. В эмиграции лейкоцитов в очаг воспаления наблюдается определенная очередность: сначала эмигрируют нейтрофильные гранулоциты, затем моноциты, позже лимфоциты. Эту последовательность впервые описал И. И. Мечников. Более позднее проникновение моноцитов объясняется их меньшей хемотоксической чувствительностью.

Эмиграция нейтрофилов начинается через 10-12 минут, достигает максимума через 3-4 часа. При острых воспалительных процессах в зоне воспаления преобладают нейтрофилы (до 95 %). Миграция моноцитов начинается через 16-18 часов, массовая - в течение 3-4 суток.

Лимфоциты эмигрируют спустя сутки и преобладают в зоне хронического воспалительного процесса.

Механизмы эмиграции:

1. действие хемотропных веществ. В очаге воспаления осуществляется активное движение лейкоцитов и к химическим раздражителям. Это явление описал И.И. Мечников и назвал его хемотаксис. Хемотропные вещества: продукты жизнедеятелности микроорганизмов, продукты протеолиза тканей, продукты нибринолиза. Компоненты комплемента С3 и С5, компоненты калликреин-кининовой системы, лимфокины, лейкотриены. Хемоатрактанты взаимодействуют со специфическими рецепторами на мембране лейкоцитов. Возникает метаболический взрыв, образуются свободные радикалы. Мембрана начинает синтезировать адгезивные гликопротеины, понижается поверхностное натяжение мембраны и создаются условия для формирования псевдоподий. Одновременно возникает активация актино-миозиновых комплексов, что ведет к сократительному акту, и клетка передвигается в зону образования псевдоподий.Поглощение объекта лейкоцитами может происходить двумя способами: контактирующий с объектом участок цитоплазмы втягивается внутрь клетки, а вместе с ним втягивается и объект. Второй способ заключается в том, что фагоцит прилагается к объекту своими псевдоподиями, а потом всем телом подтягивает в сторону объекта и обволакивает его. В итоге образуется фагосома, к которой приближается лизосома и начинается переваривание под действием лизосомальных ферментов;

2. развитие тромбоза, эмболии, изменение реологических свойств крови: повышение вязкости и снижение скорости кровотока;

3. повышение адгезивности эндотелиальных клеток;

4. повышение проницаемости сосудистой стенки под влиянием биологически активных веществ, медиаторов воспаления, лизосомальных ферментов;

5. действие электроэнергетических сил. В зоне альтерации нормируется положительный потенциал за счет избыточного накопления Н+, а лейкоциты на своей поверхности несут суммарный отрицательный Z-потенциал.

Функции лейкоцитов

Пути эмиграции лейкоцитов.

Первый путь, когда полиморфноядерные лейкоциты раздвигают эндотелиальные клетки и второй путь – цитотаксис – эмиграция через эндотелиальную клетку, характерен для эозинофилов, базофилов.

Клеточный состав лейкоцитов:

• нейтрофилы – активные фагоциты, фагоцитируют возбудителей, продукты распада клеток, формируют первый нейтрофильный вал, продуцируют эндопирогены – индукторы лихорадки, продуцируют вещества с бактерицидной активностью - лизоцим, лактоферрин, обладают способностью продуцировать вазоактивные соединения – простагландины, комплекс лейкотринов В4, С4, Д4, лейкокины;

• эозинофилы преобладают при аллергических воспалительных реакциях. Фагоциты. Сорбируют излишки гистамина из зоны альтерации и его инактивируют. Продуцируют фактор, тормозящий освобождение гистамина тучными клетками, базофилами, участвуют в расщеплении.

• базофилы – фагоциты, содержат 3/4 всего гистамина, гепарин, медленно реагирующую субстанцию.

• моноциты – активные фагоциты, формируют моноцитарный вал, выделяют лизосомальные ферменты, в основном протеолитические, выделяют биологически активные вещества – монокины с бактерицидной или противовирусной активностью: интерлейкин I, комплимент, интерферон, лизоцим и др. Выделяют колонийстимулирующий фактор, продуцируют эндопирогены, обеспечивают образование в процессе фагоцитоза суперантигена, индуцирующего развитие иммунных или аллергических реакций, участвуют в процессах пролиферации.

• лимфоциты – продуцируют лимфокины, обеспечивают специфические иммунологические механизмы защиты, подвергаются жировой дегенерации и превращаются в гнойные тельца.

Нарушение обмена веществ в очаге воспаления

Интенсивность обмена веществ при воспалении, особенно в центре очага, повышается. Освобождающиеся из поврежденных лизосом ферменты гидролизуют находящиеся в очаге углеводы, белки, нуклеиновые кислоты, жиры.

Возникшая циркуляторная гипоксия в результате стока крови приводит к блокаде окисления субстрата в цикле Кребса, что приводит к снижению образования АТФ в зоне альтерации и блокированию всех энергозависимых реакций клетки. Избыточное накопление АДФ приводит к активации гликолиза. В результате накапливается молочная и трикарбоновые кислоты. Из-за дефицита кислорода накапливаются промежуточные продукты протеолиза, липолиза. В зоне альтерации возникает метаболический ацидоз. Сначала он компенсируется буферными механизмами, а затем становится декомпенсированным. Наряду с повышенной кислотностью повышается осмотическое давление.

Ацидоз обусловливает набухание элементов соединительной ткани, а повышение осмотического давления увеличивает экссудацию и местный отек. Этим объясняются главные признаки воспаления – припухлость и боль, которая объясняется натяжением ткани, возникающим при этом.

Воспаление всегда начинается с повреждения и гибели клетки. Но на определенном этапе инфильтрация, нагноение и связанные с ними процессы протеолиза и некроза приостанавливаются и на передний план выступают процессы восстановления. В соответствии с этим меняется и клеточный состав воспалительного инфильтрата. Пролиферация - размножение клеточных элементов в зоне воспаления. Является завершающей стадией воспаления. Пролиферация по периферии начинается одновременно с альтерацией в центре. Условие, при котором начинается пролиферация - очищение зоны альтерации от возбудителей и клеточного детрита. Предшествует пролиферации формирование нейтрофильного и моноцитарного барьеров, которые обеспечивают очистку зоны альтерации. По периферии начинают формироваться фибробластический вал (фибробласты размножаются и продуцируют волнистые структуры и межклеточное вещество).

По мере очищения зоны альтерации от периферии к центру начинается миграция фибробластов и продуктов их жизнедеятельности и замещение дефекта. Усиливается миграция эпителиальных клеток и формирование капилляров.

В зависимости от способности ткани и пролиферации органоспецифических элементов все ткани делятся на категории:

1. с неограниченными возможностями пролиферации:

• эпителий кожи,

• эпителий слизистых,

• гепатоциты,

• эпителий почек,

• клетки крови.

При локализации воспалительного процесса в этих тканях наступает полное излечение;

2. с ограниченными возможностями пролиферации:

• костная ткань,

• хрящ,

• сухожилие,

• нервные волокна;

3. пролиферация невозможна:

• миоциты,

• миокардиоциты,

• нервные клетки.

В органах и тканях II и III категории идет замещение зоны альтерации за счет соединительнотканного рубца.

Пролиферация макрофагами

Большая роль в пролиферации отводится тканевым макрофагам. Они продуцируют фактор роста фибробластов, фибропектин, интерлейкин I, фактор хемотаксиса эндотелиальных клеток. Эти вещества вызывают дифференцировку стволовых клеток, трансформацию в эпителиальные клетки, фибробласты.

Стимулируют размножение фибробластов и усиливают их функции, образование капилляров и васкуляризацию поврежденной ткани. Фактор роста фибробластов может продуцироваться и макрофагами, тромбоцитами и эпидермальными клетками.

Пролиферация стимулируется умеренными концентрациями протонов водорода и биологически активных веществ:

• лимфокинами, алифатическими аминами, спермином, антиксилонами (продуцируются нейтрофилами);

• гормонами: соматотропным гормоном, минералкортикоидами, соматомединами гепатоцитов, инсулином.

Подавляют пролиферацию, адренокортикотропный гормон, глюкокортикоиды и АМФ, кейлоны. Кейлоны – это вещества белковой природы, образуются любыми зрелыми клетками (но в зоне альтерации нейтрофилами). Кейлоны подавляют активность ферментов. ДНК-полимеразы, РНК-азы, процессы транскрипции, репликации, трансляции, следовательно, подавляют митоз. По мере развития альтерации уменьшается количество нейтрофилов, количество продуцируемых ими кейлонов резко падает, что приводит к активации митоза.