Бактерицидные свойства фагоцитов крови при сочетанной и ожоговой травмах. Учебное пособие

Государственное бюджетное учреждение Санкт-Петербургский научно-исследовательский институт скорой помощи им. И.И. Джанелидзе

БАКТЕРИЦИДНЫЕ СВОЙСТВА ФАГОЦИТОВ КРОВИ

ПРИ СОЧЕТАННОЙ И ОЖОГОВОЙ ТРАВМАХ

Учебное пособие

Санкт-Петербург

2021

2

УДК 616-01/009

Бактерицидные свойства фагоцитов крови при сочетанной и ожоговой травмах: Учебное пособие / ГБУ СПб НИИ скорой помощи им. И.И. Джанелидзе. - СПб.: СПб НИИ СП им. И.И. Джанелидзе, 2021. - 38 с.

Авторы:

Л.П. Пивоварова, А.Н. Тулупов, И.В. Осипова, О.Б. Арискина, О.В. Орлова, Т.Г. Хабирова

Рецензенты:

М.И. Громов - д.м.н., руководитель Отдела эфферентной терапии СанктПетербургского НИИ скорой помощи им. И.И. Джанелидзе Е.В. Зиновьев - д.м.н., профессор, руководитель Отдела термических

поражений Санкт-Петербургского НИИ скорой помощи им. И.И. Джанелидзе

Редакторы:

В.А. Мануковский - профессор, директор Санкт-Петербургского НИИ скорой помощи им. И.И. Джанелидзе, Заслуженный врач РФ В.Е. Парфенов – профессор, научный руководитель Санкт-Петербургского

НИИ скорой помощи им. И.И. Джанелидзе, Заслуженный врач РФ И.М. Барсукова - д.м.н., доцент, Ученый секретарь Санкт-Петербургского НИИ скорой помощи им. И.И. Джанелидзе

Утверждено в качестве учебного пособия проблемной комиссией № 1 ГБУ СПб НИИ скорой помощи им. И.И. Джанелидзе

протокол № 7 заседания проблемной комиссии от 06.10.2020

В пособии отражены классические и современные представления о факторах эндогенной бактерицидности фагоцитов крови при сочетанной и ожоговой травме.

Пособие предназначено для анестезиологов-реаниматологов, травматологов, хирургов, комбустиологов, клинических иммунологов, врачей клинической лабораторной диагностики и других специалистов, интересующихся проблемами иммунологии и противоинфекционной резистентности при критических состояниях, а также обучающихся по программам основной и дополнительной профессиональной подготовки.

ISBN 978-5-6042453-9-2

© ГБУ Санкт-Петербургский НИИ скорой помощи им. И.И. Джанелидзе, 2021

3

ОГЛАВЛЕНИЕ

1.ОСНОВНЫЕ КЛЕТОЧНЫЕ МЕХАНИЗМЫ ПРОТИВОИНФЕКЦИОННОЙ

2.ФАКТОРЫ, ВЛИЯЮЩИЕ НА БАКТЕРИЦИДНЫЕ СВОЙСТВА ФАГОЦИТОВ

5

ВВЕДЕНИЕ

Исследование бактерицидных свойств фагоцитов крови приобретает особое значение при состояниях, создающих высокий риск бактериальной инфекции, в частности при тяжелой механической и термической травме.

По данным отечественных (Пивоварова Л.П. и соавт., 1999; Тулупов А.Н. и соавт., 2019; Хромов А.А., Линник С.А., 2015) и зарубежных исследователей (Ma X.Y. et al., 2016; Raith E.P. et al., 2017) у пострадавших с сочетанной травмой осложнения инфекционного характера (нагноение ран, пневмонии, гнойный трахеобронхит, циститы, сепсис) возникают в 12,9- 70,0% случаев.

При тяжелой ожоговой травме у 18,8% пострадавших диагностируется пневмония, у 10,8% - течение ожоговой болезни осложняется развитием сепсиса. Летальность от ожоговых поражений составляет 8,3% (Азолов В.В. и соавт., 2004); 23-80% летальных исходов у пострадавших связано с развитием бактериальной инфекции (Крутиков М.Г., 2003; Пивоварова Л.П. и

соавт., 2005; Матвеев С.Б. и соавт., 2013; Yoon J, et al., 2018).

В настоящее время продолжается поиск путей улучшения результатов лечения пострадавших с тяжелой механической и ожоговой травмой. Одним из возможных вариантов повышения противоинфекционной резистентности организма, находящегося в критическом состоянии и преодолевающего его последствия, является сохранение, восстановление и/или усиление защитных свойств клеток иммунной системы.

1. ОСНОВНЫЕ КЛЕТОЧНЫЕ МЕХАНИЗМЫ ПРОТИВОИНФЕКЦИОННОЙ ЗАЩИТЫ

Противоинфекционная защита организма человека представляет собой сложный многофакторный последовательный процесс. Ведущую роль в этом процессе играет врожденный иммунитет. Врождённый (или естественный) иммунитет - это способность организма обезвреживать чужеродный и потенциально опасный биоматериал (микроорганизмы, трансплантат, токсины, опухолевые клетки, а также клетки, инфицированные вирусом), существующая изначально, до первого попадания антигенов в организм. Система врождённого иммунитета эволюционно более древняя, чем система приобретённого иммунитета, и присутствует у всех видов растений и животных. По сравнению с системой приобретённого (адаптивного) иммунитета, система врождённого иммунитета активируется быстрее при первом появлении патогена, но распознаёт его с меньшей точностью. Она реагирует не на конкретные специфические антигены, а на определённые кластеры антигенов, характерные для патогенных организмов (полисахариды клеточной стенки бактерий, РНК некоторых вирусов и т.п.).

6

Факторы врожденного иммунитета условно можно разделить на клеточные и гуморальные. К клеточным факторам относятся клетки миелоидно-моноцитарного ряда (фагоциты), лимфоидные клетки – естественные киллеры, клеточные элементы различных тканей (макрофаги, фибробласты, эпителиальные клетки, тучные клетки, эндотелиальные и др.).

К гуморальным факторам врожденного иммунитета относят систему комплемента и медиаторы воспаления (цитокины, белки острой фазы, продукты расщепления арахидоновой кислоты (эйкозаноиды) – простагландины и лейкотриены, факторы, секретируемые тучными клетками, воспалительные пептиды и другие.

Усиление противоинфекционной активности клеток врожденного иммунитета происходит под влиянием патогенов и поврежденных клеток организма. Местная защитная реакция развивается при поступлении в очаг поражения циркулирующих лейкоцитов благодаря повышению адгезивности клеток эндотелия мелких сосудов в очаге поражения и хемотаксическому сигналу, исходящему из этого очага. Роль хемотаксических факторов выполняют продукты активированных тканевых клеток – хемокины, цитокины, продукты деградации фибрина и фибриногена, лейкотриены, отдельные компоненты активированного комплемента и др. При активации лейкоцитов усиливаются метаболические процессы, приводящие к образованию активных форм кислорода, оксида азота, протеолитических и гидролитических ферментов. Уничтожение патогенов реализуется в форме внеклеточного, внутриклеточного и контактного цитолиза. Внеклеточный цитолиз осуществляется секретируемыми бактерицидными продуктами. Внутриклеточный цитолиз происходит при фагоцитозе – поглощении и переваривании микроорганизмов лейкоцитами.

1.1.Фагоцитоз

Способность лейкоцитов к фагоцитозу (выявлению антигенов, поглощению и перевариванию) - одна из важнейших защитных функций крови. В фагоцитозе участвуют 2 типа лейкоцитов - нейтрофильные гранулоциты и моноциты. Нейтрофильные гранулоциты поступают в кровоток из костного мозга и имеют общую продолжительность жизни около 8 суток. Время циркуляции в крови составляет от нескольких часов до 2 суток. Затем НГ мигрируют в ткани. Миграции предшествует взаимодействие мембранных белков фагоцитов - селектинов и интегринов - с адгезионными рецепторами эндотелиальных клеток капилляров.

Нейтрофилы оптимально приспособлены для осуществления ранних этапов защиты в рамках острой воспалительной реакции (Ярилин А.А., 2010). Мобилизация нейтрофилов и активизация метаболических процессов формируются в течение нескольких секунд. Естественная гибель клеток совершается по механизму апоптоза, неестественная - преимущественно в очаге воспаления по механизму некроза (Новиков В.С., 1996; Kerr J.F., 1972,).

7

Таблица 1 - Основные характеристики апоптоза и некроза клеток

Мононуклеарная система фагоцитов включает в себя промоноциты костного мозга и их предшественников, моноциты крови и тканевые макрофаги. Дифференцировка моноцитов из монобластов происходит в костном мозге в течение 5 дней, после чего они сразу выходят в кровоток, не формируя, в отличие от гранулоцитов, костномозговой резерв. Небольшая часть моноцитов трансформируется в макрофаги костного мозга. В крови человека имеется маргинальный пул моноцитов, примыкающий к сосудистой стенке и не принимающий участия в циркуляции, но готовый к трансэндотелиальной миграции в ответ на активационные стимулы. Маргинальный пул в 3,5 раза больше, чем пул циркулирующих моноцитов. В периферической крови моноциты составляют от 2 до 10% всех циркулирующих лейкоцитов. Моноциты циркулируют в крови от 1,5 до 4,5 суток, а затем эмигрируют в ткани. Тканевой пул моноцитов в 25 раз превышает внутрисосудистый пул. В тканях происходит трансформация моноцитов в тканевые макрофаги, срок жизни которых составляет 60 суток и более. Наибольшее количество макрофагов содержится в печени (56,4 %), в легких (14,9%) , селезенке (15%), брюшной полости (7,6 %). Тканевым макрофагам отводится ведущая роль в переработке антигенов, образовании высокоиммуногенных фракций антигенов, антигенпрезентации и индукции

иммунного ответа.

Фагоцитоз - особая форма эндоцитоза, при которой образуются большие эндоцитозные пузырьки - фагосомы, размеры которых определяются размерами поглощаемых частиц. Образование фагосомы начинается с взаимодействия специфических рецепторов фагоцитов с бактерией или комплексом антиген - антитело. Активация рецепторов, передающих сигнал в клетку с участием инозитолфосфатной системы, инициирует процессы фагоцитоза. Он включает в себя формирование фагосомы, активацию кислородзависимых бактерицидных механизмов уничтожения микробов и/или выработку клетками токсичного для микробов

8

оксида азота, а также действие кислороднезависимых механизмов уничтожения микроорганизмов.

В цитозоле фагосомы сливаются с первичными лизосомами, образуя фаголизосомы. Первичные лизосомы, образованные аппаратом Гольджи, содержат ряд заключённых в гранулы гидролаз, способных разрушать органические молекулы в кислой среде фаголизосом: протеиназы, фосфатазы, эстеразы, ДНК-азы, РНК-азы.

Низкое значение рН внутри фагосом оказывает бактерицидное действие и создаёт оптимальную среду для активации лизосомальных гидролаз. В результате действия этих ферментов разрушаются полимерные молекулы микроорганизмов и образуются аминокислоты, моносахариды, нуклеотиды, которые поступают в цитозоль и могут использоваться клеткой. Большая часть мембранных компонентов и непереваренные субстраты локализуются в остаточных тельцах, которые путём экзоцитоза возвращаются на поверхность плазматической мембраны фагоцитов, при этом значительная часть мембранных компонентов может утилизироваться и в самой мембране

(Северин Е.С., 2009).

1.2. Рецепторы нейтрофильных гранулоцитов

Нейтрофильные гранулоциты – весьма лабильные клетки, обладающие широким набором рецепторов, позволяющих дифференцированно реагировать на изменения иммунного гомеостаза в экстрацеллюлярном окружении. На мембране НГ экспрессируются адгезионные молекулы, рецепторы к различным лигандам: цитокинам, иммуноглобулинам и т. д. НГ экспрессируют различные антигенные детерминанты: MHC I (главный комплекс гистосовместимости I класса), селектины, интегрины, рецепторы для хемоаттрактантов, рецепторы для хемокинов, FcR-рецепторы: CD16 (FcγRIII), CD32(FcγRII), CD64 (FcγRI), СD14 – рецептор к ЛПС и эндотоксинам, СD25 – рецептор к IL-2 (активационный маркер НГ). MHC II (главный комплекс гистосовместимости II класса) определяет способность НГ выступать в роли антигенпрезентирующих клеток (Нестерова И.В. и др., 2017). Нейтрофильные гранулоциты имеют многочисленные рецепторы к цитокинам (TНФ, ИЛ -8, ИЛ-1, ИЛ-2, ИЛ-15, ИЛ-17, ИФНγ, ИФНα, Г-КСФ, ГМ-КСФ и др.), гормонам, нейропептидам, гистамину, киназам.

Установлено, что под влиянием ТНФ и ИЛ-4 происходит инициация апоптоза НГ у клинически здоровых людей (Cassatella M.A., 2006).

На начальном этапе взаимодействия фагоцитов с патогенами происходит распознавание патоген-ассоциированных молекулярных паттернов (ПАМП) на поверхности микроорганизмов с помощью паттернраспознающих рецепторов (ПРР), в результате чего фагоциты активизируются и синтезируют те или иные цитокины (Киселева Е.П., 2011).

В распознавании патогенов участвуют несколько типов рецепторов:

- ПРP, предназначенные для распознавания молекул ПАМП, распознающих высоко консервативные паттерны бактерий и грибов;

9

-рецепторы опсонинов - эндогенных молекул, усиливающих фагоцитоз (к опсонинам относятся С3b компонент комплемента, С-реактивный белок, маннозо-связывающий лектин и антитела);

-рецепторы, распознающие эндогенные молекулы «опасности» - алармины, которые в норме не образуются или находятся в минимальных количествах. К ним относятся внеклеточная АТФ, фрагменты внеклеточного матрикса, белки теплового шока, нуклеиновые кислоты, и др., через которые происходит активация клетки и включение ее в реакцию воспаления

(Matzinger P., 2007).

Большинство рецепторов, распознающих ПАМПы и ДАМПы, находятся на поверхности фагоцитов. Некоторые рецепторы располагаются в цитоплазме (TLR3*, TLR9*, NOD**, NALP3***).

В зависимости от набора активационных сигналов, исходящих от рецепторов фагоцитов после взаимодействия с патогеном и эндогенными молекулами, преобладает тот или иной стереотип поведения клеток. Так называемые фагоцитарные рецепторы, к которым относятся маннозофруктозный рецептор, скавенджер-рецепторы (CD-36) и все рецепторы опсонинов, опосредуют захват микроорганизмов. Сигнальные рецепторы, к которым относятся Toll-подобные рецепторы (TLRs), запускают синтез цитокинов и усиление переваривающей способности фагоцитов (Гусев Е.Ю.

исоавт., 2020).

*Толл-подобные рецепторы (англ. Toll-like receptor, TLR; от нем. toll — большой, восхитительный — класс клеточных рецепторов с одним трансмембранным фрагментом, которые распознают консервативные структуры микроорганизмов и активируют клеточный иммунный ответ. Название получили благодаря сходству с белком, который кодируется геном Toll у дрозофилы, 1985. Играют ключевую роль во врождённом иммунитете. У человека существует 10 толл-подобных рецепторов (от TLR1 до TLR10),

**NOD-like receptor (от англ. nucleotide oligomerization domain) – семейство

внутриклеточных рецепторов, участвующих в распознавании Nod-подобных рецепторов (англ. Nod-like-receptor или NLR) – класс цитоплазматических клеточных рецепторов, относящихся к т.н. образ-распознающим рецепторам, или PRR (англ. patternrecognition receptors). Nod-подобные рецепторы вместе с Толл-подобными рецепторами играют важную роль во врождённом иммунитете. Известно 23 Nod-подобных рецепторов, которые были идентифицированы на основе анализа генома человека по их гомологии с белком-регулятором апоптозаApaf-1. Nod-подобные рецепторы классифицируются по их эффекторному домену.

*** Подсемейство NALP — рецепторы, содержащие пириновый домен (PYR): NALP1, NALP2, NALP3 и т.д. Всего около 18 членов подсемейства.

В настоящее время описаны новые пути проведения сигнала активации НГ через активацию молекул ITAM/Syk-CARD9 (англ. Immunoreceptor thyrosine based activation motif - иммунорецепторный мотив активации на основе тирозина; Syk: киназы) при взаимодействии с компонентами межклеточного матрикса - β-гликанами и дектином-1. В результате запускается синтез цитокина IL-23, индуцирующего образование Th17-клеток

(Киселева Е.П., 2011).

10

Таблица 2 - Рецепторы нейтрофильных гранулоцитов