Глава 8 патофизиология воспаления

Воспаление — реакция организма на местное повреждение, характеризующаяся явлениями альтерации, расстройствами микроциркуляции с экссудацией, эмиграцией и явлениями пролиферации.

Альтерация, расстройства микроциркуляции и пролиферация — это внутренние кардинальные признаки воспаления. Существуют и внешние кардинальные признаки очага воспаления: 1) краснота (rubor), 2) припухлость (tumor), 3) повышение температуры, или жар (calor), 4) боль (dolor), 5) нарушение функций.

Эти признаки хорошо выявляются при наружной локализации процесса.

Общие признаки зависят от интенсивности и распространенности процесса. Они включают: 1) лихорадку; 2) реакцию крови (лейкоцитоз, повышение СОЭ); 3) изменение иммунологической реактивности; 4) явления интоксикации организма.

Воспаление относится к числу наиболее распространенных патологических процессов.Оно имеет и защитно-приспособительный характер.

Биологический смысл воспаления заключается в ограничении очага поражения и элиминации воспалительного агента.

Этиология. Причиной воспаления может быть любой фактор, способный вызвать тканевое повреждение (флогогенные факторы).

Чаще воспаление вызывается воздействием экзогенных агентов. Они могут быть по природе : а) биологическими (чаще инфекционными — бактерии, вирусы, грибки и т.д.); б) физическими (механическая, термическая, лучевая энергия); в) химическими (кислоты, щелочи, скипидар, отравляющие вещества и т.д.).

Внутренними причинами воспаления обычно являются: а) очаг некроза; б) гематома; в) реакция на мочевые или желчные камни; г) комплексы Аг–Ат в органе и т.д.

Поскольку наиболее частой причиной воспаления являются инфекционные агенты, его делят по этиологическому признаку на: 1) инфекционное (септическое) и 2) неинфекционное (асептическое).

Патогенез. Стадии местных реакций при воспалении: 1) альтерация; 2) сосудистые расстройства, экссудация и эмиграция; 3) пролиферация.

Первая стадия (альтерация) — повреждение ткани, нарушение в ней питания и обмена веществ, ее структуры и функции. Различают первичную и вторичную альтерацию.

Первичная — является результатом повреждающего воздействия самого воспалительного агента, поэтому ее выраженность во многом зависит от его свойств.

Вторичная — следствие воздействия на соединительную ткань, микрососуды и кровь высвободившихся лизосомальных ферментов и активных метаболитов кислорода. Их источником в основном служат активированные фагоциты.

Важную роль в альтерации играет также литический комплекс С₅–С₉, образующийся при активации комплемента плазмы и тканевой жидкости.

Таким образом, вторичная альтерация непосредственно не зависит от воспалительного агента, для ее развития дальнейшее присутствие агента не обязательно. Она является реакцией организма на уже вызванное вредным началом повреждение. Это неотъемлемая часть воспалительного процесса.

Альтеративные явления при воспалении включают тканевой распад и усиленный обмен веществ (пожар обмена), вызывающие ряд физико-химических изменений в воспалительной ткани: как следствие усиления гликолиза и нарушения обмена жиров — накопление кислых продуктов (молочная и трикарбоновая кислоты, жирные кислоты, кетоновые тела), что приводит к ацидозу; вследствие разрушения клеток, усиленной диссоциации в кислой среде солей, тканевого распада и усиленного обмена веществ, расщепления белков до полипептидов развивается гиперосмия и гиперонкия.

Медиаторы воспаления. В ходе первичной и вторичной альтерации высвобождаются большие количества разнообразных медиаторов и модуляторов воспаления.

Это те же вещества, которые в нормальных условиях, образуясь в различных органах и тканях, ответственны за регуляцию функций на клеточном и тканевом уровнях. При воспалении, высвобождаясь местно в больших количествах, они приобретают новое качество — медиаторов воспаления. Практически все медиаторы — это и модулятораы воспаления, т.е. способны усиливать или ослаблять выраженность воспалительных явлений. По происхождению их делят на: 1) гуморальные (образующиеся в плазме и тканевой жидкости). Это производные комплемента, кинины, факторы свертывающей системы; 2) клеточные. Это вазоактивные амины, производные арахидоновой кислоты (эйкозаноиды), лизосомальные факторы, цитокины, лимфокины, активные метаболиты кислорода и др.

Из гуморальных медиаторов воспаления наиболее важными являются производные комплемента. Кроме того, активные компоненты комплемента высвобождают интерлейкин-1, простагландины, лейкотриены, фактор, активирующий тромбоциты, и др.

Кинины — нейровазоактивные пептиды, образующиеся из кининогенов под влиянием калликреинов. Пусковым фактором активации калликреин–кининовой системы является активация при повреждении ткани фактора Хагемана (ХII фактор свертывания), превращающего прекалликреины в калликреины.

Кинины расширяют артериолы и повышают проницаемость венул (путем контракции эндотелиальных клеток), сокращают гладкую мускулатуру вен и повышают внутрикапиллярное и венозное давление. Они стимулируют миграцию и митогенез Т-лимфоцитов и секрецию лимфокинов. Они также усиливают пролиферацию фибробластов и синтез коллагена, следовательно, имеют значение в репаративных процессах.

Важно, что активный фактор Хагемана запускает не только процесс кининообразования, но и свертывания крови, и фибринолиза. Это имеет значение как в патологических, так и в защитных явлениях воспаления.

Клеточные медиаторы. 1) Эйкозаноиды — для очага воспаления это простагландин E₂ (ПГЕ₂) и лейкотриен (ЛТ). Их главными эффектами при воспалении являются влияния на лейкоциты. Это мощные хемотрактанты, т.е. обеспечивают лейкоцитарную инфильтрацию. Они усиливают гиперемию (за счет вазодилятации), повышают проницаемость сосудов, участвуют в генезе воспалительной боли. ПГЕ₂ является сильным жароповышающим агентом.

2) Лизосомальные ферменты. Источником их в очаге воспаления служат гранулоциты и моноциты (фагоциты). Главные компоненты лизосом у человека — нейтральные протеиназы (эластаза, коллагеназа и др.). Они обеспечивают лизис уже убитых микроорганизмов (в отличие от лизоцима и лактоферина). Основные эффекты протеиназ лизосом — медиация и модуляция воспалительных явлений, в том числе повреждения собственных тканей. Под их влиянием происходит повышение проницаемости сосудов (лизис и истончение эндотелиальных клеток). Расщепляя хемотаксические вещества, они являются модуляторами лейкоцитарной инфильтрации. Лизосомальные ферменты способны также активировать системы комплемента, калликреин–кининовую, свертывания и фибринолиза, высвобождать лимфокины и цитокины.

3) Неферментные катионные белки. Содержатся в гранулах нейтрофилов и тромбоцитах. Катионные белки фиксируются на отрицательно заряженной мембране бактериальной клетки путем электростатического взаимодействия. В результате нарушаются проницаемость и структура оболочки, как следствие — гибель микроорганизма. Это является предпосылкой для последующего эффективного лизиса его лизосомальными ферментами.

4) Цитокины. Повышают сосудистую проницаемость, адгезию и эмиграцию лейкоцитов, а также усиливают фагоцитоз. Источник — стимулированные макрофаги. Еще продуцируются нейтрофилами и лимфоцитами. Наиболее изучены интерлейкин-1,2 ,6, ФНО, ФАТ и интерфероны.

5) Активные метаболиты кислорода, прежде всего, свободные радикалы — супероксидный анион-радикал О₂, гидроксильный радикал ОН, пергидроксил НО₂.

Вторая стадия (сосудистые реакции, экссудация, эмиграция). Сосудистые явления развиваются вслед за воздействием воспалительного агента и включают ряд стадий:

1. Кратковременный спазм артериол (длится несколько минут, результат рефлекторного возбуждения вазоконстрикторов). Проявляется побледнением ткани.

2. Артериальная гиперемия, обусловленная расширением артериол. Механизм ее, в основном, обусловлен сосудорасширяющими эффектами медиаторов воспаления. Артериальная гиперемия лежит в основе покраснения и повышения температуры ткани.

3. Венозная гиперемия. Развивается быстро (через несколько минут после воздействия агента) и сопровождает весь ход воспалительного процесса. Она считается истинной воспалительной гиперемией (при ее участии осуществляются основные воспалительные явления) . В механизме ее возникновения различают три группы факторов:

а) нарушения реологических свойств крови и собственно ее циркуляции. Как следствие экссудации — повышение вязкости крови, ее сгущение, повышение содержания глобулинов, изменение коллоидного состояния белков, набухание и агрегация эритроцитов, тромбообразование, нарушение характера кровотока — замедление тока в осевой зоне;

б) изменения сосудистой стенки, снижение эластичности сосудистой стенки; набухание эндотелия и повышение его адгезивности. В результате сужается просвет, лейкоциты могут прилипать к эндотелию;

в) тканевые изменения, состоящие в сдавлении венул и лимфотических сосудов отечной, инфильтрированной тканью.

4. Стаз. Развивается в некоторых разветвлениях сосудов воспаленной ткани. Распространенный стаз характерен для острого гиперэргического воспаления. Стазу предшествует состояние , характеризующееся маятникообразным движением крови. Как правило, нарушение кровотока при воспалительном стазе является преходящим, однако при повреждениях сосудистой стенки и при тромбозе может стать необратимым.

Экссудация — выпотевание белоксодержащей жидкой части крови через сосудистую стенку в воспаленную ткань. При невоспалительных отеках выпот называют транссудатом. Если транссудат содержит мало белка (до 2 %), то экссудат больше 3 % (до 8 %). Механизм экссудации включает три фактора: 1) повышение проницаемости сосудов (венул и капилляров) в результате воздействия медиаторов воспаления; 2) увеличение фильтрационного давления в сосудах очага воспаления вследствие гиперемии; 3) возрастание осмотического и онкотического давления в воспаленной ткани в результате альтерации (снижение онкотического давления крови при обильной экссудации).

Ведущим фактором экссудации является повышение проницаемости сосудов. Оно включает две фазы: немедленную и замедленную. Первая (немедленная) возникает сразу за действием агента, достигает максимума через несколько минут и завершается через 30 минут (если нет повреждения сосуда). Вторая развивается постепенно. Максимум ее — через 6 часов, длится до 100 часов.

Таким образом, экссудативная фаза воспаления начинается немедленно после воздействия агента и продолжается более четырех суток.

В зависимости от качественного состава различают следующие виды экссудатов:

1) серозный — белка мало (3–5 %), небольшое количество лейкоцитов. Близок к транссудату. Характерен для воспаления серозных оболочек (серозный перитонит, плеврит, перикардит, артрит и др.). При примеси слизи серозный экссудат называют катаральным (катаральный ринит, гастрит);

2) фибринозный отличается высоким содержанием фибриногена (при высокой проницаемости сосудов). При контакте с поврежденными тканями фибриноген превращается в фибрин и выпадает в виде ворсинчатых масс или пленок (на слизистых). Если пленка расположена рыхло, легко отделяется, воспаление называется крупозным. Если она плотно спаяна и не отделяется — это дифтеритическое воспаление;

3) гнойный — содержит много лейкоцитов, обычно погибших и разрушенных (гнойные тельца), ферментов, продуктов аутолиза тканей, альбуминов, глобулинов, иногда нити фибрина. Он зеленоватый, мутный. Характерен для патогенных грибков;

4) гнилостный — наличие продуктов гнилостного разложения тканей (дурной запах). Образуется при присоединении патогенных анаэробов;

5) геморрагический — большое содержание эритроцитов (розовый или красный цвет). Характерен для туберкулезных поражений, гриппа, аллергического воспаления и др. Геморрагический характер может принять любой вид воспаления (серозный, фибринозный, гнойный).

6) смешанные — при воспалении на фоне ослабленных защитных сил организма и присоединении вторичной инфекции.

Эмиграция — это выход лейкоцитов из сосудов в ткань. Осуществляется главным образом путем диапедеза через стенку венул. Это ключевое событие патогенеза воспаления. Механизм эмиграции состоит в явлении хемотаксиса.

Пусковым моментом активации фагоцитов служит воздействие на рецепторы их клеточных мембран хемотаксических агентов, высвобождаемых микроорганизмами или фагоцитами, а также образующихся в ткани в результате действия воспалительного агента.

Наиболее важные из хемотрактантов: фрагменты комплемента, продукты деградации фибрина, калликреин, цитокины, лимфокины, основные белки лизосом, продукты распада гранулоцитов.

В результате связывания хемотрактантов с рецепторами и активации ферментов плазматической мембраны в фагоците активируются метаболические и дыхательные процессы. Повышается выработка мембранных гликопротеидов, определяющих адгезивность фагоцита, усиливается секреция веществ, облегчающих прикрепление лейкоцита к эндотелию (лактоферин, фибропектин и др.), понижается поверхностное натяжение мембраны и изменяется коллоидное состояние цитоплазмы (обратный переход из геля в золь), что создает условия для образования псевдоподий и т.д.

Нарушение реологических свойств крови (замедление кровотока), возрастание адгезивных свойств лейкоцитов и эндотелиальных клеток приводит к «приклеиванию» лейкоцитов к эндотелию, т.е. возникает феномен краевого стояния лейкоцитов (маргинации). Здесь еще определенное значение имеют электростатические силы. При активации лейкоцитов их отрицательный заряд снижается, а, следовательно, силы взаимного отталкивания со стенкой сосуда уменьшаются.

Итак, ключевым этапом аккумуляции лейкоцитов в очаге острой воспа­лительной реакции выступает адгезия лейкоцитов к эндотелиальным клеткам. Сейчас все больше исследователей считают, что адгезия зависит, помимо вышесказанного, от появления и содержания на поверхности эндотелиальных клеток и нейтрофилов эндотелиально-лейкоцитарных адгезивных моле­кул (ЭЛАМ). При этом определенная эндотелиально-лейкоцитарная адгезивная молекула на поверхности эндотелиоцита представляет собой лиганду к рецептору на наружной мембране нейтрофила в виде комп­лементарной ЭЛАМ, и наоборот. В частности, к ЭЛАМ относят селектины и интегрины. Функция селектинов эндотелиоцитов — это распозна­вание и связывание углеводных соединений на поверхности нейтрофилов. Вторая разновидность ЭЛАМ на поверхности нейтрофилов — это сходные по строению с иммуноглобулинами эндотелиальные межклеточные адгезивные молекулы). Их идентифицировано пять ви­дов.

С участием селектинов происходит неокончательная адгезия нейтрофилов к эндотелию. При этом они как бы катятся по поверх­ности эндотелиоцита при возвратно-поступательном движении лейкоци­тов на внутренней поверхности стенки сосуда. Интегрины осущест­вляют «твердое» прикрепление лейкоцитов к эндотелию. Нарушение адгезивных свойств фагоцитирующих лейкоцитов, в частности связан­ное с низкой экспрессией на их поверхности ЭЛАМ, ведет к неспособности лейкоцитов накапливаться в очаге воспаления и уничтожать в нем все чужеродное. В результате возникают частые гнойные ин­фекции.

Занявшие краевое положение лейкоциты выпускают псевдоподии, которые проникают в межэндотелиальные щели и «переливаются» через эндотелиальный слой. Оказавшись между эндотелиальным слоем и базальной мембраной, лейкоцит выделяет лизосомальные протеиназы, растворяющие ее, что обеспечивает повышенную проходимость ее для лейкоцитов.

Имигрировавшие лейкоциты отделяются от наружной поверхности сосудистой стенки и амебоидными движениями направляются к центру очага воспаления, что определяется градиентом концентрации хемотаксических веществ в очаге. Еще имеет значение и электрокинетический эффект: разность потенциалов — отрицательно заряженый лейкоцит и положительно заряженная ткань.

Процесс эмиграции идет быстро. Нейтрофилу достаточно 10 минут, чтобы оказаться в очаге воспаления. Количество их достигает максимума через 4–6 часов (в этот период их в очаге 90 %). Гранулоциты осуществляют фагоцитоз и разрушаются.

Моноциты преобладают в очаге через 16–24 часа и достигают пика на третьи сутки. Однако миграция моноцитов начинается одновременно с нейтрофилами, но она вначале тормозится продуктами жизнедеятельности последних. Имигрировавшие лейкоциты совместно с пролиферирующими клетками образуют воспалительный инфильтрат. Инфильтрат наряду с экссудатом обусловливает припухлость и имеет значение в возникновении воспалительной боли.

Третья стадия — пролиферация. Под воспалительной пролиферацией понимают размножение местных клеточных элементов в очаге воспаления. Она начинается вместе с альтерацией и экссудацией, но доминирует позже. Важнейшим условием прогрессирования пролиферации является эффективность очищения очага воспаления от микроорганизмов и других вредных агентов.

Основными клеточными элементами, ответственными за репаративные процессы в очаге воспаления, являются фибробласты. Они продуцируют основное межклеточное вещество — гликозаминогликаны, а также синтезируют и секретируют волокнистые структуры — коллаген, эластин, ретикулин.

Гуморальный контроль за процессом пролиферации осуществляется с участием макрофагов. Они выделяют фактор роста фибробластов (стимулируют пролиферацию фибробластов и синтез коллагена).

Пролиферация сменяется регенерацией. Она уже не входит в комплекс собственно воспалительных явлений, это разрастание соединительной ткани, новообразование кровеносных сосудов и размножение специфических элементов ткани. При наличии дефекта образуется грануляционная ткань, затем формируется рубец.

Хроническое воспаление. Весьма часто в основе перехода острого воспаления в хроническое лежит возникновение аутоаллергических процессов, как реакции на измененные в ходе воспаления собственные белки. В результате формируются устойчивые циклы звеньев патогенеза по типу порочного круга.

Однако бывают случаи, когда в воспалительных инфильтратах с самого начала скапливаются не полиморфноядерные лейкоциты, а мононуклеарные клетки — моноциты, макрофаги, лимфоциты и их производные. Формирование таких скоплений мононуклеарных клеток, получивших название «гранулемы», служит предпосылкой к долгому течению воспаления.

В отличие от острого воспаления хроническое воспаление начинается не с нарушений микроциркуляции (о чем говорили ранее), а со скопления критического числа раздраженных (активированных) макрофагов в одном месте. Макрофаги активируются при поглощении возбудителей или неинфекционных частиц, которые не погибают в фагосомах или не расщепляются. В этом случае макрофаги начинают секретировать медиаторы воспаления.

Различия острого и хронического воспалительного процесса:

1) острый процесс запускается «от сосудов», а хронический — с территории соединительной ткани, где находятся активные макрофаги;

2) основной клеткой-эффектором острого воспаления является нейтрофил, а хронического воспаления — активный макрофаг;

3) острое воспаление заканчивается быстро, в считанные дни, если нет осложнений, а хроническое воспаление течет долго.

Основными причинами хронического воспаления являются: 1) персистенция в организме микробов и/или грибов с развитием аллергии замедленного типа; 2) факторы иммунной аутоагрессии; 3) хроническое повышение в крови уровней катехоламинов и/или глюкокортикоидов (хронический стресс); 4) пролонгированное действие на ткань или орган чужеродных эндо- или экзогенных повреждающих факторов; 5) фагоцитарная недостаточность.

Воспаление и реактивность организма. Местные и общие явления при воспалении тесно взаимосвязаны: с одной стороны, возникновение, развитие, течение и исход воспаления зависят от реактивности организма, с другой стороны, очаг воспаления оказывает воздействие на весь организм. Подробнее об этом можно прочесть в учебниках. Остановлюсь на роли ЭЛАМ в реализации системных реакций. Рост содержания цитокинов в циркулирующей крови (TNF, интерлейкины) вследствие патогенной системной активации мононуклеарных фагоцитов и иммунокомпетентных клеток (например, при сепсисе) вызывает экспрессию ЗЛАМ на по­верхности эндотелиальных клеток и на наружной мембране нейтрофилов и моноцитов. При нарушениях микроциркуляции как неизбежном элементе выраженного воспаления, тяжелой раневой болезни, травмах, при которых гиперцитокинемия выступает звеном патогенеза системных нарушений, экспрессия ЗЛАМ приводит к адгезии лейкоци­тов циркулирующей крови к эндотелиальным клеткам. Адгезия активи­рует эндотелиоциты как клеточные эффекторы воспаления. Они высво­бождают флогогены-хемоаттрактанты и вместе с активированными лей­коцитами запускают острую воспалительную реакцию в органах и тка­нях, удаленных от первичного локуса воспаления (В.Ю. Шанин, 1998).