ФУНКЦИОНИРОВАНИЕ НЕЙТРОФИЛОВ КАК КЛЕТОЧНЫХ ЭФФЕКТОРОВ ОСТРОГО ВОСПАЛЕНИЯ

Уже давно известна главная функция полиморфонуклеарных лейкоцитов (нейтрофилов, полиморфонуклеаров) - поиск, поглощение и уничтожение через биохимическое расщепление чужеродных веществ, частиц и микроор­ганизмов.

При ряде критических состояний и типовых патологических процессов (сепсис, состояние после тяжелых ранений и травм, тяжелая респираторно­циркуляторная гипоксия, ишемия, распространенные нарушения перифе­рического кровообращения как причина «полиорганной» недостаточности и др.) системная адренергическая стимуляция, потерявший защитный ха­рактер интенсивный выброс цитокинов-флогогенов активированными мак­рофагами и иммунокомпетентными клетками, активация эндотелиоцитов и рост экспрессии их тромбогенного потенциала, а также замедление крово­тока на периферии вызывают во многих органах в той или иной степени выраженное воспаление, не имеющее биологической цели. При воспалении, лишенном биологической цели, то есть защитно-приспособительного зна­чения, функционирование нейтрофилов как основного клеточного эффек­тора воспаления часто происходит без эндоцитоза, но приводит к повреж­дениям тканей и разрушению структурно-функциональных единиц органов.

Все сказанное о нейтрофилах как о клеточных эффекторах острого вос­паления относится и к клеткам, составляющим систему мононуклеарных фагоцитов, которые также могут выступать в роли эффекторов воспаления.

Этапы функционирования нейтрофилов как клеточных эффекторов острого воспаления

Эндоцитоз и уничтожение объекта

Марги нация

Адгезия нейтрофилов к эндотелио- цитам Агрегация Диапедез

Ориетированная миграция в соот­ветствии с градиентом концентра­ции хемоаттрактантов

Распознавание

Адгезия

Эндоцитоз

Слияние гранул и вакуоли с образованием фагосомы и дегрануляция Респираторный взрыв с одновременным внутриклеточным уничтожением микроор­ганизма и биохимическим расщеплением объекта фагоцитоза Экзоцитоз

Функционирование нейтрофилов как клеточных эффекторов острого воспаления складывается из двух основных этапов (табл.

В частности к ЭЛАМ относят селектины. Выделяют два вида селекти- нов, Ь- и Е-селектины, которые присутствуют на плазматической мембране нейтрофилов и других фагоцитов. Функция селектинов эндотелиоцитов - это распознавание и связывание углеводных соединений (гликоконьюгатов) на поверхности нейтрофилов. Вторая разновидность ЭЛАМ на поверхнос­ти нейтрофилов - это сходные по строению с иммуноглобулинами молеку­лы (эндотелиальные межклеточные адгезивные молекулы 1 и 2). Общее название для второго после селектинов вида поверхностных рецепторов нейтрофила, ответственных за их адгезивные свойства, - интегрины. Иден­тифицировано пять видов интегринов. Наибольшее значение для адгезии как для этапа функционирования нейтрофила в качестве клеточного эффек­тора воспаления из интегринов имеют три гетеродимера, состоящие из об­щей бета- и трех альфа-цепей.

Рост содержания цитокинов в циркулирующей крови (фактор некроза опухолей, интерлейкины и др.) вследствие патогенной системной актива­ции мононуклеарных фагоцитов и иммунокомпетентных клеток при сепси­се и системной воспалительной реакции (СВР) вызывает экспрессию ЭЛАМ на поверхности эндотелиальных клеток и на наружной мембране нейтро­филов и моноцитов. При нарушениях микроциркуляции как неизбежном

элементе СВР, тяжелых травматической и раневых болезней, при которых гнперцитокинемия выступает звеном патогенеза системного патологичес­кого раневого процесса, экпрессия ЭЛАМ приводит к адгезии лейкоцитов циркулирующей крови к эндотелиальным клеткам.

С участием селектинов происходит неокончательная адгезия нейтрофи- лов к эндотелию. При этом они как бы катятся по поверхности эндотелио- цита при возвратнопоступательном 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. Это характерно для двух наследственных забо­леваний, при которых недостаточна экспрессия ЭЛАМ на поверхности лей­коцитов, для синдромов недостаточности адгезии лейкоцитов I и И. При синдроме недостаточности адгезии I на поверхности лейкоцитов нет или недостаточно содержание общей бета-цепи интегринов, без чего невозмож­на нормальная экспрессия всех гетеродимеров-интегринов на наружной клеточной поверхности. При синдроме недостаточности адгезии лейкоци­тов II наружная поверхность эндотелиальных клеток не содержит лиганды к интегринам как к рецепторам наружной поверхности лейкоцитов. Кроме того, адгезивные свойства лейкоцитов с фагоцитарными функциями сни­жают такие генетически детерминированные заболевания фагоцитарной системы как болезнь накопления гликогена и дефицит специфических гра­нул нейтрофилов. Одновременное снижение способности нейтрофилов к хемотаксису и падение их адгезивной способности происходит вследствие многих хронических грибковых, вирусных и бактериальных инфекций.

После выхода в интерстиций нейтрофил перемещается в направлении к большему содержанию в нем медиаторов воспаления, которые называют хемоаттрактантами.

Хемоаттрактанты, кроме свойства обуславливать движение полиморфо- и мононуклеаров, обладают способностью индуцировать адгезию нейтро­филов к эндотелию, усиливать их краевое стояние и вызывать агрегацию полиморфонуклеаров в просвете микрососудов. При воспалении в значи­тельных массивах некробиотически измененных тканей организм не может локализовать очаг острой воспалительной реакции. В результате ее медиа­торы-хемоаттрактанты выходят в циркулирующую кровь. Это ведет к сис­темной адгезии полиморфонуклеаров к эндотелиоцитам, особенно выра­женной на посткапиллярном уровне. Дело в том, что эндотелиальные клет­ки, выстилающие просвет венул, обладают среди всех эндотелиоцитов наи­большей адгезивной способностью. Распространенные в пределах всего организма адгезия нейтрофилов к эндотелиоцитам и агрегация полиморфо­нуклеаров в микрососудах могут быть звеньями патогенеза множественной системной («полиорганной») недостаточности. Одновременно во многих органах и тканях под влиянием поступивших из очага воспаления и из вто­рично активированных мононуклеаров и иммунокомпетентных клеток в цир­кулирующую кровь цитокинов (фактор некроза опухолей, интерлейкин-1 и др.) растет экспрессия ЭЛАМ на поверхности эндотелиоцитов и лейкоци­тов. У больного с такой реакцией иммунной системы, как это бывает в пер­вые-третьи сутки после тяжелых травм, во внутренних органах сохраняют­ся нарушения периферического кровообращения при точечном цитолизе. Цитолиз ведет к высвобождению в интерстиций циклических нуклеотидов, обладающих свойствами эндогенных хемоаттрактантов. Все это вызывает воспаление, направленное на уничтожение собственных омертвевших кле­ток и замещение дефектов ткани. Вторичная альтерация при таком во мно­гом лишенном биологического смысла воспалении разрушает структурно­функциональные элементы органов эффекторов функций, вызывая множе­ственную системную недостаточность.

Функция эндогенных хемоаттрактантов есть и у фракций системы ком­племента, в особенности у С5а. Через хемоаттрактивные свойства своих фракций система комплемента, атакующая после активации патогенные микроорганизмы, усиливает неспецифическую защитную реакцию иммун­ной системы, вызывая острое воспаление. Если некробиотические измене­ния тканей приводят к активации системы комплемента по альтернативно­му пути, то фракции системы комплемента как хемоаттрактанты вызывают острое воспаление, направленное на уничтожение омертвевших клеток и элиминацию их остатков.

Свойствами хемоаттрактантов обладают и иммуноглобулины, образую­щие на поверхности объектов эндоцитоза комплексы антиген-антитело. Благодаря функционированию хемоаттрактантов, через неспецифическую воспалительную реакцию усиливается специфический иммунный ответ.

Бактериальный эндотоксин, взаимодействуя с клетками иммунной сис­темы, усиливает высвобождение ими цитокинов-хемоаттрактантов, что слу­жит одним из звеньев патогенеза системной воспалительной реакции.

Лизосомальные ферменты, в том числе высвобождаемые активирован­ными полиморфонуклеарами, при воздействии на сыворотку крови и стро- му органов и тканей, приводят к образованию в них эндогенных хемоат­трактантов.

Экзогенными хемоаттрактантами являются пептиды бактериального про­исхождения, в особенности те, которые содержат Л/-формиловые группы.

Свойствами хемоаттрактантов обладают кинины и активированный фак­тор Хагемана. Известно, что повреждение (активация) эндотелия при пер­вичной альтерации ведет к мгновенной аутоактивации фактора Хагемана на поверхности эндотелиальных клеток. В дальнейшем в локусе первичной альтерации происходят связанные друг с другом активация фактора Хаге­мана, кининогенез и активация системы комплемента по альтернативному пути.

После взаимодействия хемоаттрактантов со своими рецепторами на повер­хности нейтрофилов и активированных моноцитов, их хаотическое движение прекращается. Фагоциты начинают ориентированно перемещаться по направ­лению к объекту эндоцитоза в соответствии с градиентами концентраций хе­моаттрактантов, то есть становятся ориентированными. Взаимодействие хе­моаттрактантов со своими рецепторами приводит к пшерполяризации наружной клеточной мембраны нейтрофилов и увеличивает вхождение в них кальция. Кроме того, в нейтрофилах возрастает скорость синтеза функционально актив­ных фосфолипидов и образование циклических нуклеотидов с функциями вто­ричных мессенджеров. Как и после адгезии к эндотелиоцитам, при ориентиро­ванной миграции в полиморфонуклеарах растут число и размеры внутриклеточных органелл (микроскопических канальцев и нитей), функцио­нирование которых обеспечивает перемещение фагоцита.

Рост содержания в очаге воспаления кортизола тормозит ориентирован­ный хемотаксис нейтрофилов. Гиперкортизолемия, тормозящая миграцию ориентированных полиморфонуклеаров, направлена на предотвращение трансформации воспаления из защитной в патологическую реакцию. Ги- перкортизолемию в частности обуславливает супрасегментарный эффект на системы нейроэндокринной регуляции таких медиаторов воспаления как цитокины фактор некроза опухолей и интерлейкин-1.

Эндоцитоз - это процесс захвата клеткой микроорганизмов, твердых и жидких частиц через инвагинацию вокруг них части наружной клеточ­ной мембраны с образованием вакуолей или везикул, которые в последую­щем продвигаются внутрь клетки.

Эндоцитоз жидких частиц называют пиноцитозом, а твердых - фаго­цитозом.

Необходимое условие фагоцитоза - это адгезия микроба, или фагоцити­руемой частицы на поверхности нейтрофила или макрофага. Адгезия как этап в филогенетическом отношении древней воспалительной неспецифи­ческой реакции происходит через взаимодействие углеводных остатков,, входящих в состав наружной клеточной мембраны микроба и адгезивных; молекул плазматической мембраны фагоцита. Иными словами, в основе; неспецифической иммунной адгезии лежит взаимодействие рецепторов» поверхности фагоцита, которые обладают свойством связываться с эле­ментами наружной клеточной мембраны, общими для многих микробов.

Адгезия активирует актин-миозиновую систему фагоцита, что приводит к обхвату фагоцитируемой частицы или клетки выпячиваниями наружной клеточной мембраны, псевдоподиями. По мере присоединения друг к дру­гу близлежащих рецепторов наружной клеточной мембраны фагоцита плазматическая мембрана надвигается на фагоцитируемую клетку или частицу до тех пор, пока частица не будет полностью заключена в ваку­оль, которую называют фагосомой. В течение минуты после образования фагосомы цитоплазматические гранулы сливаются с ней и изливают в нее свое содержимое. Заключенный в фагосому микроорганизм подвергается действию целого ряда бактерицидных механизмов, связанных с действи­ем содержимого гранул полиморфонуклеаров. Действие этих механизмов приводит к биохимической деградации частиц, перемещенных в ходе эн- доцитоза внутрь клетки.

Адгезию нейтрофилов и других фагоцитов к объекту фагоцитоза ускоря­ют и усиливают биоактивные молекулы, получившие название опсонинов (греч. opsonion - снабжение пищей). Опсонинами могут быть иммуноглобу­лины. Через синтез и секрецию иммуноглобулинов, которые как антитела специфичны по отношению к антигенам объектов эндоцитоза, первичный и (или) вторичный иммунный ответ с участием иммунокомпетентных клеток повышает эффективность защитной реакции острого воспаления. При им­мунной адгезии относительно стабильный по структуре фрагмент молекулы иммуноглобулина Fc связывается со своим рецептором на поверхности фаго­цита. Вариабельный по структуре фрагмент молекулы иммуноглобулина Fab фиксируется на объекте фагоцитоза. Таким образом, осуществляется связы­вание активированного полифорфонуклеара с объектом эндоцитоза.

Иммуноглобулины - это специфические опсонины, которые соединя­ются с одним определенным антигеном на поверхности объекта фагоци­тоза. Если причиной воспаления служит инвазия в организм бактерий, по­верхностные антигены которых в прошлом уже стимулировали систему иммунитета, то эффективность защитной реакции острого воспаления особенно велика. Её повышает специфический вторичный иммунный от­вет, который в частности состоит в быстро нарастающей секреции имму- нокомпетентными клетками комплементарных к антигенам бактерий им- муноглобулинов-опсонинов.

Способность нейтрофилов и моноцитов к эндоцитозу снижают некото­рые острые и хронические инфекционные заболевания и аутоиммунные патологические процессы. Падение способности полиморфонуклеаров и мононуклеарных фагоцитов к эндоцитозу может быть связано со снижени­ем содержания иммуноглобулинов-опсонинов в сыворотке крови. Это обыч­ное следствие врожденного или приобретенного В-клеточного иммуноде­фицита. В частности это бывает у больных с хроническим сепсисом, при котором избыточная стимуляция клональной экспансии иммунокомпетент­ных клеток приводит к приобретенному иммунодефициту с недостатком иммуноглобулинов-опсонинов в сыворотке крови.

Следующим этапом уничтожения чужеродного в ходе острого воспале­ния через эндоцитоз является дегрануляция. Она заключается в слиянии фагосомы, содержащей объект эндоцитоза, с лизосомами и в образовании фаголизосомы. В фаголизосоме происходят уничтожение и деструкция объекта. Первым в фагосому попадает содержимое специфических (вторич­ных гранул), содержащих лизоцим, лактоферрин, белок, связывающий ви­тамин В_|2 и другие вещества с прямым или опосредованным бактерицид­ным действием. Затем в фагосому попадает содержание первичных (азурофильных гранул), которые содержат ряд гидролаз.

Уничтожение объектов эндоцитоза, которое в случае фагоцитоза пато­генных микроорганизмов составляют прекращение их жизнедеятельнос­ти и биохимическая деградация, происходит через действие кислородза- висимых и кислороднезависмых механизмов. При действии кислородза- висимых механизмов происходит окисление кислорода НАДФ Н-оксидаз- ной системой, образующей активные формы кислорода, обладающие сильным бактерицидным действием. Кислороднезависимое уничтожение объекта фагоцитоза происходит вследствие высокой концентрации прото­нов в фаголизосоме, активности в ней гидролаз, а также эффекта бактери­цидных протеинов и пептидов. Среди них своим бактерицидным действи­ем выделяются дефензины, то есть белки со структурой, насыщенной ар­гинином, которые обладают способностью встраиваться в липидный бис­лой наружной клеточной мембраны, вызывая резкий рост ее проницаемости в участке внедрения для обычно не мигрирующих через мембрану осмолей. В результате гипергидратация клеток служит причи­ной их цитолиза.

Процесс эндоцитоза и уничтожения его объекта происходит одновре­менно и взаимозависимо с респираторным взрывом. Под респираторным взрывом понимают резкое увеличение потребления кислорода для образо­вания бактерицидных свободных кислородных радикалов со снижением напряжения (парциального давления) кислорода в клеточном эффекторе воспаления, осуществляющем эндоцитоз. При этом значительно снижается напряжение кислорода в его цитозоле. Стимулом для респираторного взры­ва служит контакт с объектом фагоцитоза или высокие концентрации хе- моаттрактантов в очаге воспаления. Образование свободных кислородных радикалов при респираторном взрыве может вызвать цитолиз самого фаго­цита и служит фактором вторичной альтерации, в том числе и потерявшей приспособительно-защитное значение. Индукция респираторного взрыва обычно происходит одновременно с дегрануляцией. Начальный этап рес­пираторного взрыва - это потеря одного электрона молекулярным кислоро­дом (0₂), что превращает его в супероксид 0₂\ Это происходит через актив­ность связанной с клеточными мембранами оксидазы. Другая основная инициирующая реакция респираторного взрыва - это соединение протонов, высвобождаемых при реакции гексозомонофосфатного шунта, с кислоро­дом, что образует перекись водорода. Образование свободных кислород­ных радикалов, характеристика которых дана в главе, посвященной ишеми­ческой болезни сердца, при респираторном взрыве фагоцитов в очаге воспаления протекает через спонтанную дисмутацию и с участием фермен­тов миелопероксидазы, супероксиддисмутазы и каталазы.