Воспаление: определение, сущность, биологическое значение. Понятие об альтерации, экссудации, пролиферации. Медиаторы воспаления
Определение.Воспаление – это комплексная местная сосудисто-мезенхимальная реакция на повреждение ткани различными агентами, направленная на устранение агента, вызвавшего повреждение, и сохранение целостности организма. Всегда имеет защитный характер, сопровождается общими проявлениями и направлена на восстановление ткани. Однако иногда может приводить к повреждению тканей с ее деструкцией и являться причиной смерти (Например: гнойный лептоменингит при менингококковой инфекции). Воспаление лежит в основе многих заболеваний и является одним из самых распространенных общепатологических процессов.
Клинико-патологические признаки воспаления. Четыре “классических” признака воспаления - краснота (rubor), припухлость (tumor), жар (calor), боль (dolor), были описаны еще в древнегреческом папирусе примерно за 3000 лет до нашей эры. Однако указанные латинские обозначения, ввел в практику древнеримский врач и философ Авл Корнелий Цельс. В начале нашей эры Клавдий Гален (около 130-200 года нашей эры) выделив пятый признак воспаления нарушения функции (functio laesa).
В ходе развития учения о воспалении, Рудольф Вирхов основатель “целлюлярной патологии” (1858) раскрыл механизмы каждого признака воспаления: Краснота и жар- связана с развитием артериальной гиперемией. С увеличением притока артериальной крови, содержащей оксигемоглобин ярко-красного цвета. Артериальная гиперемия, сочетается с усилением обменных процессов. Припухлость- возникает вследствие скопления в воспаленных тканях экссудата. В основе лежит повышение сосудистой проницаемости. Пропотевание жидкой части плазмы и форменных элементов крови через сосудистую стенку. Боль- связана со сдавлением болевых рецепторов и накоплением медиаторов воспаления (Таких как - гистамин, серотонин, кинин) и некоторых метаболитов (Например: молочной кислоты). Нарушение функции- объясняется нарушением метаболизма, кровообращения и нервной регуляции в очаге воспаления.
Современник Рудольфа Вирхова (основателя нутритивной теории воспаления), немецкий патолог Ю.Конгейм впервые использовал оптический микроскоп для изучения воспаления в брыжейке и языке лягушек (опыт Конгейма). Он проследил стадии повышения сосудистой проницаемости и эмиграции лейкоцитов (автор сосудистой теории воспаления). Российский биолог и патолог И.И.Мечников (1845-1916) - автор фагоцитарной теории воспаления, открыл фагоцитоз. В 1908 г И.И.Мечников и П.Эрлих (автор гуморальной теории воспаления) были удостоены Нобелевской премии. H.Dale и P.Laidow (1909) впервые открыли первый медиатор воспаления гистамин. В настоящее время раскрыта роль медиации и клеточной репарации в кинетике воспалительного процесса.
Этиология воспаления.Природа этиологических повреждающих факторов многообразна и связана:
с экзогенными факторами: а) биологическими (вирусы, бактерии, грибы, животные паразиты); б) физические (лучевая и электрическая энергия, высокие и низкие температуры, пыли и аэрозоли, травмы); в) химическими (химические вещества, лекарства, яды).
с эндогенными факторами: продукты азотистого обмена, продукты распада опухолей, антитела, иммунные комплексы.
Связь воспаления и иммунного ответа.В настоящее время воспаление рассматривается как динамическое взаимодействие гуморального и клеточного иммунного ответа. При воспалении защиту организма определяют неспецифические факторы защиты и факторы иммунологической реактивности, или иммунный ответ. В зависимости от реактивности организма, выделяют следующие тканевые реакции:
1. Нормэргическая реакция характеризуется адекватностью воздействия патологического фактора и силы ответной тканевой реакцией. Сенсибилизация отсутствует.
2. Гиперэргическая реакция возникает в сенсибилизированном организме и ответ организма по своей силе значительно превосходит величину патогенного воздействия (Пример: общая реакция - анафилактический шок, местная - реакция по типу феномена Артюса).
3. Гипоэргическая реакция развивается на фоне сниженной иммунной реактивности. Повреждение не сопровождаются выраженной воспалительной клеточной реакцией. Пролиферация выражена слабо или отсутствует.
Связь воспаления с иммунитетом для репарации обеспечивается участием всех систем защиты организма в уникальной реакции терминальных сосудов и соединительной ткани, которая направлена на отграничение воспалительного фактора в очаге воспаления и его уничтожение и восстановление ткани, это и составляет сущность воспаления. При изучении гистологических образцов воспаление представляется в виде застывшей картины, хотя на самом деле является сложным динамическим процессом. Изучая воспаление, необходимо помнить, что микроскопическая картина зависит от следующих факторов: 1. этиологического; 2. времени наблюдения; 3. иммунологической реактивности организма.
Патогенез.Воспаление как, саморегулирующаяся цепная реакция укладывается в универсальную схему: повреждение - медиация - рецепция - клеточная кооперация - клеточная трансформация - репарация. Воспаление характеризуется последовательно развивающимися фазами: 1.фаза альтерации; 2.фаза экссудации; 3. фаза пролиферации. Эти три фазы (стадии) обязательно присутствуют при любом воспалении.
1.Фаза альтерации (лат. alteratio - повреждение) Является начальной, пусковой фазой воспаления. Выделяют первичную альтерацию развивающуюся сразу после непосредственного действия этиологического фактора на ткани и формирующуюся на уровне клеток и субклеточных структур. Реализация ее на других уровнях определяется силой патогенного фактора, а также реактивностью ткани и реактивным состоянием организма. И вторичную альтерациюне связанную с действием патогенного фактора, обусловленную действием лизосомальных ферментов активирующих процессы гликолиза, липолиза и протеолиза. В первой фазе воспаления можно выделить две подфазы: биохимическую и морфологическую.
Морфологическая подфаза характеризуется структурными изменениями на субклеточном, клеточном, тканевом и органном уровнях. Характеризуется возникновением дистрофических изменений, таких как мукоидное, фибриноидное набухание, вплоть до некроза в паренхиматозных органах и строме. В биохимической подфазе появляются лизосомальные ферменты и химические медиаторы воспаления.
Первичная альтерация.Проявляется первичная альтерация специфическими изменениями, связанными со спецификой действия этиологического фактора, а также неспецифическими изменениями, стериотипно развивающимися независимо от свойств и особенностей патогенного фактора. Эти изменения реализуются в трех направлениях: 1. повреждение мембранных структур клетки; 2. повреждение мембран митохондрий; 3. повреждение лизосом.
Нарушение структуры мембран клеток приводит к нарушению работы клеточных насосов (К/Na; K/Ca; H/ОН), нарушается ионный метаболизм клеток, возникают диффузные изменения ферментативных систем. В процесс вовлекаются митохондрии, кратковременно (не более 3 часов) усиливается аэробное окисление, а затем угнетается активность ферментов цикла Кребса и ферментов окислительного фосфолирирования. Накапливаются недоокисленные продукты обмена. Снижается синтез АТФ. Стимулируется процесс гликолиза. Данные изменения обратимы при прекращении действия патогенного фактора. Если в процесс вовлекаются лизосомы - изменения носят необратимый характер. Поэтому лизосомы называют стартовыми площадками воспаления. С их повреждения начинается процесс вторичной альтерации.
Вторичная альтерация. В результате действия лизосомальных ферментов (элластаза, каталаза, катепсин G) отмечается деполимеризация белково - гликозаминогликановых комплексов, образование продуктов распада, появление свободных аминокислот, уроновых кислот, жирных кислот на территории гистиона. Продукты распада жирового и углеводного обмена ведут к тканевому ацидозу. Усиление катоболических процессов приводит к образованию и активизации биологически активных веществ, которые также как и лизосомальные ферменты являются движущей силой воспаления. Они могут усиливать альтерацию и ослаблять ее. Эти биологически активные вещества называются медиаторами воспаления.
Медиаторы воспаления являются важнейшим компонентом воспаления, их называют “пусковыми факторами” воспаления, они возникают в самом очаге повреждении. Их классифицируют по времени максимальной активности - ранние и поздние. По точке приложения - влияющие на сосуды и влияющие на клетки.
Чаще используют классификацию по происхождению - плазменные (гуморальные, циркулирующие) и клеточные (тканевые).
Плазменные медиаторы.Формируются в жидких средах при активации трех систем: калликреин - кининовой системы, системы комплемента, свертывающей системы крови. Все компоненты этих систем в крови находятся в неактивном состоянии и приводятся в действие определенными активаторами. Таким активатором для всех трех систем является фактор Хагемана (XII), образующийся при повреждении клеточной стенки. Существуют и другие активаторы. Медиаторами кининовой системы являются калликреин и брадикинин. Система комплимента состоит группы белков сыворотки крови (> 20), основными считают С3а и С5а компоненты. Среди медиаторов свертывающей системы можно выделить фактор Хагемана, плазмин и продукты деградации фибрина.
Клеточные медиаторы.Источником тканевых медиаторов являются лаброциты, базофильные и нейтрофильные гранулоциты, тромбоциты, клетки APUD системы. Эти клетки выделяют медиаторы относящиеся к группе биогенных аминов. Важнейшими из них являются вазоактивные амины гистамин и серотонин выделяющийся при дегрануляции лаброцитов. Большое значение имеют лейкокины, монокины, лимфокины, фиброкины и др. Они определяют последовательность и долю участия в воспалении фагоцитарной и иммунной систем, с одной стороны, и системы соединительной ткани - с другой. “Дирижером” ансамбля клеточных медиаторов считают монокины макрофагов.
Те и другие медиаторы взаимосвязаны и работают по принципу аутокатолитической реакции, с обратной связью и взаимной поддержкой. Эти свойства позволяют циркулирующим медиаторам обеспечить повышение сосудистой проницаемости и активацию хемотаксиса и фагоцитоза, а также внутрисосудистую коагуляцию в отводящих из очага воспаления сосудах - для отграничения возбудителя и самого очага воспаления. Действие медиаторов опосредованно рецепторами на поверхности эффекторных клеток. И смена одних медиаторов другими во времени обуславливает смену клеточных форм на поле воспаления.
Фаза альтерации присутствует при любом воспалении, является пусковой фазой воспаления. Продолжительность фазы альтерации незначительная. Определить грань фазы альтерации с фазой экссудации сложно.
2.Фаза экссудации. Данная фаза складывается из реакции микроциркуляторного русла с нарушением реологических свойств крови, повышения сосудистой проницаемости, экссудации составных частей плазмы крови, эмиграции клеток крови, фагоцитоза, образования экссудата и воспалительно-клеточного инфильтрата.
Вслед за повреждением и выбросом медиаторов происходит расширение артериального колена микроциркуляторного русла, затем полнокровие и артериального и венулярного отдела. Отмечается замедление тока крови, краевое стояние лейкоцитов (Lе), полная локальна остановка кровотока - стаз, возможна агрегация форменных элементов крови и тромбоз посткапилляров и венул. Повышается сосудистая проницаемость в виде экссудации плазмы. Эмиграция клеток следуют за гиперемией. В эндотелии сначала отмечаются признаки повышенной проницаемости - усиленная вакуолизация цитоплазмы эндотелиоцитов в следствии пиноцитоз, затем наступает деформация клеток и их десквамация в просвет сосудов, при сохранении базальной мембраны. Пространства между эндотелиальными клетками расширяются. В случаях незначительного повреждения через сосудистую стенку просачиваются сравнительно низкомолекулярные белки плазмы альбумины, а при более тяжелом - крупные молекулы глобулинов и фибриногена. Характер экссудата бывает различный по составу.
Выход клеток крови за пределы сосудистой стенки происходит межэндотелиально и трансэндотелиально. Первоначально Le входят в тесный контакт с эндотелием и прикрепляются к нему. Затем образуют псевдоподии, которые проникают между эндотелиальными клетками, что связывают с ферментативной деятельностью Le - межэндотелиальная эмиграция. Т - лимфоциты эмигрируют - трансэндотелиально. Лимфоциты взаимодействуют с базальной мембраной сосудов, вызывают эффект тиксотропии - переход геля мембраны в золь, и обратно. В околососудистой ткани клетки крови продолжают движение посредствам псевдоподий. Диапедез эритроцитов происходит при очень сильной проницаемости венулярной стенки.
Фагоцитоз (от греческого phagein - поглощать) - поглощение клетками (фагоцитами) различных тел живой и неживой природы. Подробно описан И.И.Мечниковым (1882), Мечников полагал, что это основной защитный механизм при воспалении. Однако последующие исследования показали, что фагоцитоз иногда сопровождается накоплением бактерий в цитоплазме клетки и даже их размножением (например, при лепре, туберкулезе, гонорее и др.). С открытием лизосом было подтверждено предвидение великого русского ученого И.И. Мечникова о внутриклеточном переваривании.
В настоящее время различают 4 стадии фагоцитоза:
1 стадия - характеризуется приближением фагоцита к микробу или инородному телу, что объясняется хемотаксическими свойствами и наличием компонентов комплимента;
2 стадия - прилипание к поверхности фагоцита, в которой важным фактором являются опсонины (сывороточные факторы), которые “готовят” бактерии к поглощению, и в их отсутствии фагоцитоз менее эффективен или не осуществим. Усиливается уровень метаболической активности с увеличением поглощения О2. Морфологически это выражается в дегрануляции Le и выделением лизосомальных ферментов;
3 стадия - заглатывание частиц. В цитоплазме образуется инвагинация, которая отщепляется и образуется вакуоль - фагосома. С ней сливается фаголизосома (пищеварительная вакуоль);
4 стадия - внутриклеточное расщепление (переваривание) с помощью гидролитических ферментов. Расщепление патологического агента характерно для завершонного фагоцитоза. При незавершенном фагоцитозе - переваривания нет, происходит размножение возбудителей, возможна персистенция и генерализация инфекции.
К фагоцитам относят различные клетки. Их делят на микрофаги (нейтрофильные Le) и макрофаги (моноциты, гистиоциты, гигантские клетки Пирогова - Лангханса и инородных тел). Завершается вторая фаза воспаления формированием экссудата и воспалительно-клеточного инфильтрата. Скопление клеток в очаге воспаления носит название воспалительного инфильтрата.
3. Фаза пролиферация. Размножение клеток в очаге воспаления с восстановлением ткани или образованием рубца. Эта фаза воспаления характеризуется анаболическими процессами. Усиливается синтез РНК и ДНК, основного вещества и клеточных ферментов. В инфильтрате также можно отметить наличие клеток, относящихся к иммунокомпетентной системе - это Т- и В- лимфоциты, плазматические клетки, макрофаги. Кровенаполнение воспаленной ткани и интенсивность эмиграции Le постепенно снижается. Клетки выполняют свою очистительную функцию - переваривают бактерии, продукты распада, а затем погибают. Очаг воспаления заполняют макрофаги не местного, а гематогенного происхождения, являющиеся потомками стволовой кроветворно клетки, они также погибают в процессе активного фагоцитоза. В очаге воспаления появляется много клеток, большинство из которых попадают из тока крови - моноциты, лимфоциты. Из местных клеток мезенхимы в очаге воспаления появляются только фибробласты.
В этой фазе после ослабления и некоторой инактивацией раздражителя происходит регенерация мезенхимальных клеток за счет митоза и амитоза. В исходе на поле воспаления остается одна клетка - фибробласт. Фибробласт осуществляет фибриллогениз и далее превращается в фиброциты. В исходе воспаления может быть полное восстановление ткани, или замещение поврежденной ткани соединительной тканью. С клеточной репарацией связаны межклеточное взаимодействие и привлечение в очаг воспаления компонентов иммунной реакций, У всех эффективных клеток воспаления обнаружены Fc -рецепторы иммуноглобулинов и С - рецепторы комплимента. Наряду с этим продолжается действие медиаторов воспаления.
Терминология воспаления.Для обозначения воспаления определенного органа к его названию добавляют латинский суффикс - “itis” или в русской терминологии - окончание “ит”. Например, воспаление желудка называется гастрит (gastritis = gaster + itis), воспаление почек - нефрит (nefritis = nefros + itis) и т. д. Вместе с тем существуют исторически признанные названия: пневмония - воспаление легких, ангина - воспаление тканей зева, фурункул - гнойное воспаление волосяного фолликула вместе с прилежащей сальной железой и мягкими тканями. Карбункул - гнойное воспаление нескольких волосяных фолликулов с прилежащей сальной железой и мягкими тканями.
Классификация воспаления.По характеру течения - острое, подострое, хроническое. Критерии выделения подострого воспаления - условны. О хроническом говорят тогда, когда оказывается несостоятельной репаративная фаза. По преобладанию фазы воспаления - экссудативное и продуктивное, каждое из них подразделяется на виды. Альтеративное воспаление в настоящее время не выделяют, так как эта фаза кратковременная и не существует вне последующих фаз.