Эволюция воспаления у человека
Содержание | Следующая статья
Е.Ю. Гусев, В.А. Черешнев
Систематизированы этапы эволюционного развития отдельных механизмов воспаления, начиная с беспозвоночных, которые характеризуются развитой системой врожденного иммунитета, локальными реакциями фагоцитов и отдельными проявлениями системного воспалительного ответа. У позвоночных отмечается последовательное развитие системы адаптивного иммунитета, цитокиновой сети, микроциркуляции крови и лимфотока, а также экссудативно-сосудистой реакции микрососудов при воспалении. Роль системных микроциркуляторных расстройств как основы патогенеза критических состояний очевидна у млекопитающих, менее существенна у птиц, сомнительна у рептилий и у низших классов позвоночных. (Цитокины и воспаление. 2012. Т. 11. № 4. С. 5–13.)
Ключевые слова: эволюция, воспаление, системное воспаление.
Воспалительный процесс связан с эволюционно древними механизмами клеточного стресса, фагоцитоза и другими факторами врожденного иммунитета, но окончательно формируется как общепатологический процесс при участии системы микроциркуляции крови и адаптивного иммунитета у позвоночных [3]. Генерализованная реакция микрососудов на действие повреждающих факторов приводит к развитию микроциркуляторных расстройств (МЦР) — ключевого признака системного воспаления (СВ) [1, 2]. Инициировать провоспалительную трансформацию клеток способен широкий спектр факторов повреждения (или угрозы повреждения) [3, 4]. Среди них можно выделить молекулы DAMP (danger-associatedmolecularpatterns) — молекулярные паттерны опасности, включающие ряд эндогенных молекул, и PAMP (pathogen-associatedmolecularpatterns) — микробные паттерны патогенности, действующие на клетки через паттернраспознающие рецепторы (ПРР). Анализ эволюционных аспектов формирования врожденного и адаптивного иммунитета, местной и системной воспалительной реакции (СВР) является необходимым условием рассмотрения СВ как общепатологического процесса, поскольку видовые границы этого процессы в настоящее время не определены.
Эволюция механизмов воспаления у беспозвоночных
Элементарной функциональной единицей воспаления выступают те или иные варианты клеточного стресса [1, 2, 4]. При этом универсальные генетически детерминированные программы клеточного стресса сформировались уже на заре эволюции видов — у прокариот, как ответ на структурные повреждения, критические изменения жизненно важных параметров гомеостаза, но также и на угрожающие сигналы [28]. У многоклеточных организмов число индуцибельных генов, ассоциированных с клеточным стрессом, возросло в связи с появлением специализированных клеточных популяций и необходимостью межклеточного обмена информацией. В свою очередь, это способствовало появлению у беспозвоночных транскрипционных факторов, являющихся своеобразными коллекторами для многих путей клеточной активации [43].
Примитивные беспозвоночные — губки — не имеют сложных органных систем, но имеют весьма развитую систему врожденного иммунитета: большой репертуар белков теплового шока и других протекторов клеточного стресса, широкий спектр ПРР и рецепторов межклеточного контактного взаимодействия, включая toll-подобные рецепторы (TLR), различные лектины, интегрины, рецепторы суперсемейства иммуноглобулинов, а также катионные белки, другие бактерицидные и опсонизирующие факторы [37, 45]. Относительно специализированными клетками врожденного иммунитета у губок являются подвижные амебовидные фагоциты [37].
Все типы высокоорганизованных беспозвоночных (ВОБ): первичноротые (кольчатые черви, нематоды, членистоногие, моллюски) и вторичноротые (иглокожие и хордовые (ланцетники и оболочники)) появились в процессе кембрийского эволюционного взрыва (примерно 490–550 млн лет назад). В конце кембрия появились и первые морские позвоночные (третий подтип хордовых). Система адаптивного иммунитета сформировалась позднее, у первых челюстных рыб, примерно, 430–450 млн лет назад [7].
В отличие от губок, кишечнополостных и им подобных, ВОБ имеют сердечнососудистую (иглокожие, головоногие моллюски, членистоногие) или только сосудистую систему, обычно незамкнутого типа, а ланцетники, головоногие моллюски, большинство видов кольчатых червей и немертин — замкнутого [12]. Основу сосудов формирует базальная мембрана, как правило, не имеющая эндотелиальной выстилки. У головоногих моллюсков, кольчатых червей и оболочников на ламинарной поверхности мембраны могут фиксироваться амебовидные и уплощенные эндотелиоцит-подобные клетки, не образующие сплошной эндотелиальной выстилки [12, 53]. Однако даже эти ВОБ не способны к развитию экссудативно-сосудистой реакции. Нейроэндокринная система ВОБ, несмотря на принципиальные отличия от позвоночных, способна к секреции в гемолимфу ряда стрессорных гормонов, включая катехоламины, эндорфины и различные нейропептиды [23]. Гемолимфа содержит различные типы гемоцитов, в том числе фагоцитирующие клетки [7,42, 62]. Гемоциты синтезируют различные гидролазы, свободные радикалы (СР) и другие типы антимикробных факторов [5, 7, 62]. Белковые факторы гемолимфы представлены широким набором опсонинов, включая C-реактивный белок (CRP) и C-лектины, а также бактерицидные факторы, включая лизоцим и различные катионные белки [7, 42, 44,62].
Функцию гемостаза могут выполнять гемоциты, которые при участии белковых факторов образуют агрегаты, одновременно выполняя свои антимикробные функции. C-лектины и другие опсонины могут формировать «рыхлые» тромбы. Эти процессы особенно хорошо изучены у многих видов насекомых [30, 62].
Экспрессия ПРР у отдельных видов ВОБ достигает своего апогея. Так, у некоторых видов морских ежей (иглокожих) выявлено до 222 генов TLR (TLR, состоящих из комбинаций нескольких цепей, у них может быть еще больше, а у различных видов млекопитающих обнаруживают только до 10–15 TLR) и 203 представителя внутриклеточных рецепторов семейства NOD/NALP (у человека выявлено 22 NOD-подобных рецепторов) [24].
У вторичноротых выявляются предковые факторы комплемента: С3, рецепторы к продуктам его активации (CR), факторы альтернативного, а у асцидий (оболочников) — и лектинового пути активации [44, 55].
У различных групп ВОБ обнаруживаются предковые формы ряда цитокинов позвоночных: IL-1, IL-2, IL-6, IL-8, IL-16, IL-17, IL-1Ra, TNFα, TGFβ, LIF, MIF, EGF, VEGF, PDGF, белки, гомологичные различным типам интерферонов (IFN) [27, 31, 44, 62]. Некоторые из этих факторов имеют клеточные рецепторы и участвуют в палеоиммунных процессах. Однако их функцию нельзя прямо ассоциировать с биологической ролью соответствующих по названию цитокинов высших позвоночных, так же как не стоит предполагать наличие у ВОБ цитокиновой сети в ее понимании у позвоночных.
В рамках врожденного иммунитета адаптивные процессы у ВОБ все же возможны [47,62]. В ряде случаев отмечается возрастание устойчивости к определенным патогенам после предварительной иммунизации их антигенами, начиная примерно через час и с «эффектом плато» в несколько дней, а иногда и на более длительный период. Механизмы этого феномена, вероятно, связаны с альтернативным сплайсингом и вариабельными комбинациями субъединиц ПРР.
Гемоциты, подобно макрофагам млекопитающих, могут мигрировать в область тканевого повреждения, санировать ее и инициировать процессы заживления раны [62].У ВОБ отмечается формирование клеточных узелков, напоминающих гранулемы у позвоночных, за счет плотных контактов между гемоцитами, инкапсулирующих паразитов и инородные тела [47, 62]. Также практически все типы ВОБ способны к тому или иному варианту острофазного ответа и некоторым другим классическим проявлениям СВР, а именно повышению в гемолимфе количества фагоцитов, С3, лизоцима, CRP, C-лектинов, дефенсинов, катехоламинов и других эндокринных факторов [31, 38, 42, 44,62]. Острофазный ответ инициируется травмой, но сильнее — действием эндотоксина (LPS) и некоторых других PAMP, при этом ВОБ могут сохранять жизнеспособность при действии летальных для млекопитающих концентраций LPS [38]. Источником острофазных белков у насекомых могут выступать клетки жирового тела — своеобразного аналога печени позвоночных, гепатопанкреаса ракообразных и др. [62].
Таким образом, ВОБ имеют, в целом, высокий уровень врожденного иммунитета при отсутствии адаптивного иммунитета. Они способны к развитию противоспалительных процессов, включая формирование клеточных инфильтратов, инкапсулирующих паразитов, и к развитию ряда классических проявлений СВР, но не сосудистых реакций.
Интеграция адаптивного иммунитета и воспаления у позвоночных
Содержание | Следующая статья
Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 15 августа 2017;
проверки требуют 25 правок.
Воспале́ние (лат. inflammatio) — это комплексный, местный и общий патологический процесс, возникающий в ответ на повреждение (alteratio) или действие патогенного раздражителя и проявляющийся в реакциях, направленных на устранение продуктов, а если возможно, то и агентов повреждения (exudatio и др.) и приводящий к максимальному восстановлению в зоне повреждения (proliferatio).
Воспаление — защитно-приспособительный процесс.
Воспаление свойственно человеку и животным, в том числе низшим животным и одноклеточным организмам в упрощённом виде[1]. Механизм воспаления является общим для всех организмов, независимо от локализации, вида раздражителя и индивидуальных особенностей организма.
История[править | править код]
Уже в древние времена внешние признаки воспаления описал римский философ и врач Авл Корнелий Цельс (ок. 25 до н. э. — ок. 50 н. э.):
- лат. rubor — краснота (местное покраснение кожных покровов или слизистой).
- tumor — опухоль (отёк).
- calor — жар (повышение местной температуры).
- dolor — боль.
Дополнил Гален (129 — ок. 200 гг. н. э.), добавив - functio laesa — нарушение функции.
В конце XIX столетия И. И. Мечников считал, что воспаление — это приспособительная и выработанная в ходе эволюции реакция организма и одним из важнейших её проявлений служит фагоцитоз микрофагами и макрофагами патогенных агентов и обеспечение таким образом выздоровления организма. Но репаративная функция воспаления была для И. И. Мечникова сокрыта. Подчеркивая защитный характер воспаления, он в то же время полагал, что целительная сила природы, которую и представляет собой воспалительная реакция, не есть еще приспособление, достигшее совершенства. По мнению И. И. Мечникова, доказательством этого являются частые болезни, сопровождающиеся воспалением, и случаи смерти от них[2].
Большой вклад в изучение воспаления внесли Джон Хантер (1728—1794), Франсуа Бруссе (1772—1838), Фридрих Густав Якоб Генле (1809—1885), Симон Самуэль (1833—1899), Юлиус Фридрих Конхайм (1839—1884), Алексей Сергеевич Шкляревский, (1839—1906), Рудольф Вирхов (1821—1902), Пауль Эрлих (1854—1915), Илья Ильич Мечников (1845—1916).
Этиология[править | править код]
Патогенные раздражители (повреждающие факторы) по своей природе могут быть:
- Физическим — травма (механическое повреждение целостности ткани), отморожение, термический ожог.
- Химическими — щелочи, кислоты (соляная кислота желудка), эфирные масла, раздражающие и токсические вещества (алкоголь (спирты) и некоторые лекарственные препараты[3], см. Токсические гепатиты).
- Биологическими — возбудители инфекционных заболеваний: животные паразиты, бактерии, вирусы, продукты их жизнедеятельности (экзо- и эндотоксины). Многие возбудители вызывают специфические воспаления, характерные только для определённого вида инфекции (туберкулёз, лепра, сифилис). К биологическим повреждающим факторам также относят иммунные комплексы, состоящие из антигена, антитела и комплемента, вызывающие иммунное воспаление (аллергия, аутоимунный тиреодит, ревматоидный артрит, системный васкулит). При аллергии не указан следующий механизм неинфекционного воспалительного ответа. Не берется во внимание, что любая аллергическая реакция приводит к повреждению тканей. Что при определенных условиях, когда происходит сенсибилизация организма больного (выработка иммуноглобулина Е) и прикрепление его на внутренней поверхности кровеносных сосудов будущих органов-мишеней, которые повреждаются аллергическими реакциями немедленного типа в результате выхода «медиаторов воспаления». (Аллергология и иммунология: национальное руководство под ред. Р.М. Хаитова, Н.И. Ильиной.- М. ГЭОТАР-МЕДИА, 2009.-656 с.- ISBN 978-5- 9704-0903-9/
Клиника и патогенез[править | править код]
Клинические симптомы воспаления:
- Покраснение (гиперемия).
- Местное повышение температуры (гипертермия).
- Отёк (ацидоз способствует диссоциации солей и распаду белков, что приводит к повышению осмотического и онкотического давления в повреждённых тканях, приводящему к отёкам).
- Боль.
- Нарушение функции.
Процесс воспаления делят на три основных стадии:
- Альтерация — повреждение клеток и тканей.
- Экссудация — выход жидкости и клеток крови из сосудов в ткани и органы.
- Пролиферация (или продуктивная стадия) — размножение клеток и разрастание ткани, в результате чего и происходит восстановление целостности ткани (репарация).
Альтерация[править | править код]
Альтерация (позднелат. alteratio, изменение[4]) — стадия начала воспаления. Патогенный раздражитель, воздействуя на ткани организма, вызывает первичную альтерацию — повреждение и последующий некроз клеток. Из лизосом погибших клеток (в том числе гранулоцитов) высвобождаются многочисленные ферменты (влияющие на белки и пептиды, липиды, углеводы, нуклеиновые кислоты), которые изменяют структуру и нарушают нормальный обмен веществ окружающей очаг воспаления соединительной ткани и сосудов (вторичная альтерация).
В зоне первичной альтерации интенсивность метаболизма снижена, так как функции клеток нарушены, а в зоне вторичной альтерации повышена, в основном за счёт обмена углеводов (в том числе гликолиза полисахаридов). Повышается потребление кислорода и выделение углекислоты, однако потребление кислорода превышает выделение углекислоты, так как окисление не всегда проходит до окончательного образования углекислого газа (нарушение цикла Кребса). Это приводит к накоплению в зоне воспаления недоокисленных продуктов обмена, имеющих кислую реакцию: молочной, пировиноградной, L-кетоглутаровой и др. кислот. Нормальный уровень кислотности ткани с pH 7,32—7,45 может повышаться до уровня 6,5—5,39 (при остром гнойном воспалении), возникает ацидоз[5].
На месте повреждения расширяются сосуды, вследствие чего увеличивается кровоснабжение, происходит замедление кровотока и как следствие — покраснение, местное повышение температуры, затем увеличение проницаемости стенки капилляров ведёт к выходу лейкоцитов, макрофагов и жидкой части крови (плазмы) в место повреждения — отёк, который в свою очередь сдавливая нервные окончания вызывает боль и всё вместе — нарушение функции. Воспаление регулируют медиаторы воспаления — гистамин, серотонин, непосредственное участие принимают цитокины — брадикинин, калликреин (см. Кинин-калликреиновая система), IL-1 и TNF, система свёртывания крови — фибрин, фактор Хагемана, система комплемента, клетки крови — лейкоциты, лимфоциты (Т и В) и макрофаги. В повреждённой ткани усиливаются процессы образования свободных радикалов.
Механизмы возникновения воспаления[править | править код]
Митохондриально-зависимый механизм[править | править код]
Из-за повреждения клеток при травме, митохондриальные белки и мтДНК попадают в кровоток. Далее эти митохондриальные молекулярные фрагменты (DAMPs) распознаются Толл-подобными (TLRs) и NLR рецепторами. Основным NLR-рецептором участвующим в процессе является рецептор NLRP3. В нормальном состоянии белки NLRP3 и ASC (цитозольный адаптерный белок) связаны с ЭПР, при этом белок NLRP3 находится комплексе с белком TXNIP. Активация рецепторов приводит к их перемещению в перинуклеарное пространство, где под действием активных форм кислорода, вырабатываемых поврежденными митохондриями, белок NLRP3 высвобождается из комплекса.[6] Он вызывает олигомеризацию белка NLRP3 и связывание ASC и прокаспазы-1, образуя формирование белкового комплекса называемого NLRP3 инфламмасомой. Инфламмасома вызывает созревание провоспалительных цитокинов, таких как IL-18 и IL-1beta и активирует каспазу-1. (3) Провоспалительные цитокины также могут запускать NF-kB пути воспаления, повышая длительность и уровень воспаления. Также для активации NLRP3 инфламмасомы необходима пониженная внутриклеточная концентрация K+, что обеспечивание калиевыми каналами митохондрий.
Механизм возникновения воспаления через NF-κB сигнальный путь[править | править код]
Классификация[править | править код]
По продолжительности:
- Острое воспаление — длится несколько минут или часов.
- Подострое — несколько дней или недель.
- Хроническое — длится от нескольких месяцев до пожизненного с моментами ремиссии и обострения.
По выраженности реакции организма:
- Нормоэргическое воспаление — адекватная реакция организма, соответствующая характеру и силе воздействия патогенного раздражителя.
- Гиперэргическое — значительно повышенная реакция.
- Гипоэргическое (от гипоэргия[4]) и аноэргическое — слабая или отсутствующая реакция (у пожилых людей (старше 60-ти), при недостаточном питании и авитаминозе[7], у ослабленных и истощённых людей).
По локализации:
- Местное воспаление — распространяется на ограниченный участок ткани или какой-либо орган.
- Системное — распространяется на какую-либо систему организма (систему соединительной ткани (ревматизм), сосудистую систему (системный васкулит)[7]).
Формы воспаления[править | править код]
- Альтеративное воспаление (в настоящее время отвергается)
- Экссудативное воспаление
- Серозное
- Фибринозное
- Дифтеритическое
- Крупозное
- Гнойное
- Гнилостное
- Геморрагическое
- Катаральное — с обильным выделением слизи или мокроты.
- Смешанное
- Пролиферативное воспаление
- Гранулематозное воспаление
- Межуточное (интерстициальное) воспаление
- Воспаление с образованием полипов и остроконечных кондилом
- Воспаление вокруг животных-паразитов и инородных тел (холангит, урертрит, киста)
- Специфическое воспаление — развивается при таких заболеваниях как туберкулёз, сифилис, лепра, сап, склерома[8].
Диагностика[править | править код]
Клинический анализ крови: увеличивается скорость оседания эритроцитов (СОЭ), лейкоцитоз, изменяется лейкоцитарная формула.
Биохимический анализ крови: при остром воспалении повышается количество C-реактивного белка (белок острой фазы), α- и β-глобулинов, при хроническом воспалении — γ-глобулинов; снижается содержание альбуминов[9].
Терминология[править | править код]
Термины воспалений чаще всего являются латинскими существительными третьего склонения греческого происхождения, состоящие из корневого терминоэлемента, обозначающего название органа, и суффикса -ītis (-ит). Примеры: gaster (греч. желудок) + -ītis = gastrītis (гастрит — воспаление слизистой желудка); nephros (греч. почка) + -ītis = nephrītis (нефрит)[10].
Исключения составляют устоявшиеся старые названия воспалительных заболеваний: пневмония (греч. pneumon, лёгкое), ангина — воспаление миндалин, панариций — воспаление ногтевого ложа пальца и др[1].
См. также[править | править код]
- Гомеостаз
- Инфламмасома
Примечания[править | править код]
- ↑ 1 2 Пауков, Хитров, 1989, с. 98.
- ↑ А.И. Струков, В.В. Серов. Патологическая Анатомия. — 5-е издание. — 2010. — С. 169. — 848 с. — ISBN 978-5-904090-63-0.
- ↑ Серов, Пауков, 1995, с. 506.
- ↑ 1 2 Советский энциклопедический словарь / Гл. ред. А.М. Прохоров. — 4-е изд. — М.: Советская энциклопедия, 1988. — 1600 с.
- ↑ Тель, Лысенков, 2007.
- ↑ Mitochondria: Sovereign of inflammation?.
- ↑ 1 2 Барышников, 2002, с. 58.
- ↑ Пауков, Хитров, 1989, с. 106—112.
- ↑ Пауков, Хитров, 1989, с. 105.
- ↑ Городкова Ю.И. Латинский язык. — М.: Кнорус, 2015. — С. 124—125. — 256 с.
Литература[править | править код]
- Пальцев М. А., Аничков Н. М. Патологическая анатомия. Учебник для медицинских вузов (В 2 т.). — М.: Медицина, 2001 (1-е изд.), 2005 (2-е изд.), 2007 (3-е изд.).
- Пауков В.С., Хитров Н.К. Патология. — Учебник для мед. училищ. — М.: Медицина, 1989. — С. 98—112. — 352 с.
- Тель Л.З., Лысенков С.П., Шарипова Н.Г., Шастун С.А. Патофизиология и физиология в вопросах и ответах. — 2 том. — М.: Медицинское информационное агентство, 2007. — С. 66—75. — 512 с.
- Воспаление. Руководство для врачей / Под ред. В.В. Серова, В.С. Паукова. — М.: Медицина, 1995. — 640 с.
- Барышников С.Д. Лекции по анатомии и физиологии человека с основами патологии. — М.: ГОУ ВУНМЦ, 2002. — С. 57—64. — 416 с.
- Атаман А.В. Патологическая физиология в вопросах и ответах. — Учеб. пособие. — К.: Вища школа, 2000. — С. 133—147. — 608 с.
Видео[править | править код]
- «Воспаление» — Центрнаучфильм (Объединение учебных фильмов), 1980 г.
Ссылки[править | править код]
- Воспаление и иммунитет // ImmunInfo.ru