Биохимические изменения в очаге воспаления
В зависимости от доминирующего местного процесса различают 3 вида воспаления:
1. Альтеративное — преобладание процессов повреждения, дистрофии, некроза.
2.Экссудативное — характеризуется выраженным нарушением кровообращения с явлениями экссудации и эмиграции лейкоцитов.
3.Пролиферативное или продуктивное — характеризуется размножением клеток гематогенного и гистогенного происхождения с развитием клеточных инфильтратов.
В зависимости от длительности течения различают:
1.Острое воспаление, характеризующееся интенсивным развитием и разрешением процесса в течение 1-2 недель, умеренными явлениями альтерации, экссудации и пролиферации.
2. Хроническое воспаление, характеризующееся затяжным, вялым течением с длительной персистенцией альтеративных и экссудативных изменений и выраженной пролиферацией.
АЛЬТЕРАЦИЯ
Комплекс изменений, вызванных непосредственным действием повреждающего агента, называют первичной альтерацией. Действие флогогенного фактора зависит от его природы, однако можно выделить несколько базовых механизмов повреждения, присущих многим флогогенам. Эти механизмы включают повреждение структуры мембран или нарушение их функции, нарушение функций внутриклеточных ферментов, а также повреждение структур межклеточного вещества. Так как воздействие этиологического фактора распределяется неравномерно, часть клеток гибнет, а часть адаптируется и играет важную роль в последующем воспалении и репарации ткани.
Вторичная альтерация. Продукты, возникающие в результате деструкции клеток при первичной альтерации и производимые клетками-участниками воспаления, могут вызвать вторичное самоповреждение тканей. Многие факторы вторичной альтерации являются также важнейшими факторами антимикробной защиты, действующими внутри фаголизосом нейтрофилов и макрофагов. Однако эти агенты не обладают специфичностью, и, попадая во внеклеточное пространство, они могут оказывать цитолитический эффект на собственные клетки организма и разрушать структуры межклеточного вещества. Основными факторами вторичной альтерации являются:
1.Гидролитические ферменты лизосом (нейтральные и кислые протеазы, липазы, гликозидазы, фосфатазы). При некрозе клеток целостность их мембран нарушается, и внутриклеточное содержимое, в том числе лизосомальные ферменты, поступает в интерстициальное пространство.
Другим источником лизосомальных гидролаз в очаге воспаления являются фагоциты, выделяющие их при гибели и дегрануляции. Нейтральные протеазы (коллагеназа, эластаза, катепсин) разрушают коллаген, эластин и фибриллин межклеточного вещества, базальные мембраны, а также способны прямо активировать компоненты комплемента СЗ и С5, гидролизуя их до СЗа и С5а. Кис-
лые протеазы разрушают гликопротеины и протеогликаны, а гликозидазы (гиалуронидаза и др.) — гликозаминогликаны основного вещества соединительной ткани и компоненты клеточных стенок бактерий. Липазы и фосфолипазы повреждают липиды клеточных мембран.
2. Активные кислородные радикалы (АКР) и оксид азота (NO). Повреждение клеток сопровождается повреждением мембран митохондрий, пероксисом, ГЭР в результате чего АКР, продуцируемые этими органеллами поступают в цитоплазму и далее в интерстиций. АКР также являются важными бактерицидными факторами фагоцитов и активно продуцируются этими клетками. Наконец, N0 продуцируется эндотелиоцитами и макрофагами и выделяется во внеклеточное пространство, где может трансформироваться в пероксинитрит — крайне реакционноспособный свободный радикал. Действие всех свободных радикалов заключается в перекисном окислении липидов, что нарушает структуру и функции клеточных мембран, ковалентных модификациях белков и нуклеиновых кислот .
3. Продукты активации комплемента. Конечным этапом активации системы комплемента является образование мембраноатакующего комплекса (МАК), который встраивается в мембрану клетки-мишени и формирует в ней канал, что приводит к гибели клетки. Как и большинство эффекторных защитных систем, комплемент не обладает специфичностью, поэтому может атаковать собственные клетки организма.
Важную роль в развитии вторичной альтерации играют также гипоксия, ацидоз и расстройства осмотического баланса, развивающиеся в очаге воспаления в результате изменений микроциркуляции и метаболизма в очаге воспаления.
Биохимические и физико-химические изменения в очаге воспаления
Изменения метаболизма в очаге воспаления могут быть охарактеризованы как «пожар обмена». Они развиваются в следствие действие флогогенного фактора и вторичных расстройств в тканях, выражающихся в перестройке местных механизмов нервной и гуморальной регуляции, микроциркуляции, формировании физико-химических сдвигов. В очаге воспаления наблюдаются закономерные фазные изменения обмена веществ, направленные на энергетическое и пластическое обеспечение местных адаптивных и защитных реакций. На начальном этапе воспаления в ткани преобладают реакции катаболизма, затем — при активации процессов пролиферации, — начинают доминировать анаболические реакции.
Метаболизм углеводов в очаге воспаления характеризуется преобладанием гликолиза. Это обусловлено повреждением мембран и снижением активности ферментов митохондрий. При этом увеличение поглощения тканью кислорода 30-35%, характерное для начальных этапов воспаления, сопровождается снижением окисления глюкозы. Активация гликогенолиза и гликолиза сопровождается уменьшением продукции АТФ, накоплением пирувата и лактата, и развитием ацидоза.
В метаболизме липидов доминируют процессы липолиза. Это обусловлено, в основном, интенсификацией гидролиза липидов липазами и фосфолипазами, высвобождающимися из поврежденных клеток, а также лейкоцитов. Усиливаются и процессы перекисного окисления липидов. Следствиями подобной направленности липидного обмена являются накопление в очаге воспаления свободных высших жирных кислот, обладающих детергентным действием и повреждающих мембраны; накопление токсичных кетокислот (ацетоуксусной, β-оксимасляной, β-кетоглутаровой); накопление липоперекисей; активация продукции метаболитов арахидоновой кислоты.
Белковый обмен характеризуется повышением процессов протеолиза в результате накопления в очаге воспаления большого количества протеолити-ческих ферментов.
Физико-химические нарушения в очаге воспаления
В очаге воспаления накапливаются ионы водорода, что приводит к снижению рН в клетках и межклеточной жидкости и, следовательно, развитию ацидоза. Причинами метаболического ацидоза являются: образование большого количества недоокисленных продуктов в результате активации гликолиза, нарушение дренажа тканей, в результате изменения микроциркуляции, и истощение буферных систем клеток и межклеточной жидкости (бикарбонатной, фосфатной, белковой). Следствиями ацидоза являются: повышение проницаемости мембран, активация лизосомальных ферментов, повышение проницаемости сосудистых стенок в результате неферментативного гидролиза компонентов базальных мембран, изменения чувствительности рецепторов (особенно адренорецепторов, что приводит к снижению вазоконстрикторных влияний).
Характерно повышение осмотического и онкотического давления в очаге воспаления (гиперосмия, гиперонкия). Причины повышения осмотического давления: гидролиз макромолекул с образованием низкомолекулярных дериватов, выход ионов из поврежденных и разрушенных клеток. Гиперонкия развивается в результате увеличения концентрации белка в очаге воспаления, который поступает из разрушенных клеток, а также из крови при повышении сосудистой проницаемости. Последствия гиперонкии и гиперосмии: гипергидратация очага воспаления и развитие отека.
Источник
Вне зависимости от причин, приводящих к развитию воспаления, и без специального разделения по локализации его в отдельных тканях речь идет о последствиях повреждения клеток. Эти последствия заключаются в высвобождении соединений, ранее находящихся в клетках, в основное вещество соединительной ткани, где содержатся фибриллярные компоненты и практически все белки крови. Следствием этого является усиление микроциркуляции, которое обусловлено действием биогенных аминов и продуктов распада некоторых тканевых элементов. Одним из первых процессов при этом является высвобождение гистамина и гепарина из гранул тучных клеток. Действие этих соединений проявляется уже через несколько секунд после нанесения повреждения, что подтверждает их предварительный синтез и депонирование. Гистамин приводит к вазодилятации и повышению проницаемости сосудистой стенки. Гепарин связывает основные белки, вышедшие из разрушенных клеток, которые оказывают негативное влияние на структуру клеточных мембран.
Вместе с указанными соединениями высвобождается и серотонин, также оказывающий влияние на сосуды. Одновременно происходит гидролитическое расщепление белков гидролазами, вышедшими из лизосом поврежденных или погибших клеток. Из α2-глобулинов крови образуются кинины, которые пролонгируют повышенную проницаемость сосудов. Гистамин и серотонин сравнительно быстро инактивируется и поэтому время их действия ограничено. Повышенная проницаемость капилляров приводит к тому, что в очаг воспаления начинают выходить другие компоненты крови, прежде всего фибриноген и тромбоциты, а затем иммуноглобулины и части комплемента. Фибриноген принимает участие в образовании фибрина, что, с одной стороны, приводит к ограничению очага воспаления, а с другой, способствует агрегации тромбоцитов, полимеризации фибрина и возникновению тромбов. Следствием тромбоза являются нарушения микроциркуляции с последующей гипоксией, что приводит к дальнейшим повреждениям клеток в очаге воспаления. Метаболическим результатам этого является изменение аэробного метаболизма клеток на анаэробный, повышенная наработка лактата и снижение значения рН. Тромбоциты активируются, взаимодействуя с молекулами коллагена, выделяют новые порции серотонина.
Из арахидоновой кислоты, образующейся при гидролизе фосфолипидов цитоплазматических мембран, синтезируются простагландины, которые в дальнейшем регулируют течение воспалительной реакции. Они повышают проницаемость стенок сосудов и чувствительность болевых рецепторов. При длительном течении воспалительного процесса макрофаги продуцируют простагландины, которые способны целенаправленно ингибировать синтез некоторых медиаторов.
Вместе с высокомолекулярными компонентами плазмы крови в очаг воспаления поступают вода, ионы, глюкоза и другие низкомолекулярные соединения. Вода обычно находится в динамическом равновесии с элементами соединительной ткани, и её перемещение происходит обычно быстро и всегда обратимо. При воспалении необходимо учитывать дезинтеграцию высокомолекулярных компонентов основного вещества соединительной ткани, с повышением осмотического давления в этом пространстве и перемещением воды, приводящим к образованию воспалительного отека. Длительность существования отека зависит от устранения причин воспаления. В той или иной степени вода, накапливающаяся в очаге воспаления, уменьшает концентрацию соединений, обладающих повреждающим действием, и тем самым снижает интенсивность этого действия. Вместе с водой в очаг воспаления проникают белки, являющиеся ингибиторами гидролаз, прежде всего это α1-антитрипсин и α2-макроглобулин. В плазме крови их количество при воспалении увеличивается.
Кроме ингибиторов протеаз, из плазмы в очаг воспаления выходят и молекулы иммуноглобулинов, которые обуславливают прохождение в нем иммунных реакций. При микробных инфекциях, да и при других условиях, их эффект связан с действием комплемента, лизирующим чужеродные клетки.
Затем в очаг воспаления активно (хемотаксически) проникают нейтрофильные лейкоциты и макрофаги (для каждого из них существуют различные хемотаксические факторы). Порядок действия этих клеток определяется величиной рН очага воспаления. При низких значениях рН (в начале воспаления) преобладают нейтрофилы, а макрофаги приходят в зону воспаления только когда значения рН смещается до нейтральных. Они синтезируют ферменты, разрушающие структуры, находящиеся в зоне воспаления (колагеназа – коллаген, эластаза – эластин, гиалуронидаза – основное вещество соединительной ткани, активатор плазмина – фибрин и т.д.), и тем самым облегчают для себя подход к клеткам или их ферментам, которые должны быть фагоцитированы. Фагоцитоз и разрушение фагоцитированных структур является главными функциями макрофагов. Они освобождают область воспаления от продуктов распада клеток, что является основной предпосылкой для развития следующей фазы воспаления – пролиферации.
При воспалении метаболизм изменяется не только в зоне повреждения, но и в других органах и тканях. В свою очередь, общие изменения отражаются на течении воспалительного процесса в очаге. Главным органом, реагирующим на повреждение тканей с помощью производимых в нем на экспорт продуктов, является печень. Белки, синтезирующиеся в печени и выводящиеся в кровоток, определяют в известной степени течение воспалительного процесса (фибриноген, кинины, компоненты комплемента). Появление некоторых из них или изменение их содержания в кровотоке рассматривается как указание на наличие очага воспаления в организме. Это и обусловило их общее название – белки острой фазы (реактанты острой фазы).
Белки острой фазы
К ним относятся белки, представляющие различные функциональные системы:
1. Белки с иммуномодулирующими свойствами – С-реактивный белок (СРБ), α1-гликопротеин (орозомукоид).
2. Ингибиторы протеаз (α1-антитрипсин, антихимотрипсин и др.).
3. Белки свертывания крови (фибриноген, фактор VIII).
4. Белки комплемента (С3, С4).
5. Транспортные белки (гаптоглобин, ферритин, церуло- плазмин).
Кислый α1-гликопротеин (орозомукоид) – один из главных компонентов мукопротеидной фракции крови. В физиологических его концентрация в крови составляет 0,2-0,4 г/л. Эта концентрация быстро увеличивается (в течение нескольких часов после начала воспаления) и достигает максимума на 2-3 день. Кислый α1-гликопротеин синтезируется гепатоцитами и на его повышенный синтез во время воспаления оказывает влияние альтерация ткани. Повышенное содержание этого белка в крови отмечается в течение всего времени повреждения, как бы длительно оно ни было. Разрушение его также происходит в печени посредством отщепления концевой сиаловой кислоты. Пусковой механизм синтеза α1-гликопротеина на молекулярном уровне неизвестен. Биологическая функция этого белка не установлена, хотя экспериментально показана его способность в зоне воспаления внесосудисто связываться с молекулами тропоколлагена и способствовать тем самым фибриллогенезу. На более поздних стадиях воспаления эту функцию принимают на себя гликопротеины, синтезируемые фибробластами.
α1- антитрипсин. Это α1-гликопротеин с молекулярной массой 50000 дальтон, содержащий 12 % углеводов. Концентрация его в норме в плазме крови составляет 2-4 г/л, синтезируется гепатоцитами. При воспалительном процессе синтез быстро нарастает и достигает максимума за 2-3 дня. Главное свойство антитрипсина – способность ингибировать протеазы путем образования стехиометрических комплексов (1:1). Наиболее активен по отношению к трипсину, химотрипсину, плазмину, тромбину и протеазам, высвобождающимся при распаде лейкоцитов или чужеродных клеток. На его долю приходится около 88% всей антитрипсиновой активности крови.
С-реактивный белок. В условиях нормы содержится в количестве, составляющем менее 0,01 г/л в плазме, мигрирует при электрофорезе с β-глобулинами. Концентрация С-реактивного белка во время воспаления быстро увеличивается в 20 и более раз, достигая максимума через 50 часов. Как и предыдущие белки синтезируется гепатоцитами.
С клинической точки зрения представляет интерес классификация белков острой фазы по степени увеличения их концентрации. По этому признаку выделяют:
1. Главные реактанты острой фазы – их концентрация увеличивается в 100-1000 раз в течение 6-12 часов:
— С-реактивный белок
— амилоидный белок А сыворотки крови
2. Умеренное увеличение концентрации (в 2-5 раз) в течение 24 часов:
— орозомукоид
— α1-антитрипсин
— гаптоглобин
— фибриноген
3. Незначительное увеличение концентрации (на 20-60%) в течение 48 часов:
— церулоплазмин
— С3-комплемент
— С4-комплемент
Общим моментом для всех белков острой фазы является их синтез гепатоцитами и общая динамика их концентрации в крови – она, в определенной мере, обратима динамике концентрации альбумина. Вместе с тем, это функционально различные белки отличающиеся по своим антигенным свойствам. Количественный анализ показал, что подъем концентрации «реактантов острой фазы» на ранней стадии воспаления соответствует снижению концентрации альбумина. Если количество «реактантов» острой фазы увеличивается, повышается и онкотическое давление плазмы, что приводит к снижению синтеза и количества альбумина в сыворотке в пропорциональных соотношениях.
ДЕФЕКТЫ БЕЛКОВ НЕФЕРМЕНТНОЙ ПРИРОДЫ
К настоящему времени идентифицировано более 200 протеинопатий белков неферментной природы – белков плазмы крови, биологических жидкостей и тканей. Отдельные из них могут отсутствовать полностью или частично, в связи с чем нарушаются связанные с ними функции. Как правило, нарушение продукции того или иного неферментативного белка проявляется преимущественно изменением работы одной из функциональных систем организма. В отдельных случаях – это множественные дефекты, включающие в себя не только отсутствие или дефицит неферментативного белка, но нередко и белка со свойствами энзима. По системам, в нарушении состояния которых важную роль играют врожденные дефекты неферментативных белков, эти протеинопатии можно подразделить следующим образом:
1. Дефекты индивидуальных белков плазмы крови.
2. Дефекты белков системы свертывания крови.
3. Дефекты гемоглобина (гемоглобинопатии).
4. Дефекты белков системы комплемента.
5. Нарушения белков калликреин-кининовой системы.
Патологические изменения содержания общего белка в сыворотке крови
Концентрация общего белка сыворотки крови у здоровых взрослых людей составляет 65-85 г/л, в плазме эта величина в среднем больше на 3 г/л за счет фибриногена и белков свертывания крови. Изменение содержания белка в сыворотке крови может быть относительным (вследствие колебания объема внутрисосудистой жидкости) и абсолютным (связанным с нарушением поступления, синтеза и выведения белка).
Гиперпротеинемия – увеличение концентрации общего белка > 85 г/л. Абсолютная гиперпротеинемия чаще всего обусловлена за счет увеличением γ-глобулиновой фракции и наблюдается при: ревматоидном артрите, коллагенозах, миеломной болезни, бронхоэктатической болезни. Относительная гиперпротеинемия наблюдается при гипогидратации организма (рвота, понос), венозном стазе.
Гипопротеинемия – снижение концентрации общего белка ниже 65 г/л. Абсолютная гипопротеинемия наблюдается при: недостаточном поступлении белков с пищей (голодание), потерях белка через кожные покровы (ожоги), с мочой (гломерулонефрит, нефротический синдром), через желудочно-кишечный тракт (гастроэнтеропатии), нарушениях синтеза белка (гепатиты, цирроз печени), повышенном катаболизме белков (септические состояния, раковая кахексия). Снижение общего белка в сыворотке крови ниже 45 г/л при концентрации альбумина ниже 20 г/л является опасным для жизни.
Первичные гипопротеинемии
Эти состояния обусловлены генетическими дефектами, приводящими к полному прекращению или замедлению синтеза определенных белковых фракций, а также синтезу белков с измененными свойствами. К ним относятся:
Анальбуминемия – вызвана мутацией гена, контролирующего синтез альбумина в гепатоцитах. Клинически проявляется повышенной утомляемостью, отеками стоп, умеренной артериальной гипотонией. На протеинограмме отсутствуют или определяются в малом количестве (до 3%) альбумины. Процентное содержание α и β-глобулинов пропорционально увеличивается (до 30 %), умерено повышается количество γ-глобулинов.
Бисальбуминемия – качественная аномалия сывороточных альбуминов генетического характера (семейная аутосомно-рецессивная аномалия, мутация гена, контролирующего синтез альбуминов). Протекает почти бессимптомно и обнаруживается при исследованиях массового характера или по другому поводу. Наличие бисальбуминемии констатируется по характерной электрофореграмме.
Вторичные гипопротеинемии
В зависимости от происхождения вторичные гипопротеинемии могут быть обусловлены следующими причинами:
1. Недостаточностью белка в питании, нарушением переваривания и всасывания белков в ЖКТ.
2. Врожденными дефектами переваривания и всасывания белков.
3. Нарушением синтеза белков (например при поражении печени).
4. Усиленной потерей белка (острые и хронические кровопотери, большие раневые поверхности, обширные ожоги, потери через желудочно-кишечный тракт).
5. Ускоренным распадом белков (гипертиреоз, острые инфекции).
6. Повышенным использованием белков, особенно альбуминов (послеоперационные состояния, лейкемия).
Диспротеинемия – изменение качественного и количественного состава отдельных белков сыворотки при нормальном уровне общего белка.
Рекомендуемые страницы:
Читайте также:
Источник