Факторы способствующие эмиграции лейкоцитов при воспалении
Эмиграция (emigratio; от лат. emigrare- выселяться, переселяться) — выход лейкоцитов из сосудов в ткань. Осуществляется путем диапедеза главным образом через стенку венул. Эмиграция лейкоцитов в очаг является ключевым событием патогенеза воспаления. Лейкоциты служат основными эффекторами воспаления. Внеклеточные бактерицидный и литический эффекты лейкоцитарных продуктов и фагоцитоз играют решающую роль в борьбе с флогогеном. Одновременно, оказывая влияние на клетки, сосуды и кровь, компоненты лейкоцитов выступают как важные медиаторы и модуляторы воспаления, в том числе повреждения собственных тканей. Осуществляя раневое очищение, фагоциты и их продукты создают предпосылки для репаративных явлений, в которых также играют определенную роль, стимулируя пролиферацию, дифференцировку и функциональную активность фибробластов и других клеток. Механизм эмиграции состоит в явлении хемотаксиса (И. И. Мечников).
Пусковым моментом активации фагоцитов является воздействие на рецепторы, часто специфические, их клеточных мембран разнообразных хемотаксических агентов, высвобождаемых микроорганизмами или фагоцитами, а также образующихся в ткани в результате действия воспалительного агента или под влиянием самих фагоцитов.
Наиболее важными из хематтрактантов являются фрагменты комплемента,, фибринопептиды и продукты деградации фибрина, калликреин, проактиватор плазминогена, фрагменты коллагена, фибронектин, метаболиты арахидоновой кислоты, цитокины, лимфокины, бактериальные пептиды, продукты распада гранулоцитов.
В результате связывания хематтрактантов с рецепторами и активации ферментов плазматической мембраны в фагоците развивается дыхательный (респираторный, метаолический) взрыв, состоящий в резком повышении потребления кислорода и образовании активных его метаболитов. Этот процесс не имеет отношения к обеспечению фагоцита энергией. Он направлен на дополнительное вооружение фагоцита высокореактивными токсическими веществами для более эффективного уничтожения микроорганизмов. Наряду с дыхательным взрывом в фагоците происходит ряд других изменений. Они включают повышенную выработку особых мембранных гликопротеинов, определяющих адгезивность фагоцита, понижение поверхностного натяжения мембраны и изменение коллоидного состояния участков цитоплазмы (обратимый переход из геля в золь), что создает условия для образования псевдоподий; активацию актиновых и миозиновых микрофиламентов, лежащую в основе миграции; усиленную секрецию с выделением веществ, облегчающих прикрепление лейкоцита к эндотелию, таких, как лактоферрин, катионные белки, фибронектин, интерлейкины.
Лейкоциты выходят из осевого тока крови в плазматический. Этому способствует нарушение реологических свойств крови, замедление кровотока, изменение его характера, в частности уменьшение краевой плазматической зоны. Вследствие возрастания адгезивных свойств не только лейкоцитов, но прежде всего и главным образом эндотелиальных клеток происходит приклеивание лейкоцитов к эндотелию — развивается феноменкраевого стояния лейкоцитов (рис. 29).
Повышение адгезивности эндотелия может быть обусловлено усиленной продукцией им адгезивных гликопротеинов (лектинов) и других веществ, которые включаются в состав фибринной пленки, в норме покрывающей эндотелий со стороны просвета сосуда. Предполагается также, что оно может быть связано с фиксацией на эндотелиальных клетках хематтрактантов, впоследствии взаимодействующих со специфическими рецепторами на лейкоцитах, или же с усилением экспрессии на эндотелиоцитах рецепторов к иммуноглобулинам G и фрагменту комплемента С3b, что приводит к фиксации здесь сначала IgG и С3b, а уже к ним — лейкоцитов, которые также обладают рецепторами к IgG и С3b.
Первоначальный контакт лейкоцитов с эндотелием является весьма непрочным, так что под влиянием кровотока они могут перекатываться по поверхности фибринной пленки, однако контакт быстро упрочивается. Определенное значение здесь придается электростатическим силам. В результате активации отрицательный заряд лейкоцита снижается, что уменьшает силы взаимного отталкивания между ним и эндотелиоцитом, также обладающим отрицательным зарядом. Это, в свою очередь, создает условия для образования между лейкоцитом и эндотелием кальциевых мостиков.
По некоторым данным, Са2+ и другие двухвалентные ионы могут играть ключевую роль в прилипании лейкоцитов.
Занявшие краевое положение лейкоциты выпускают псевдоподии, которые проникают в межэндотелиальные щели, и таким образом “переливаются” через эндотелиальный слой (рис. 30). Повышенные сосудистая проницаемость и ток жидкости из сосуда в ткань играют роль способствующих факторов эмиграции: чем они сильнее, тем легче для лейкоцита прохождение сосудистой стенки. Тем не менее эмиграция — процесс полностью активный. Он требует энергии и осуществляется с усиленным потреблением кислорода и участием ионов кальция и магния, необходимых для контрактильных явлений в лейкоците.
Оказавшись между эндотелиальным слоем и базальной мембраной, лейкоцит выделяет лизосомальные протеиназы, растворяющие ее, а также катионные белки, изменяющие коллоидное состояние базальной мембраны (обратимый переход из геля в золь), что обеспечивает повышенную проходимость ее для лейкоцита. Иммигрировавшие лейкоциты отделяются от наружной поверхности сосудистой стенки и амебоидными движениями направляются к центру очага воспаления (рис. 31), что определяется градиентом концентрации хемотаксических веществ в очаге. Некоторую роль могут играть электрокинетические явления, обусловленные разностью потенциалов между отрицательно заряженным лейкоцитом и положительным зарядом ткани, характеризующейся Н+-гиперионией.
Первоначально среди лейкоцитов экссудата в очаге острого воспаления преобладают гранулоциты, в основном нейтрофилы, а затем — моноциты-макрофаги. Позже в очаге накапливаются лимфоциты.
Поскольку замедление кровотока в отдельных разветвлениях микроциркуляторного русла и краевое стояние лейкоцитов могут развиваться весьма быстро, а мигрирующему нейтрофилу достаточно 3-12 мин, чтобы пройти эндотелий, появление гранулоцитов в очаге может наблюдаться уже к 10-й мин от начала воспаления. Скорость аккумуляции нейтрофилов в очаге является наивысшей в первые два часа, постепенно снижаясь в последующие. Количество их достигает максимума через 4-6 ч, В этот период лейкоциты очага представлены нейтрофилами более чем на 90 %. Гранулоциты фагоцитируют бактерии или иные инородные тела и частицы отмирающих клеточных элементов, параллельно осуществляя внеклеточную поставку ферментов, катионных белков, активных метаболитов кислорода. Одновременно происходит массивное разрушение нейтрофилов, останки которых являются важным стимулом расширения инфильтрации, как нейтрофильной, так и моноцитарной. Как и в норме, большинство гранулоцитов, вышедших в ткань, никогда не возвращается в кровоток.
Моноциты обычно преобладают в очаге острого воспаления спустя 16-24 ч и достигают пика, как правило, на 3-и сут. Однако миграция моноцитов из крови в ткань начинается одновременно с миграцией нейтрофилов. Предполагается, что вначале меньшая, чем у нейтрофилов, скорость аккумуляции моноцитов связана с торможением хемотаксиса моноцитов под влиянием продуктов жизнедеятельности нейтрофилов до определенного времени, необходимого для полной выраженности нейтрофильной реакции и предупреждения ее моноцитарного контроля. В очаге воспаления наблюдаются постепенное превращение иммигрировавших моноцитов в макрофаги и созревание последних, в процессе которого объем цитоплазмы и органелл в ней увеличивается; в частности, повышается количество митохондрий и лизосом, что имеет существенное значение для полноценного выполнения макрофагами их функций в очаге. Возрастает активность пиноцитоза, в цитоплазме увеличивается количество фаголизосом. Повышается число филоподий. Моноциты-макрофаги также являются источником медиаторов воспаления (ферментов, активных метаболитов кислорода, цитокинов), фагоцитируют бактерии, но имеют преимущественное значение в фагоцитозе останков погибших клеток, в частности нейтрофилов. Поэтому понятна зависимость аккумуляции моноцитов от предыдущего выхода нейтрофилов. Так, у кроликов с нейтропенией моноциты не появляются в очаге воспаления до 16 ч, в то время как в естественных условиях воспаления обнаруживаются уже к 4-му ч, а введение в очаг воспаления лейкопеническим животным нейтрофилов восстанавливает обычную аккумуляцию мононуклеаров. Известен также хемотаксический эффект на моноциты лизатов нейтрофилов, обусловленный отчасти катионными белками лизосомальных гранул.
С другой стороны, аккумуляция нейтрофилов во многом зависит от моноцитов. Особенно, видимо, это касается той части нейтрофильной инфильтрации, которая связана с усиленным кроветворением, поскольку последнее инициируется моноцитарно-макрофагальными гемопоэтическими факторами, в частности интерлейкином-1, различными типами так называемых колониестимулирующих факторов — веществ преимущественно белковой природы, ответственных за пролиферацию и дифференцировку в костном мозге кроветворных клеток. В настоящее время выделен ряд хемотаксических пептидов из моноцитов человека для нейтрофилов, которым может принадлежать роль в механизме саморегуляции лейкоцитарной реакции очага воспаления. Однако вопрос о механизмах смены клеточных фаз в очаге воспаления, перехода от развертывания воспалительной реакции к ее разрешению относится к наименее изученным в проблеме воспаления.
Клеточный состав экссудата в большой мере зависит от характера и течения воспалительного процесса, в свою очередь определяемых воспалительным агентом и состоянием реактивности организма. Так, экссудат особенно богат нейтрофилами, если воспаление вызвано гноеродными микробами; при аллергическом воспалении в очаге содержится много эозинофилов. Хронические воспалительные процессы характеризуются незначительным содержанием нейтрофилов, преобладанием моноцитов и лимфоцитов.
Иммигрировавшие лейкоциты совместно с пролиферирующими клетками местного происхождения образуют воспалительный инфильтрат. При этом экссудат с содержащимися в нем клетками пропитывает ткань, распределяясь между элементами воспалительного участка и делая его напряженным и плотным. Инфильтрат наряду с экссудатом обусловливает припухлость и имеет значение в возникновении воспалительной боли.
Источник
При переходе артериальной гиперемии в венозную лейкоциты постепенно перемещаются из осевого слоя в периферический — пристеночный и начинают прилипать к поверхности эндотелия .Возникает «краевое стояние лейкоцитов» и с этого момента начинается массовая миграция лейкоцитов в очаг воспаления.
Лейкоцит должен преодолеть две преграды: эндотелий и базальную мембрану. Слой эндотелия лейкоциты проходят, протискиваясь между эндотелиальными клетками, а базальную мембрану временно растворяют своими протеазами. Весь процесс перехода лейкоцита через стенку сосуда занимает от 2 до 12 минут и не вызывает повреждения стенки сосуда. Главным место эмиграции лейкоцитов являются посткапиллярные венулы. При остром воспалении прежде всего эмигрируют нейтрофилы и значительно позднее — моноциты. Эозинофилы, базофилы и лимфоциты так же способны к эмиграции. Эмиграция лейкоцитов связана с появлением в очаге воспаления специальных медиаторов хематтрактантов. Наиболее сильными хематтарактантами являются липополисахариды, входящие в состав бактериальных эндотоксинов. К наиболее сильным эндогенным хематтрактантом относятся фрагменты активируемого при воспалении комплемента, особенно С5а, лейкотриен В4, фактор активации тромбоцитов и каликреин.
Эмиграция лейкоцитов в очаг воспаления начинается с адгезии их к эндотелию сосудов микроциркуляторного русла. Адгезивность увеличивается в результате усиленного образования эндотелиальными клетками специальных молекул РНК и соответствующего им белка.
Прохождение лейкоцитов через сосудистую стенку это результат присущей этим клеткам способности к движению — т.е. локомоции, которая так же активируется хематтрактантами. Внутри цитоплазмы лейкоцитов увеличивается концентрация ионов кальция.
Это активирует микротубулярную систему, образующую внутренний скелет клетки, активирует актомиозиновые комплексы, усиливается секреция нейтрофилами их гранулярного содержимого, в том числе нейтрофильных протеаз, способных растворять базальную мембрану сосудов. Взаимодействие хематтрактантов с поверхностными рецепторами лейкоцитов сопровождается активацией различных находящихся в них ферментов, в том числе кальций-зависимой фосфолипазы А2, кальций-зависимых протеиновых киназ: протеинкиназы А и протеинкиназы С.
Под влиянием хематтрактантов в лейкоците на переднем полюсе кортикальный гель превращается в золь, т.е. становится более жидким. В эту разжиженную часть лейкоцита переливается золь его центральной части. Лейкоцит укорачивается сзади и удлиняется спереди. Разжиженная часть кортикального геля переднего полюса с силой выбрасывается назад и тем самым лейкоцит передвигается вперед.
Наибольшей функциональной активностью обладают нейтрофильные лейкоциты. Полиморфноядерные лейкоциты первыми приходят в очаг воспаления, поскольку они более чувствительны, их гораздо больше в крови. Их называют клетками «аварийного реагирования» и одноразового пользования.
Моноциты находятся в крови до 3 суток, уходят в ткани и находятся в них около 10 дней. Часть их дифференцируется в оседлые тканевые макрофаги, часть находится в неактивном состоянии и может вновь активироваться. Поэтому моноциты называют клетками многоразового пользования. Такая последовательность выхода форменных элементов крови за пределы сосуда была выявлена Мечниковым и называется «закон эмиграции» или «стадии клеточной реакции при воспалении»:
1) полинуклеарная (нейтрофилы и эозинофилы) до 2 суток,
2) мононуклеарная (моноциты и лимфоциты) до 5-6 дней,
3) фибробластическая, характеризуется скоплением в очаге воспаления гистиоцитов и фибробластов.
Важнейшей функцией лейкоцитов в очаге воспаления является фагоцитоз — т.е. захват, убиение и переваривание бактерий, а так же переваривание продуктов распада тканей и клеток собственного организма.
В ходе фагоцитоза различают 4 стадии :
1) стадия приближения фагоцита к объекту;
2) стадия прилипания фагоцита к объекту;
3) стадия поглощения фагоцитом объекта;
4) стадия внутриклеточных превращений поглощенного объекта.
Первая стадия объясняется способностью фагоцитов к хемотаксису. В механизмах прилипания и последующего поглощения фагоцитом объекта большую роль играют опсонины — антитела и фрагменты комплемента, плазменные белки и лизоцим. Установлено, что определенные участки молекул опсонинов связываются с поверхностью атакуемой клетки, а другие участки той же молекулы — с мембраной фагоцита.
Механизм поглощения не отличается от прилипания — захват осуществляется путем постепенного обволакивания фагоцитом микробной клетки, т.е. по-существу путем прогрессирующего прилипания поверхности фагоцита к поверхности микроба до тех пор, пока весь объект не будет «обклеен» мембраной фагоцита. В следствие этого поглощаемый объект оказывается внутри фагоцита, заключенным в мешок, образованный частью мембраны фагоцитирующей клетки. Этот мешок называется фагосома. Образование фагосомы начинает стадию внутриклеточных превращений поглощенного объекта внутри фагосомы, т.е. вне внутренней среды фагоцита.
Основная часть внутриклеточных превращений поглощенного при фагоцитозе объекта связана с дегрануляцией — т.е.переходом содержимого цитоплазматических гранул фагоцитов внутрь фагосомы. В этих гранулах у всех облигатных фагоцитов содержится большое количество биологически активных веществ преимущественно ферментов, которые убивают и затем переваривают микробы и другие поглощенные объекты. В нейтрофилах имеется 2-3 вида гранул, которые содержат лизоцим — растворяющий микробную стенку, лактоферрин — белок, связывающий железо и тем самым оказывающий бактериостатические действие, миелопероксидазу, нейтральные протеазы, кислые гидролазы, белок, связывающий витамин В12 и другие. Как только образуется фагосома, к ней вплотную подходят гранулы. Мембраны гранул сливаются с мембраной фагосомы и содержимое гранул поступает внутрь фагосомы.
Как уже говорили, нейтрофилы — первые лейкоциты, инфильтрирующие зону воспаления. Они обеспечивают эффективную защиту от бактериальных и грибковых инфекций. Если же рана не инфицирована, то содержание нейтрофилов в ней быстро снижается и через 2 суток в очаге воспаления преобладают макрофаги. Как и нейтрофилы, воспалительные макрофаги — это подвижные клетки, защищающие организм с помощью фагоцитоза от различных инфекционных агентов. Они также способны секретировать лизосомальные ферменты и кислородные радикалы, но отличаются от нейтрофилов рядом качеств, которые делают эти клетки особенно важными на более поздних этапах острого воспаления и в механизмах заживления ран:
1. Макрофаги живут гораздо дольше (месяцы, а нейтрофилы – неделю).
2. Макрофаги способны распознавать, а затем поглощать и разрушать поврежденные и нежизнеспособные клетки собственного организма, в том числе и нейтрофилы. С этим связана их чрезвычайная роль в «уборке» воспалительного экссудата. Макрофаги это главные клетки, участвующие в растворении и удалении из очага воспаления поврежденной соединительной ткани, что необходимо для последующей реконструкции тканей. Они синтезируют и секретируют нейтральные протеазы: эластазу, коллагеназу, активатор плазминогена, разрушающие внеклеточные коллагеновые и эластиновые волокна соединительной ткани. Макрофаги играют одну из ключевых ролей в заживлении ран. У животных в эксперименте, лишенных мононуклеаров, раны не заживают. Это объясняется тем, что макрофаги синтезируют факторы роста для фибробластов и других мезенхимальных клеток, продуцируют факторы, увеличивающие синтез коллагена фибробластами, являются источниками факторов, управляющих различными этапами ангиогенеза — реваскуляризации поврежденной ткани, продуцируют полипептидные гормоны, являющиеся медиаторами «ответа острой фазы» — интерлейкин-1 и ИЛ-6 и фактор некроза опухолей.
Воспаление делят на острое и хроническое. Острое воспаление (inflammatio acuta) развивается в связи с внезапным повреждением — ожогом, отморожением, механической травмой, некоторыми инфекциями. Его продолжительность обычно не превышает нескольких суток. Острое воспаление характеризуется выраженными экссудативными реакциями, в ходе которых вода, белки, форменные элементы крови (в основном лейкоциты) покидают кровоток и поступают в зону повреждения.
Хроническое воспаление (inflammatio chronica) развивается, когда повреждающий агент действует в течение длительного времени. Хроническое воспаление продолжается недели, месяцы и годы. Оно характеризуется не столько экссудацией, сколько пролиферацией фибробластов и сосудистого эндотелия, а также скоплением в очаге воспаления специальных клеток — макрофагов, лимфоцитов, плазматических клеток и фибробластов. Большая часть наиболее тяжелых болезней человека характеризуется как раз хроническим воспалительным процессом — это лепра, ревматоидный артрит, туберкулез, хронический пиелонефрит, сифилис, цирроз печени и так далее. Хроническое воспаление обычно сопровождается необратимыми повреждениями нормальной паренхимы, дефекты которой заполняются фиброзной соединительной тканью, деформирующей пораженные органы.
В оптимальном случае прекращение действия повреждающего агента сопровождается затуханием воспалительного ответа и полным устранением всех последствий самих воспалительных реакций — т.е. «полное разрешение воспаления». Это означает прекращение образования медиаторов и исчезновение их из зоны повреждения, прекращение эмиграции лейкоцитов, восстановление сосудистой проницаемости, удаление жидкости, белков, продуктов распада бактерий и клеток (в том числе нейтрофилов и макрофагов).
Исчезновение медиаторов обусловлено отчасти их спонтанной диффузией из очага воспаления и частично инактивацией различными ферментами, причем система инактивации развивается в ходе самого воспаления. Если повышение проницаемости сосудов не было связано с грубым повреждением эндотелиальных клеток, то проницаемость быстро нормализуется после исчезновения медиаторов.
Большая часть скопившейся в очаге воспаления жидкости удаляется с током лимфы. Отложения фибрина растворяются фибринолитическими ферментами крови, ферментами клеток воспаления и также удаляются по лимфатическим сосудам. Возможно, что по лимфатическим сосудам уходят и макрофаги. Часть макрофагов, нагруженных нетоксичными неразрушенными веществами, может оставаться долгое время в месте бывшего воспаления.
Полное разрешение воспаления создает условия для полного восстановления структуры и функции поврежденных тканей. Однако это бывает только при относительно небольших ранениях органов и тканей, обладающих к тому же высокой способностью к регенерации — кожа, слизистые, паренхима внутренних органов. Неполное разрешение воспаления приводит к тому, что восстановление происходит при помощи рубцевания.
Общая реакция организма на воспаление зависит от локализации, причины, степени повреждения органа, возникновения недостаточности функции органа, реактивности и резистентности организма, иммунитета, состояния желез внутренней секреции, питания,конституции, пола, возраста, ранее перенесенных заболеваний.
Биологическая сущность воспаления.И.И. Мечников 25 лет (с 1882 г.) исследовал фагоцитоз. Его метод сравнительной патологии — изучение процесса в эволюционном аспекте. Он доказал, что воспаление встречается у всех представителей животного мира. У одноклеточных защита и питание совпадают. У низших многоклеточных (губка) фагоцитировать могут все клетки. При формировании зародышевых листков фагоцитоз закрепляется за мезодермой. При формировании сосудистой системы открытого типа (раки) фагоциты проще доставляются в очаг воспаления и у высших к фагоцитарной реакции присоединяется реакция сосудов, нервной системы и соединительной ткани. Это реакция целостного организма, выработанная в процессе эволюции, имеет защитно-приспособительное значение — в основе защиты лежит фагоцитоз, все остальное есть лишь аксессуары воспалительной реакции.
Диагностика воспаления — на видимых участках тканей оно проявляется вышеуказанными признаками: покраснение, повышение температуры, припухлось, боль и нарушение функции.
Методы оценки функциональной оценки фагоцитов:
а) определение функциональной активности лейкоцитов:
1. % фагоцитоза — это экстенсивный показатель % фагоцитирующих клеток на 100 потенциальных фагоцитов,
2. фагоцитарное число — это количество объектов фагоцитоза, захваченных этими 100 фагоцитами,
3. фагоцитарный индекс — или интенсивность поглощения — это количество захваченных объектов фагоцитоза, которое приходится на долю каждого фагоцитирующего лейкоцита,
4. суммарная интенсивность поглощения — это количество объектов фагоцитоза, захваченных фагоцитами, содержащимися в 1 мм3,
5. завершенность фагоцитоза,
6. конгоротовый индекс — скорость исчезновения из крови крупнодисперсной краски при внутривенном введении после повторного исследования венозной крови через 15-20 мин,
7. для оценки степени вакцинации определяют титр антител,
8. Исследуется клеточный состав экссудата,
9. Определение общего количества лейкоцитов и лейкоцитарной формулы.
Зависимость воспалительной реакции от общего состояния — реактивности и резистентности, которые обеспечивают появление, развитие, течение и исход воспаления.
Воспаление может быть:
● нормэргическое — при хорошей реактивности у здоровых лиц,
● гиперэргическое (очень бурное) — при аллергии или у холериков,
● гипоэргическое — как положительная гипо- и анергия при иммунитете и отрицательная гипо- и анергия при низкой реактивности, голодании, истощении регуляторных систем (нервной и эндокринной).
Источник