5 курс / Пульмонология и фтизиатрия / Бронхиальная_астма_В_2_томах_Том_1_Чучалин_А_Г_1997

АЛ. Черняев, О.М. Гробова, М.В.Самсонова, A.JI. Зашихин

Морфология и цитология бронхиальной астмы

Патологическая анатомия бронхиальной астмы

Астма как причина смерти занимает одно из первых мест во многих

странах мира. Отмечается, что смертность от бронхиальной астмы (БА) увеличивается в периоды эпидемий с 1960 по 1984 гг. Наиболее интенсив­ ные эпидемиологические исследования проводились в Англии, Новой Зеландии, Германии, Франции, Дании и США. Особое внимание в про­ веденных исследованиях уделяется смертности от БА в детской популя­ ции и среди людей молодого трудоспособного ворзаста (до 35 лет). В по­ следние годы показатель смертности от БА колебался в разных странах в пределах от 0,15 до 3,0 на 100 000 населения.

Основными причинами смерти остаются острая дыхательная недоста­ точность на высоте астматического статуса и передозировка бета-агонис- тов, приводящая к острой левожелудочковой недостаточности.

До середины 50-х годов XX столетия БА в отличие от других нозологи­ ческих форм, не имела своей главы в патологической анатомии. Тем не менее в те годы интерес к патологической анатомии БА был настолько велик, что специальные периодические издания охотно предоставляли свои страницы для описания каждого нового наблюдения с летальным исходом. История патоморфологии начинается с 1966 года, когда Leyden впервые опубликовал данные аутопсии 40-летней женщины, умершей во время астматического приступа. В то же время в большинстве классичес­

10

ких руководств по патологической анатомии часто отмечалось отсутст­ вие характерных морфологических черт этого заболевания. Однако к насто­ ящему моменту следует считать доказанным, что БА, особенно на высоте приступа, обладаетдостаточно характерным набором патоморфологических признаков, позволяющих с уверенностью установить этот диагноз.

Методы исследования дыхательных путей

впатологической анатомии и цитологии при бронхиальной астме

Вначальном периоде изучения БА большое значение придавалось ис­ следованию мокроты. Присутствие в мокроте эпителиальных клеток было одной из первых находок при БА, которые были описаны еще Куршманом в 1885 г. При изучении мокроты Naylor (1962) отметил слущивание (десквамацию) эпителия во время приступа БА. Он описал тельца Креола как следствие изменения десквамированного эпителия в виде пластов. Мокрота больных БА очень часто содержит эозинофилы и кристаллы Шарко-Лейдена. Но оказалось, что они не являются специфичными толь­ ко для БА, а встречаются при бронхолегочном аспергиллезе, хроничес­ кой эозинофильной пневмонии и паразитарной инфекции. Исследова­ тели концентрировали свое внимание на измерении иммуноглобулинов

ипродуцируемых эозинофилами белков.

Бронхоальвеолярный лаваж (БАЛ) дал дополнительную информацию по патологии воздухоносных путей при БА. Однако изменения клеточно­ го состава БАЛ не всегда отражают истинное состояние трахеобронхи­ ального дерева.

Тканевые изменения бронхиального дерева были достаточно подроб­ но изучены на аутопсийном материале на высоте приступа БА (Черняев, Жаворонков 1981; Dunnill, 1982). Ранние морфологические исследования предполагали, что скопления слизи (мокроты, секрета) в просветах брон­ хов, гиперплазия гладкой мускулатуры , эозинофилия и утолщение ба­ зальной мембраны бронхов являются характерными признаками БА во время приступа (Черняев, Жаворонков, 1981; Dunnill, 1982). Однако эти исследования не позволили выяснить ранние изменения в трахеобронхи­ альном дереве при БА легкой и средней степени тяжести.

Этот пробел в какой-то мере был ликвидирован при исследовании брон­ хобиопсий. Однако необходимое для четких заключений количество ма­ териала собиралось долгие годы (Laitinen et al.,1986; Laitinen et al., 1987; Laitinenetal., 1988; Lundgrenetal., 1988; Beasley etal., 1989; Laitinen, 1989).

Морфологическое изучение бронхобиопсий может быть осуществлено при стандартизированных количественных исследованиях (Laitinen, 1989).

11

Электронно-микроскопический метод в сочетании с исследованием полутонких срезов значительно расширил представления о состоянии сли­ зистой оболочки больных БА. При этом важное значение придается мо­ делированию изменений в стенке бронхов на основе фотографий полутонких срезов 6H0nraT0B(Laitinenetal., 1985). Эта методика позволяет более широко исследовать эффекторные клетки воспаления при БА, такие как туч­ ные клетки, нейтрофилы и эозинофилы в слизистой оболочке бронха и под­ считать их число на 1 мм площади в разные периоды их дегрануляции.

Воспаление в слизистой оболочке бронхов по данным бронхобиоптатов

Морфологическое исследование бронхобиопсий привело к пониманию БА как воспалительного заболевания дыхательных путей (Laitinen et al., 1985; Lundgen, 1988). Увеличение числа эффекторных клеток, развитие отека и клеточная деструкция, выявленные в слизистой оболочке боль­ ных БА, являются только частью проявлений воспалительного процесса. Кроме того, при воспалении наблюдается полнокровие сосудов и увели­ чение проницаемости сосудистой стенки. Экспериментально было пока­ зано, что такие клеточные медиаторы, как гистамин, метахолин, брадикинин, простагландины (D2, Е,, Fj-альфа), фактор активации тромбоци­ тов, некоторые нейропептиды (субстанция Р, вазоактивный интестиналь­ ный пептид, нейрокинин А, кальцитонин, пептид гистидин, изолейцин и тирозин), вызывают дозозависимое снижение резистентности сосудов стенки бронхов и увеличивают полнокровие сосудов (Laitinen et al., 1988). Введение медиаторов воспаления в стенку легочных сосудов в экспери­ менте на собаках вызывало увеличение проницаемости стенки и выход в периваскулярное пространство эритроцитов и нейтрофилов (Laitinen et al., 1985).

Следует полагать, что нейрогенное воспаление вызывает повреждение (десквамацию) эпителия и адренергическую нервную стимуляцию, вы­ зывая спазм гладких мышц, расширение сосудов, усиливает проницае­ мость их и стимулирует бронхиальные железы. Медиатором аксон-рефлек­ са предположительно является субстанция Р, показано, что этот рефлекс вызывает спазм гладкой мускулатуры бронхов.

Установлено, что вирусные респираторные инфекции трахеи крыс сти­ мулируют блуждающий нерв, приводят к расширению и усилению про­ ницаемости посткапиллярных венул и повышенной адгезии лейкоцитов к сосудистой стенке. При оценке эпителия бронхов было обнаружено уве­ личение высоты эпителия, расширение межклеточных пространств и уве­

12

личение числа бокаловидных клеток. Подобные изменения были обна­ ружены у больных БА (Laitinen et al., 1985; Laitinen et al., 1988) и являются результатом увеличения экссудации плазмы. При небольшой продолжи­ тельности заболевания, при легкой степени течения БА и в период ре­ миссии БА средней тяжести течения выявляются признаки катарального бронхита, умеренная степень утолщения базальной мембраны, встреча­ ются лишь единичные эозинофилы в подслизистом слое, выраженное расширение и полнокровие сосудов этого слоя стенки бронха.

Патологоанатомические и клеточные изменения в дыхательных путях в межприступный период

Структурные изменения эпителия

В нормальном эпителии существует четыре типа клеток, которые рас­ полагаются на базальной мембране и могут быть обнаружены при рутин­ ном исследовании: 1) реснитчатые клетки; 2) базальные клетки; 3) секре­ торные (слизистые или бокаловидные) клетки; 4) клетки Кульчицкого (нейроэндокринные, аминосодержащие, АПУДили А-клетки). На одну бокаловидную клетку в норме приходится 3—5 реснитчатых. Не менее чем на 10 реснитчатых клеток приходится 1 базальная (Soderberg et al., 1990). Эпителий также содержит некоторое число лимфоцитов и нервные окон­ чания около просвета бронха и базальной мембраны (Laitinen et al., 1985; Soderberg et al., 1990). Так называемые “средние” клетки в литературе на­ зываются “предреснитчатые” и “ предбокаловидные”.

Исследование эпителия крайне важно, так как он является первым зве­ ном органа, контактирующего с экзогенными раздражителями (поллютантами). Структурные изменения в эпителии может вызвать контакт раз­ дражителя со слизистой оболочкой бронха. В последней стадии астмати­ ческого статуса трудно найти неизмененную поверхность слизистой брон­ хов (Dunnill, 1982). Отек стенки бронха сочетается с выраженной десквамацией эпителия так, что на поверхности остаются только базальные и резервные клетки (Dunnill, 1982). Похожие изменения выявлены на све­ товом и электронно-микроскопическом уровне изучения бронхиальных биопсий при БА (Laitinen et al., 1985; Lungren, 1988).

Десквамация эпителия - важный признак БА. Кроме того, это один из первых признаков, описанных в патологии БА. Исследователи описали это поражение клеток только на последней стадии астматичекого при­ ступа, гистологическую картину трудно было отделить от артефактов, свя­ занных с издержками гистологической техники приготовления препара­

13

тов. Гистологическая картина указывала на наличие эпителиальных кле­ ток в просвете, но отделение в просвет эпителия могло быть связано с гомогенным материалом жидкости (Dunnill, 1982; Laitinen et al., 1985). Можно было предположить, что десквамация эпителия связана с разви­ тием отека и экссудации плазмы. Кроме того, для БА характерны гипер­ плазия железистых клеток и метаплазия эпителия. При диагностическом изучении биопсий анализ различных типов изменения эпителия был од­ ним из первых этапов в изучении БА. Так, эпителий содержал большое количество эффекторных клеток воспаления, были выраженными гипер­ плазия бокаловидных клеток (в сочетании и без реснитчатой гиперпла­ зии), плоскоклеточная метаплазия и десквамация эпителия. Гиперплазия бокаловидных клеток, описанная при хроническом бронхите, может от­ ражать общую неспецифическую реакцию дыхательных путей на дейст­ вие раздражителей.

Изменение числаэффекторных клеток воспаления в дыхательныхпутях

Тучные клетки

При БА имеется большая индивидуальная вариация в числе тучных кле­ ток, эозинофилов и нейтрофилов в эпителии. Тучные клетки регулярно встречаются в эпителии, даже при средней степени тяжести БА. Предпо­ лагают, что тучные клетки являются инициатором начала заболевания (Laitinen et al., 1988). Дегрануляция тучных клеток в эпителии свидетель­ ствует об активации клеток. Специфичные цитоплазматические гранулы тучных клеток сочетаются с активацией воспалительных ответов на спе­ цифичную стимуляцию. В эпителии носа тучные клетки отвечают на ал­ лергическое, но не на инфекционное воспаление. Экспериментально было показано, что несколько медиаторов в гранулах тучных клеток генериру­ ют хемотаксические факторы, привлекающие другие воспалительные клетки. Дегрануляция тучных клеток сопровождается освобождением факторов хемотаксиса эозинофилов и анафилаксии.

Изучение БАЛ показало значительное увеличение числа тучных кле­ ток у больных БА по сравнению с контролем (Wardlaw et al., 1988), но ко­ личество их не отличалось от такового при саркоидозе легких и идиопатическом фиброзирующем альвеолите. Wardlaw et al. (1988) предположи­ ли, что тучные клетки в дыхательных путях активируются для выработки большого количества медиаторов.

Эозинофилы

Более 80 лет известно, что БА иногда ассоциируется с эозинофилией крови и легких. Эозинофилия крови коррелирует с тяжестью БА и пока­ зателями объема форсированного выдоха за lc (FEV,). Было показано,

14

что в гранулах эозинофилов содержится большой основной белок (МВР), который может повреждать эпителий бронхов. В гранулах эозинофилов выделено по крайней мере еще три основных белка: эозинофильный ней­ ротоксин, эозинофильный катионный белок, эозинофильная пероксидаза. Кроме того, эозинофилы выделяютдругие медиаторы, такие, как лейкотриен С4 и фактор активации тромбоцитов. При иммунофлюоресцентном исследовании бронхобиоптатов больных БА выявлено присутствие МВР в местах повреждения эпителия, железах и аморфных отложениях под эпителием на базальной мембране. Ингаляция аллергена ведет к уве­ личению эозинофилов в БАЛ в поздней стадии БА. Увеличение числа эо­ зинофилов обнаружено только у больных БА с доказанной активностью заболевания (Wardlaw et al., 1988). Изменение числа этих клеток коррели­ рует с некоторыми показателями функции легких. Увеличение числа эо­ зинофилов в эпителии бронхобиоптатов связано с ухудшением симпто­ мов БА.

Эозинофилы могут играть важную роль в патофизиологических про­ цессах при изменении стабильности БА, в частности при астматическом приступе. Однако некоторые исследования свидетельствуют, что при БА эозинофилы присутствуют в БАЛ изо дня в день. Wardlaw с соавт. (1988) измерили количество МВР и предположил, что это более адекватный ин­ дикатор усиления эозинофильной активности по сравнению с простым подсчетом эозинофилов.

Нейтрофилы

Нейтрофилы сочетаются с острой (транзиторной) бронхиальной гипер­ чувствительностью, что показали многие исследования. Нейтрофилы иг­ рают активную роль в повреждении эпителия. Однако бронхиальная ги­ перреактивность не связана с нейтрофильной инфильтрацией слизистой оболочки бронхов морских свинок через 30 минут после действия сига­ ретного дыма.

Присутствие нескольких нейтрофилов в слизистой оболочке —нормаль­ ный феномен, поскольку нейтрофилы могут быть обнаружены даже в БАЛ здоровых людей.

Число нейтрофилов в бронхобиоптатах здоровых людей было даже не­ сколько выше, чем при БА средней тяжести течения (Beasley et al., 1989). Увеличение числа нейтрофилов и эозинофилов сочеталось с поздним аст­ матическим ответом при использовании ингаляционного провокацион­ ного теста. Поздняя фаза ответа коррелирует со степенью выраженности симптомов БА. При длительном течении БА, как правило, наблюдается нейтрофильная инфильтрация эпителия и стенки бронхов, что может быть

15

связано с поздней стадией воспалительного процесса или инфекцией дыхательных путей.

Патологические и цитологические изменения собственной пластинки слизистой

При БА средней тяжести выявлена различная степень инфильтрации воспалительными клетками собственной пластинки слизистой оболочки бронхов (Laitinen et al., 1988; Beasley et al., 1989). Морфологическим при­ знаком, косвенно отражающим активное проникновение воспалительных клеток из микроциркуляторного русла в бронхиальную стенку, служат вы­ явленные агрегаты эозинофилов, нейтрофилов, моноцитов и тромбоци­ тов в эндотелии сосудов (Beasley et al., 1989). Увеличение числа эозино­ филов, лимфоцитов и плазматических клеток по сравнению контролем является диагностически значимым признаком при БА (Laitinen, 1989). Увеличение количества дегранулированных тучных клеток более харак­ терно для атопической формы БА (Beasley et al., 1989). Повышение числа тучных клеток в БАЛ части больных может быть спонтанным при высво­ бождении гистамина.

Бронхиальное кровообращение

Богатая сеть капилляров сопровождает все уровни бронхиального де­ рева. Капиллярные ветвления в виде подушечек располагаются между большинством венул и артериол. Капиллярно-венулярные структуры на­ иболее часто встречаются у кромки просвета слизистой при наличии еди­ ничных артериол в этой зоне. При электронно-микроскопическом иследовании выявлено, что капилляры тесно связаны с базальной мембраной (Laitinen, 1985). Посткапиллярные венулы имеют циркулярный слой эн­ дотелия на базальной мембране. По сравнению с капиллярами в посткапиллярных венулах межэндотелиальные щели выражены сильнее. Такие щели наиболее свободно позволяют проникать различным веществам, в том числе и медиаторам воспаления. У крыс стимуляция сенсорных нер­ вов или действие гистамина приводят к увеличению проницаемости посткапиллярных венул. Предполагают, что повышение проницаемости явялется следствием эндотелиальных отверстий в венулах, которые могут быть величиной до 1,5 мкм. Образование таких проходов в свою очередь явля­ ется результатом активных изменений в конфигурации эндотелиальных клеток в большей степени, чем пассивное раздвигание в результате повы­ шения внутрисосудистого давления. Щели в посткапиллярных венулах при БА еще более выражены (Laitinen et al., 1987). Эти проходы могут иметь большое значение в патогенезе БА. Возможно, экссудация плазмы - на­ иболее важный и определяющий фактор в десквамации эпителия, спо­

16

собствующий проникновению клеток воспаления в слизистую оболочку бронхов при БА. Другим типичным признаком микроваскуляризации сли­ зистой бронхов при БА является приход воспалительных клеток. Наибо­ лее часто выявляемые клетки в просвете сосудов —эозинофилы (Beasley et al., 1982). Клетки воспаления можно видеть в просвете сосуда и мигри­ рующими через его стенку (Laitinen et al., 1989). Эти изменения можно наблюдать и у здоровых людей, но реже. Функция стенки сосудов не ог­ раничена снабжением ткани кислородом, а распространяется также на контроль за выведением различных медиаторов через дыхательные пути, на регуляцию объема внутритканевой жидкости стенки бронха и обмен тепла.

Цитологический состав слизистой оболочки бронхов при астматическом приступе

Данные о состоянии слизистой оболочки бронхов во время астматиче­ ского статуса по понятным причинам ограничены. Laitinen et al. (1985) провели сравнительное исследование бронхиальных биоптатов пациента в стадии ремиссии и на высоте спонтанного приступа. Активное клини­ ческое течение сопровождалось более выраженной эозинофильной ин­ фильтрацией.

Известно также, что в результате эндобронхиального провокационно­ го теста происходит увеличение эозинофилов БАЛ, особенно в позднюю фазу реакции, и существует корреляция между эозинофилией крови и бронхиальной гиперреактивностью (Wardlaw et al., 1988).

Обратное развитие воспалительных изменений

вслизистой оболочке бронхов

Омеханизмах восстановления эпителия известно мало. Считается, что регенерация поврежденного эпителия происходит за счет пролиферации пула базальных или резервных клеток. При БА описан феномен страти­ фикации метаплазированного кубического эпителия с увеличением чис­ ла митозов (Dunnill, 1982). Эти изменения наблюдаются во время обост­ рения БА. Схожие изменения описаны при экспериментальных травмах эпителия. Кубический стратифицированный эпителий был описан и дру­ гими исследователями при изучении бронхобиоптатов больных БА на различных этапах заболевания (Laitinen et al., 1986; Lundgren et al., 1988). Однако неизвестно, какой вид эпителия способен к регенерации или десквамации. Базальные и слизистые клетки быстро начинают пролифери­ ровать в ответ на повреждение. В настоящее время, кроме устоявшегося

17

представления, что базальные клетки являются источником пролифера­ ции трахеобронхиального эпителия, высказано предположение, что сли­ зистые эпителиальные клетки могут играть доминирующую роль в про­ цессах пролиферации. При активных формах воспаления реснитчатые клетки повреждены или практически отсутствуют. Потеря реснитчатых клеток является наиболее ранним ответом на многие виды повреждения. Показано, что этот тип клеток не участвует в регенерации эпителия. Сти­ муляция цилиогенеза - одна из ступеней регенерации эпителия. При БА выявлено повышение числа клеток с фиброгранулярной поверхностью, которые являются предшественниками в образовании реснитчатых кле­ ток.

Гладкие мышцы бронхов при БА

При БА описаны гипертрофия и/или гиперплазия гладкой мускулату­ ры бронхов (Dunnill et al., 1982). Некоторые исследователи выявили по­ ложительную корреляцию между гиперчувствительностью и количеством гладких мышц in vivo. Это позволило им предположить, что гипертрофия гладких мышц является скорее следствием, чем причиной гиперчувствитель­ ности. Существует также предположение, что воспалительная реакция мо­ жет увеличивать долю спонтанно сокращенных мышц стенки бронха.

Гладкая мышечная ткань бронхов при экспериментальной модели бронхоспазма

При исследовании экспериментальной модели бронхоспазма у морских свинок на 50-е сутки объем мышечного компонента стенки бронхов до­ стоверно не увеличивался. Подобные данные были получены при иссле­ довании легких людей, умерших на высоте приступа БА (Черняев, Жаво­ ронков, 1981). Анализ структуры популяции лейомиоцитов в эксперимен­ те свидетельствует о том, что при развитии астматического статуса про­ исходит изменение соотношения различных типов клеток по сравнению с контролем. Это проявляется прежде всего в значительном увеличении доли малых миоцитов, снижении числа средних и полном исчезновении из популяции больших клеток, начиная с 40-го дня опыта. К концу экс­ перимента наблюдается тенденция к уменьшению группы малых миоци­ тов и возрастанию средней группы, хотя окончательного восстановления структуры популяции не происходит.

На всех этапах эксперимента в гладкой мышечной ткани бронхов вы­ являлись миоциты, в которых наблюдались выраженные реактивные из­ менения. Их цитоплазма характеризовалась дезорганизацией органелл.

18