5 курс / Пульмонология и фтизиатрия / Внебольничная_пневмония_и_дизадаптационный_синдром
.pdfРАЗДЕЛ I
клетки респираторных бронхиол (клетки Клара) и альвеолярные мак рофаги.
Клетки Клара наиболее многочисленны в мелких бронхах и брон хиолах. По мнению J.B. McCafferty с соавторами (2004 г.), эти клетки участвуют в образовании фосфолипидов и, возможно, в выработке сурфактанта [201]. При помощи гистохимических методов исследова ния в их цитоплазме выявлены липиды, белки, а также ферменты: ще лочная и кислая фосфатаза, каталаза, неспецифические эстеразы, липа зы [201]. В этих же клетках был обнаружен низкомолекулярный белок - ингибитор протеаз [172]. Антипротеазное действие этого ингибитора направлено на блокирование эластазы и коллагеназы, способных вызы вать распад соединительно-тканных белков и деструкцию лёгочной ткани. Предположение о том, что альвеолоциты 2-го типа синтезируют и секретируют материал, из которого формируется надклеточный по верхностно-активный жидкий слой в альвеолах, впервые высказал Макклин (1954 г.). К настоящему времени эта гипотеза получила фак тическое подтверждение. Популяция этих клеток (альвеолоцитов 2-го типа) выполняет две функции: репродуктивную и секреторную [175]. Они активно синтезируют белки, фосфолипиды, углеводы. Синтезиру емые поверхностно-активные компоненты, в частности дипальмитоилфосфатидилхолин, накапливаются в цитофосфолипосомах и в их со ставе переносятся в апикальную часть клетки, где осуществляется сек реторный процесс. В обычных физиологических условиях секреция альвеолярного сурфактанта осуществляется экзоцитозом по мерокриновому пути. В условиях лёгочной патологии наблюдается галокриновый тип, в просвете альвеол при этом появляются клетки с разной сте пенью дистрофических и деструктивных изменений. Значительные масштабы секреторной активности альвеолоцитов 2-го типа, большая суммарная площадь апикальной поверхности этих клеток, обращённой в просвет альвеол и являющаяся источником ПАВ и белка, позволили прийти к заключению, что респираторный отдел дышащих лёгких представляет собой активно секретирующую железу [23]. Совокуп ность полученных к настоящему времени данных не позволяет сомне ваться в участии этих клеток лёгких в негазообменных функциях, в частности в липидном и фосфолипидном обменах и формировании сурфактанта.
22
БОЛЕЗНИ ОРГАНОВ Д^1ХАНИЯ
Современные представления о метаболических процессах в лёгких базируются на самых разнообразных исследованиях. Среди них наибо лее информативными являются экспериментальные работы. Тенденци ей последних лет стало увеличение количества работ по исследованию биохимии органоспецифических жидкостей: мокроты, жидкости брон хоальвеолярного лаважа, паров конденсата выдыхаемого воздуха [167, 184].
Жидкость бронхиального лаважа, несомненно, отражает состояние и специфические изменения в бронхолёгочной системе, но не всегда ясно, в какой степени. Строгие показания и травматичность взятия бронхоальвеолярной жидкости (БАЛЖ) ограничивают использование этого материала.
За последние годы возрос интерес к конденсату паров выдыхае мого воздуха (КВВ), получаемого безболезненным атравматичным способом. Интерес к исследованию КВВ совпал с широким изучени ем сурфактантной системы лёгких. До недавнего времени считалось, что поверхностно-активные вещества ССЛ, продуцируемые клетками альвеолярного эпителия, удаляются путём обратного всасывания в кровь или продвижения их к слизистой оболочке дыхательных путей. Обнаружение элементов сурфактанта в выдыхаемой жидкости позво лило считать, что сурфактант выделяется лёгкими. Эти исследования дали толчок к широкому изучению конденсата как биологической жидкости, а также возможности использования качественного состава КВВ для характеристики его биохимической индивидуальности и в диагностических целях [154, 175, 189].
Вработах некоторых авторов представлены данные качественного
иколичественного состава КВВ у больных ХНЗЛ [201]. В результате исследований КВВ обнаружено увеличение продуктов ПОЛ, а также
продукты гликолиза - повышение показателя молочной и снижение количества пировиноградной кислот. Интересно, что белки «острой фазы» имели более высокий количественный уровень в КВВ по срав нению с плазмой крови, что объясняется связью белков с процессами кислородообеспечения, свободнорадикальной активностью и воспале нием. В других работах полярографическим методом определена сте пень изменения ПА свойств ССЛ в КВВ [106]. Выявлено подавление ПА при бронхоэктатической болезни, гипоплазиях, абсцессах, в мень шей степени при туберкулёзе лёгких. Это позволяет сделать вывод о
23
РАЗДЕЛ I
том, что поражение ССЛ наблюдается при всех формах заболеваний лёгких. Б.И. Гельцером (1990 г.) выявлено, что при пневмонии увеличи вается поверхностное натяжение экспиратов, а также повышается со держание общего белка. В последние годы накоплен фактический мате риал, свидетельствующий о том, что помимо вышеуказанных веществ в КВВ находятся биологически активные вещества, ферменты, аминокис лоты [182].
Как указано выше, биохимические процессы в лёгочной ткани, ха рактеризующие метаболическую функцию, изучены недостаточно пол но. В основном исследования базируются на изучении липидного и белкового обменов сурфактантной системы лёгких и лишь в единич ных работах исследованы пути углеводного и азотистого обменов. В связи с этим возникает необходимость поиска тонких и одновременно доступных биохимических методов, к числу которых относятся иссле дования ферментов. Так, изменение активности ферментов в КВВ в результате выхода энзимов из поврежденных клеток не только может использоваться как показатель повреждения, но и в определённой сте пени свидетельствовать о выраженности патологических изменений в системе органов дыхания. Перспективным являются исследования, связанные с изучением продуктов белкового обмена и белков «острой фазы», их изменений в количественном соотношении при остром вос палительном процессе бронхолёгочной системы. Экспрессирующий на самых ранних стадиях воспалительной реакции под воздействием про тивовоспалительных цитокинов белок «острой фазы» - альфа 1 кислый гликопротеин, принимает активное участие в процессах неспецифиче ской резистентности и иммунорегуляции, обладает прямым антитокси ческим действием в отношении токсинов грамположительных микро организмов [133, 142]. Исследования в этой области могут дать ответы на отдельные вопросы, касающиеся патогенеза заболеваний в системе органов дыхания, а также выявить и скорректировать метаболические нарушения в лёгочной ткани на ранних этапах развития НЗЛ.
Интенсификация катаболических и анаболических процессов в лёгких требует от органа высоких энергетических затрат. Основным энергетическим субстратом лёгких и поставщиком восстановительных эквивалентов являются углеводы. В ткани лёгких обнаружены углево ды и их метаболиты, характерные для всех органов, однако содержание гликогена и свободной глюкозы в несколько раз меньше, чем в печени и мышцах. В течение суток уровень глюкозы и гликогена изменяется (выше в утренние часы). Характерно для органа дыхания и то, что лёг
24
БОЛЕЗНИ ОРГАНОВ Д^1ХАНИЯ
кие могут усиленно ассимилировать глюкозу и синтезировать глико ген. Лёгочная ткань может извлекать из крови и метаболиты углевод ного обмена: пировиноградную и молочную кислоты [22]. Причём, этот процесс зависит не только от концентрации метаболитов в крови от рН и содержания кислорода в ней. Нами не найдено ни одной науч ной публикации, касающейся исследования уровня молочной кислоты в конденсате выдыхаемого воздуха при пневонии в условиях адапта ции.
Ведущую роль в развитии метаболических нарушений при заболе ваниях органов дыхания играет гипоксическая гипоксия [20]. Развива ющиеся при этом расстройства могут быть связаны с острым наруше нием пуринового обмена, описанным на основании экспериментальных исследований и подтвержденным зарубежными учёными [199]. Сущ ность его заключается в том, что при недостаточной обеспеченности тканей кислородом и сопутствующего ей лактоацидоза усиливается катаболизм пуриновых мононуклеотидов до гипоксантина. Реутилиза ция последнего до аденозинтрифосфата при этом нарушается, и он окисляется до мочевой кислоты. В условиях гипоксии этот процесс ка тализирует в основном ксантиноксидаза и, в меньшей степени, - ксантиндегидрогеназа. Ксантиндегидрогеназная реакция сопровождается усиленной продукцией активных форм кислорода, что приводит к ис тощению фонда антиоксидантов, снижению эффективности системы антиоксидантной защиты с последующей интенсификацией перикисного окисления фосфолипидов мембранных структур. В настоящее время считается, что в генезе апоптоза клеток ведущая роль принадле жит именно процессам липопероксидации мембран. Авторы экспери ментальных исследований показали высокую информативность гиперурекемии при гипоксии в опытах на животных, поскольку мочевая кислота является конечным продуктом острого нарушения пуринового обмена [80]. Однако это требует и клинического подтверждения. Ост рые заболевания лёгких сопровождаются разной степенью дыхатель ной недостаточности, могут служить клинической моделью для этого. Исследований уровня мочевой кислоты при болезнях лёгких и при адаптации организма к изменяющимся условиям среды в конденсате выдыхаемого воздуха нами не встречено.
В 1980 г. американские ученые R.F. Furchgott и J.V. Zawadskj от крыли феномен вазореклаксации, зависимой от эндотелия [112, 169].
25
РАЗДЕЛ I
R.F. Furchgott высказал предположение, что эндотелиальный фак тор релаксации (EDRF - endothelium-derived relaxing factor) - это оксид азота (NО). Было обнаружено, что NO существует как газ в анаэробном растворе и окисляется до нитрата в присутствии кислорода [70, 154, 168]. Ряд исследователей представили убедительные доказательства того, что вещество, повышающее активность кальцийзависимой гуанилатциклазы (ГЦ) в гладкой мускулатуре сосудов, - это NО [21, 71, 170, 221].
Дальнейшие исследования подтвердили, что истинным активато ром ГЦ является нитрозил-гем, образующийся в результате взаимодей ствия NO с железом гема ГЦ. Установлено, что ГЦ катализирует синтез циклического гуанозинмонофосфата (цГМФ) - мощного регулятора метаболизма клетки. Накопление цГМФ в гладких миоцитах способ ствует и релаксации [148, 192, 207].
Исследования, проведенные П.А. Мотавкиным с соавторами [82], установили, что морфологическое и биохимическое созревание легких находится в прямой зависимости. При этом становление активности NOS в респираторном отделе легких и их сосудах соответствует направлению развития легких в онтогенезе. В постнатальном периоде по мере формирования альвеолярной структуры в легких активность NOS в мелких воздухоносных путях значительно снижается. Предпо лагают, что высокий уровень синтеза NО в дыхательных бронхиолах способствует регуляции тонуса мелких воздухоносных путей и обеспе чивает расправление альвеол при первом вдохе новорожденного [215, 220].
Конститутивная способность эпителиоцитов бронхов человека и млекопитающих секретировать NO была подтверждена в опытах in vitro [214].
Измерение содержания NO в выдыхаемом воздухе у здоровых добровольцев при физической нагрузке показало, что его количество, выдыхаемое за 1 мин, увеличивается и находится в прямой зависимо сти от сердечного выброса, уровня вентиляции легких и содержания кислорода в выдыхаемом воздухе [146, 208]. Вероятно, количество вы дыхаемого NО при указанных условиях зависит от его клиренса в аль веолах. Увеличение его продукции способствует адекватной бронходилятации во время физической нагрузки, а также направлено на регуля цию работы цилиарного и секреторного аппарата бронхов [177, 178, 181].
26
БОЛЕЗНИ ОРГАНОВ Д^1ХАНИЯ
Таким образом, система, регулирующая дыхание, включает кле точные механизмы, интегрированные ядрами блуждающего нерва, ко торые в свою очередь контролируются дыхательным центром. При всех различиях уровней регуляции объединяющим следует считать ок сид азота [176, 209]. Действие его на эффекторные клетки бронхов не является однонаправленным. NO снижает тонус гладких миоцитов в норме и повышает его, вызывая констрикцию бронхов и нарушение воздухопроводимости в условиях патологии [179, 200]. NO участвует в регуляции функций местных эндокриноцитов и мастоцитов через сек рецию его аксонами и собственную его продукцию. NO усиливает по движность альвеолярных макрофагов, повышает фагоцитарную актив ность и продукцию цитокинов, стимулирует пролиферацию и дифференцировку иммунокомпетентных лимфоцитов в парабронхиальных лимфатических фолликулах, альвеолоцитах [190, 333]. NO регулирует синтез сурфактанта, а в клетках Клара повышает образование фермен та, разрушающего его [156, 203]. Особую роль в местной гемодинами ке играют альвеолоциты, которые с помощью NO регулируют прони цаемость капиллярных эндотелиоцитов, способствуют оптимальной диффузии газов и насыщению эритроцитов кислородом, меняют жест кость скелета эндотелиальной клетки и размер просвета микрососудов. Высказано предположение, что увеличение активности NO-синтазы при патологических процессах отражает характер адаптационных ме ханизмов. На этапе срочной адаптации NО ограничивает чрезмерную стресс-реакцию и обеспечивает перераспределение энергетических ре сурсов в органах. На переходном этапе NO активирует ранние регуля торные гены и участвует в передаче сигнала от ранних генов к позд ним, а на этапе долговременной адаптации обеспечивает поддержание повышенной устойчивости организма [29, 83, 102, 112, 169, 225].
В последние полтора десятилетия резко выросло число биохими ческих анализов, проводимых еще на одной жидкости организма, - слюне, которая обычно исследуется параллельно с другими биохими ческими объектами. В слюне определяют электролиты, активность ферментов, рН [197]. Существует мнение, что слюна, обладая меньшей, чем кровь, буферной емкостью, лучше отражает изменения кислотно щелочного равновесия организма человека [196]. Однако как объект исследования она не получила широкого распространения. Нами не встречено ни одной научной работы, в которой биологический суб страт - слюна, рассматривался бы в аспекте адаптации к изменяющим ся условиям внешней среды и при заболеваниях легких.
27
РАЗДЕЛ I
Слюна производится слюнными железами ротовой полости. Ос новными, самыми крупными железами являются три пары - околоуш ные, подъязычные и подчелюстные. Кроме того, имеется множество мелких желез, вносящих вклад в формирование слюны. Околоушные железы продуцируют секрет с преимущественным содержанием белка (серозные железы). Мелкие железы, расположенные в слизистых обо лочках корня языка, мягкого и твердого неба, являются слизистыми - в их секрете преобладают углеводы. В подъязычных и подчелюстных железах есть и белковые, и слизистые секреторные клетки. Такие желе зы называют смешанными.
Учитывая анатомическую и морфологическую структуру слюн ных желез, можно предположить, что вырабатываемая ими биологиче ская жидкость отражает состояние гомеостаза всего организма. Ведь слюна - довольно сложный по составу комплекс веществ, их физиоло гические функции разнообразны. Функция смачивания пищевого ком ка выполняется за счет воды, составляющей основу слюны. Карбонатионы создают в ротовой полости слабощелочную среду. Полисахарид ный компонент слюны защищает эпителий от механических микро повреждений. Белки слюны выполняют в первую очередь фермента тивную функцию, начиная процесс расщепления углеводов. Наконец, слюна выполняет защитную функцию: среди имеющихся в ней биоло гических веществ давно известны или обнаружены в последнее время бактерицидные и фунгицидные вещества, антитела и пр. Кроме орга нических соединений в слюне находятся и многие минеральные [193].
Стандартные методы анализа состава слюны позволяют опреде лять содержание белков, углеводов, ферментов, мочевой кислоты и мочевины, аммиака и азота в неорганических соединениях, липидов, холестерина, карбонатов и хлоридов, фосфора неорганического, каль ция, калия и хлора.
Слюна, как жидкость для биохимических анализов, имеет два су щественных преимущества по сравнению с другими [202]. Во-первых, простота и гигиеничность получения пробы для анализа. Во-вторых, в слюне сохраняются все биохимические составляющие без специальных условий хранения (в силу особенностей химического и ферментного состава) [160].
В доступной нам литературе не найдено ни одного исследования ни при какой патологии такого фермента, как эстераза слюны. Хотя, на наш взгляд, она может быть маркёром патологического процесса в лёг
28
БОЛЕЗНИ ОРГАНОВ Д^1ХАНИЯ
ких, с учетом её свойств (главное из них - поддержание состояние структуры лёгочной ткани) [135].
Следующим биологическим субстратом, представляющим огром ный интерес, является моча. Как объект для исследования она является наиболее доступной. Сбор мочи для пациента гораздо менее затрудни телен, чем взятие крови; не составляет труда получить для исследова ний и достаточное количество материала.
Моча в определенной степени отражает работу почек — основно го выделительного и гомеостатического органа, а значит динамику об менных процессов в различных органах и тканях. Поэтому по измене нию количественного и качественного ее состава можно судить о со стоянии отдельных звеньев обмена веществ, избыточном их поступле нии, нарушении гомеостатических реакций в организме. С мочой из него выводятся избыток воды, многие электролиты, промежуточные и конечные продукты обмена веществ, гормоны, витамины, чужеродные вещества. При различных функциональных состояниях организма в моче могут появляться химические вещества, не характерные для нор мы: глюкоза, белок, кетоновые тела, желчные пигменты, форменные элементы крови и пр. Определение этих веществ в моче может исполь зоваться в биохимической диагностике отдельных заболеваний. Белки в норме выделяются в очень малых количествах, которые не улавливаются лабораторными методами.
Глюкоза и другие моносахариды обычными лабораторными мето дами в моче не обнаруживаются.
Среди ферментных систем канальцевого эпителия наиболее диа гностически значимо исследование в моче активности N -ацетил-Р-В- глюкозаминидазы (Р-2-ацетиламидо-2-дезокси-В-глюкозидацетами- додезоксиглюкогидролазы) - НАГ. НАГ - фермент лизосом тубуляр ного эпителия нефрона, гидролизующий N-ацетил-глюкозаминиды и N -ацетил-галактозаминиды нередуцируемых концевых остатков P-N- ацетилглюкозамина в гликолипидах и гликозамингликанах (ГАГ). Имея достаточно большую молекулярную массу (140-160 кD), НАГ, активность которого повышается в крови при ряде патологий, при це лостности базальной мембраны не попадает в мочу [216, 217, 227].
Активность НАГ локализована в лизосомах. Лизосомы как суб клеточные структуры окружены однослойной липидной мембраной и содержат в латентном состоянии более 30 гидролитических ферментов. Диагностическое значение среди них имеют только некоторые: Р- глюкуронидаза, Р-галактозидаза, арилсульфатаза, N-ацетил-Р-В-
29
РАЗДЕЛ I
глюкозаминидаза и некоторые другие. Лизосомы чувствительны к из менениям клеточного метаболизма и мембранотропным веществам эн догенного и экзогенного происхождения [166].
Всоответствии с функцией лизосом выделение их ферментов во внеклеточное пространство (мочу) может происходить без нарушения целостности плазматической мембраны эпителиальной клетки путем внутриклеточной секреции и экзоцитоза. Это позволяет предположить, что активность НАГ мочи при патологических состояниях отражает скорее функциональные нарушения почек, чем нарушение клеточных структур нефрона [204].
Вткани почек и моче здорового человека 80-90 % НАГ присут ствует в виде более кислого фермента, в то время как в сыворотке кро ви этот фермент представлен главным образом щелочным изофермен том. Исследование методом ионообменной хроматографии показало преобладание в сыворотке крови НАГ с более высокой изоэлектрической точкой. В моче изофермент существует как форма с низкой изоэлектрической точкой. Соотношение изоферментов НАГ в моче здоро вых людей имеет сходство с почечной тканью, а не с сывороткой крови, свидетельствуя, что НАГ попадет в мочу из тубулярного отдела нефро на, а не при фильтрации через гломерулы [216].
Активность фермента не всегда зависит от его концентрации,
определенной иммунохимическими методами, так как число иммуно логических детерминант нередко не соответствует каталитической ак тивности фермента. В настоящее время существуют колориметриче ские и спектрофотометрический методы определения активности НАГ, обладающие высокой чувствительностью. Созданы флуориметры, поз воляющие проводить анализ в микропланшетах и характеризующиеся высокой производительностью. При респираторной патологии не найдено исследований по определению НАГ.
Влитературе накопилась обширная информация об олигопепти дах средней молекулярной массы, появляющихся в биологических жидкостях и тканях больных при заболеваниях, сопровождающихся патологическим белковым катаболизмом и развитием токсических со стояний.
В1965 г. С. Scribner установил, что за развитие уремической ин токсикации ответственны вещества, проникающие через брюшину при перитонеальном диализе, но задерживаемые целлофановыми мембра нами, т. е. обладающие средней молекулярной массой - от 300 до 5000
30
БОЛЕЗНИ ОРГАНОВ Д^1ХАНИЯ
дальтон. Постепенно стало очевидным, что молекулы средней массы имеют самое непосредственное отношение к патогенезу интоксикаци онного шока, воспалительных болезней легких, выполняя роль неспе цифических маркеров интоксикации. По химической природе группа молекул средней массы неоднородна. В их состав входят около 30 био логически активных пептидов, среди них вазопрессин, окситоцин, глюкагон, кальцитонин, а также полиамины, многоатомные спирты, углеводы. Известные трудности в оценке токсического действия инди видуальных компонентов молекул средней массы связаны с тем, что каждый из них, взятый в отдельности, не проявляет токсических свойств. Предполагается, что токсический эффект обусловлен суммар ным влиянием всех входящих в состав молекул средней массы соеди нений вследствие развития эффектов потенцирования и синергизма.
В.В. Николайчик выделяет 4 механизма, объясняющих токсиче ские свойства пептидов группы молекул средней массы:
1.Суммарное действие высокоспецифических естественных пеп тидных биорегуляторов, присутствующих в аномально высоких коли чествах.
2.Блокирование рецепторов естественных пептидных биорегуля торов пептидами из группы молекул средней массы, имеющими схо жее строение.
3.Неспецифическая модификация пептидами молекул средней массы структурно-функциональных свойств клеточных мембран -
мембранотропное действие.
4. Связывание пептидов группы молекул средней массы с транс портными белками с вытеснением переносимых метаболитов.
Биологические последствия действия молекул средней массы весьма драматичны - нарушение микроциркуляции и гемолиз эритро цитов, угнетение эритропоэза, развитие вторичной иммунодепрессии, угнетение синтеза белка, замедление тканевого дыхания и синтеза АТФ, сопровождающиеся нарушением активного транспорта ионов, исчезновением ионных градиентов на клеточн^хх мембранах и актива цией процессов деструкции клеток [126].
В физиологических условиях 95 % молекул средней массы удаля ется почками путем гломерулярной фильтрации. В условиях патологии накопление молекул средней массы в крови развивается на фоне по вышенной активности тканевых протеаз и не связано с нарушением экскреции молекул средней массы почками. При этом активность экзо
31