Автор: Черешнев В. А.

Академик В.А. ЧЕРЕШНЕВ, директор Института экологии и генетики микроорганизмов Пермского научного центра Уральского отделения РАН

На воспалительные процессы сегодня приходится 90- 95% всей патологии, присущей человеку. По последним данным, представленным на Иммунологическом съезде в Стокгольме в 2001 г., даже атеросклероз относится к ним. Поэтому расшифровка механизмов воспаления - фундаментальная общебиологическая проблема, имеющая огромное прикладное значение.

Каждый из нас не раз страдал от тех или иных воспалительных недугов, скажем, банального насморка, холецистита, гастрита, а кому не повезло, и таких тяжелых форм, как воспаление легких. Однако дать определение этому процессу непросто. Современная патофизиология и общая патология утверждают: "Воспаление - типовой фазоразвивающийся патологический процесс, сформировавшийся в процессе эволюции и возникающий в ответ на местное тканевое повреждение".

Сегодня в мире воспалительные процессы изучают на клеточно-молекулярном уровне, что требует "выяснения отношений" между воспалением и иммунитетом - двумя формами защиты организма от любого внедрившегося в него чужеродного агента. Что такое иммунитет? По определению академика Р.В. Петрова, это "способ защиты организма от живых тел и веществ, несущих на себе признаки генетически чужеродной информации". То есть воспаление - это локальный, а иммунитет - глобальный (всего организма) способ защиты.

Если сложный многоклеточный организм уподобить (сравнить) с государством, то иммунная система в нем выполняет функции министерства государственной безопасности и пограничной службы. Она препятствует проникновению микробов и других паразитов через биологические барьеры, а если, тем не менее, это произойдет, дает им решительный отпор. В любом случае поле битвы - очаг воспаления.

Кроме того, иммунная система осуществляет постоянный надзор за благонадежностью отдельных "граждан государства", безжалостно уничтожая зараженные, мутированные и опухолевые клетки, поддерживая тем самым генетический и фенотипический гомеостаз организма.

Такая деятельность иммунной системы обусловлена тем, что организм, состоящий из множества высокодифференцированных клеток, в отличие от социума, не может себе позволить плюрализм действий собственных составляющих. Высший закон для любой клетки - безусловное выполнение генетически детерминированной

стр. 30

Влияние факторов иммунного ответа на эффекторные функции фагоцитов в очаге воспаления.

стр. 31

Действие факторов иммунного ответа в очаге воспаления.

биологической программы, которая определяет ее функцию, как, впрочем, органов и организма в целом. Выходит, иммунная система берет на себя функции не только защиты от внешнего биологического агрессора в виде микробов, гельминтов (паразитических червей), одноклеточных и различных ядов белковой природы, но и цензора правильного выполнения биологической программы отдельными клетками. Нарушители подвергаются уничтожению через механизмы прямого цитолиза (разрушения клеток путем полного или частичного их растворения) со стороны клеток-киллеров: цитотоксичных Т-лимфоцитов (ЦТЛ) или с помощью иммуноцитов, включающих генетическую программу клеточной самоликвидации - апоптоз.

Центральной клеткой иммунной системы являются лимфоциты. Основная их особенность - способность распознавать строго определенную молекулярную детерминанту, общее количество которых превышает 10 ¹⁴ и, как правило, локализовано в структуре различных белков.

Выделяют две основные субпопуляции лимфоцитов: В- лимфоциты, отвечающие за продукцию антител, или иммуноглобулинов (Ig), связывающих антигены и Т- лимфоциты - ЦТЛ и Т-хелперы (последние специализируются на выполнении регуляторных функций, продуцируя при активации широкий спектр гормоноподобных веществ белковой природы - цитокинов, преимущественно контролирующих развитие воспаления и иммунного ответа).

Как соотносятся воспаление и иммунитет? Первым в 1871 г. эту проблему сформулировал великий русский ученый И. И. Мечников (в последствии - почетный член Петербургской АН, нобелевский лауреат). В опытах он обнаружил: лейкоциты, подобно амебам, переваривают различные внедрившиеся тела, чаще всего микробные агенты. В то время считалось, что скопление в месте тканевого повреждения лейкоцитов - показатель только какой-то патологии в организме, а не его реакция на повреждение. Но Мечников решил: такая армия клеток не нужна лишь для того, чтобы свидетельствовать о патологии в организме. И на основе экспериментов пришел к мысли, которую современники сравнивали с гиппократовской: лейкоциты осуществляют защитную реакцию организма. Позднее он установил: за нее отвечают не единичные клетки, а целая система, предназначенная для охраны организма от внедрившегося агента. Их Мечников назвал "клетками- пожирателями".

В ходе дальнейшей работы ученый пришел к выводу: по мере усложнения живых организмов (начиная от амебы и кончая человеком) процесс "пожирания" совершенствуется. Но если у первых защитная реакция совпадает с пищеварением (что бы ни попало внутрь организма, все переваривается), то у более сложно организованных животных (имеющих развитую кровеносную систему и множество специализированных тканей) эти два процесса разделены, в результате чего они быстрее реагируют на внедрение чужеродного агента. Так, у личинки морской звезды ответ надо ждать не менее 12 ч, а у человека он наступает через несколько минут.

В 1891 г. Мечников "клеткам-пожирателям" дал название фагоциты (от греч. "фагос" - "пожираю"). Впоследствии выдвинутая им фагоцитарная концепция была названа "клеточной теорией иммуните-

стр. 32

та". Она сохранила актуальность до сегодняшнего дня, хотя, конечно, всего разнообразия происходящего ученый не предвидел. Поэтому остановимся на том, что накоплено в биологической науке, особенно в иммунологии, после И. И. Мечникова.

ВОСПАЛИТЕЛЬНЫЙ ПРОЦЕСС И ИММУННАЯ РЕАКТИВНОСТЬ

Воспаление, как мы уже говорили, - универсальная, генетически запрограммированная реакция организма на повреждения различной природы. Его суть заключается в концентрации фагоцитов и других защитных факторов в зоне повреждения и ликвидации там биологически агрессивного материала, а также в восстановлении структуры и функций пострадавшей ткани.

Однако чтобы фагоциты выполняли свои функции в отношении микробов, они сами нуждаются в помощи со стороны растворимых опсонинов (белковых стимуляторов фагоцитоза), а также регуляторной поддержки Т-хелперов. Еще до контакта с фагоцитом - точнее, с макрофагом (МФ) - патоген покрывается отдельными белковыми факторами системы комплемента (набор иммунных белков), действующими с малой избирательностью по отношению ко многим видам микробов, а также антигенспецифичным антителам класса G и М (IgG и IgM). Впрочем, первые могут нападать на микроб и непосредственно - через формирование мембраноатакующего комплекса (МАК), повреждающего стенки бактерий.

Но основное действие комплемента - активация фагоцитов и "наводка" их на объекты фагоцитоза. Для этого на фагоцитах имеются комплементсвязывающие рецепторы CR. В свою очередь, фиксированные на поверхности микроба антитела также "метят" микробы, поскольку у фагоцита есть так называемые Fc-рецепторы (FcR), связывающие ориентированные наружу неспецифичные к антигенам Fc- фрагменты антител. Кроме комплемента, в этом процессе могут участвовать и другие малоспецифичные к антигенам гуморальные защитные факторы, например, С-реактивный белок.

В отличие от неспецифических факторов для выработки антиген-специфичных лимфоцитов-эффекторов (одна из форм лейкоцитов) и антител необходим предварительный контакт лимфоидной ткани с антигенами и время (несколько дней) для клональной пролиферации (разрастания) клеток. При этом вначале антиген в лимфоидных органах представляется Т-лимфоцитам антиген-презентирующими клетками (А-клетками), которые чаще всего являются макрофагами или близкими к ним по происхождению дендритными клетками стромального (выполняющими функцию опорных структур) микроокружения лимфоцитов. В процессе иммунного ответа образуются клетки памяти, которые сразу не вступают в "схватку" с антигеном, но они могут в течение длительного времени существовать даже после исчезновения антигена из организма. Эти клетки усиливают выраженность реакции иммунной системы при многократном сокращении времени ее развития в условиях повторного поступления антигена в организм. Этот феномен используется медиками при проведении профилактических вакцинаций.

Повреждающие факторы, в том числе антигенной природы, отличаются большим разнообразием. Поэтому и реакция организма должна быть не шаблонной. Так, в развитии воспаления и иммунной реактивности участвует целый ряд клеток, обладающих функциональными особенностями, что и определяет различные варианты развития иммунной и воспалительной реактивности. Однако это во многом диктуется наличием дифференцировки Т-хелперов, начиная от их малодифференцированных предшественников. Вначале из последних образуются Т-хелперы-0, которые затем могут дифференцироваться в двух альтернативных направлениях - Тх1 или 2. Каждый из них способен на конкурентной основе секретировать строго определенные спектры цитокинов. А они по-разному влияют на выработку В-лимфоцитами тех или иных изотипов антител, обладающих различной функцией, воздействуют на разные типы клеток при активации Тх непосредственно в очаге воспаления. Как правило, воспаление развивается локально, но в его реализации участвуют (конечно, в разной степени) практически все системы организма, прежде всего, иммунная и нейроэндокринная.

Неотъемлемыми участниками воспаления выступают реагирующие на повреждение микрососуды (особенно посткапиллярные венулы, стромальные клетки) травмированного органа, мигрирующие в очаг воспаления лейкоциты, а также факторы системы комплемента и многие другие плазменные белки.

Воспаление включает в себя ряд хорошо известных внешних признаков и микроструктурных изменений. К первым можно отнести отек, боль, гиперемию, локальное или системное повышение температуры, динамические изменения структуры и функции поврежденного органа. Ко вторым - экссудативно- сосудистую реакцию, миграцию в очаг воспаления лейкоцитов с образованием клеточных инфильтратов, а на завершающем этапе - фибробластов и других клеток, участвующих в процессе поствоспалительной репарации или склерозировании поврежденных тканей.

По динамике развития острого, неосложненного развитием инфекции воспаления можно выделить несколько последовательных стадий, которые четко фиксируются в экспериментах на животных. Первая из них - тканевая альтерация, или повреждение. Она инициирует реакцию эндотелия посткапиллярных венул и системы гемостаза, что в течение нескольких минут провоцирует развитие экссудативно-сосудистой реакции. Во второй стадии воздействие микробного антигена способствует миграции и последующей активации полиморфно-ядерных лейкоцитов, преимущественно нейтрофилов: начало - через 25-40 мин, максимум - через 3-6 ч. Это протекает при включении в процесс

стр. 33

системы комплемента, иммуноглобулинов, многих острофазных белков и некоторых других сывороточных факторов. Действие этих механизмов направлено на элиминацию антигена. На пике нейтрофилзависимой фазы начинается миграция мононуклеаров - моноцитов (одной из форм лейкоцитов) и лимфоцитов. Первые дифференцируются в очаге воспаления в макрофаги, и примерно через сутки мононуклеары становятся доминирующими клеточными элементами инфильтрата. Эта стадия завершается окончательной стерилизацией очага воспаления, его очисткой от продуктов тканевого распада. Тогда же развиваются репаративные (ликвидационные) процессы, на заключительной стадии приобретающие доминирующее значение.

Миграция фибробластов в очаг воспаления начинается через 1- 3 суток от момента альтерации, еще через 2-3 суток происходит активное формирование ими коллагеновых волокон и других составляющих экстраклеточного матрикса. Все эти процессы в конечном счете приводят к полной регенерации или рубцеванию поврежденной ткани.

Продолжительность и выраженность отдельных фаз воспалительного процесса зависит от характера повреждения и сопутствующих ему условий, включая развитие иммунодефицита.

Несмотря на универсальность основополагающих механизмов воспаления в каждом конкретном случае, процесс уникален по своим проявлениям. Индивидуальные особенности воспаления зависят от его локализации в различных органах, характера этиологического фактора, фенотипических и генетических свойств вторгшегося макроорганизма, соотношения длительности и выраженности отдельных фаз и частных механизмов, лежащих в его основе.

По степени включенности в процесс различных противовоспалительных механизмов его можно подразделить на два альтернативных варианта: экссудативно- деструктивное, или гнойное воспаление, и продуктивное, или пролиферативно-клеточное. Определяющее влияние в первом случае оказывают обладающие выраженным флогогенным (воспалительно-повреждающим) потенциалом нейтрофилы, а также функционально связанные с ними система комплемента и иммуноглобулины (особенно класса G, точнее, их основного подкласса IgGI). Во втором случае гнойная реакция гораздо менее выражена, а преобладающим клеточным элементом инфильтрата служат мононуклеары (моноцитаты-макрофаги и лимфоциты), в некоторых случаях (например, при реакции ткани на гельминты или их личинки) - эозинофилы.

Развитие экссудативно-деструктивного воспаления, как правило, ассоциируется с агрессией быстроразмножающихся во внеклеточной среде гноеродных бактерий. В свою очередь, на облигатное (постоянно встречающееся) заражение внутриклеточными патогенами обычно протективной и доминирующей формой ответа является развитие продуктивного или пролиферативно-клеточного воспаления при преимущественном задействовании "воспалительных" макрофагов и функционально кооперирующихся с ними Т- лимфоцитов и нормальных клеток-киллеров. При этом последние способны атаковать видоизмененные клетки без предварительного иммунного ответа. Вовлечение в процесс воспаления многих типов клеток, субклеточных элементов и органных систем предопределяет формирование сложных механизмов регуляции воспалительной и иммунной реактивности как на местном, так и организменном уровне.

По продолжительности воспалительный процесс бывает острым (до одного месяца), подострым (от трех до шести месяцев) и хроническим. В последнем случае происходит консервация механизма альтерации, скажем, в виде пролонгированного инфицирования поврежденной ткани. В свою очередь, хроническое воспаление может иметь рецидивирующее, торпидное (вялая форма) или прогредиентное (постоянно прогрессирующее) течение.

При пролонгации воспалительного процесса нередко происходит трансформация различных его проявлений по времени и послойной локализации. Так, при обострении вялотекущего, продуктивного воспаления развитие идет в экссудативно-деструктивном направлении, а в структуре сформировавшегося абсцесса выделяется ряд слоев с несхожими морфолого-функциональными характеристиками.

Классические варианты воспаления, по своей сути, являются локальными процессами, биологическая сущность которых сводится к концентрации жизненных ресурсов и защитных факторов организма в зоне тканевого повреждения. Реализуется эта функция "запуском" программы стресса нейроэндокринной системой, а также изменениями регенеративных потенций костного мозга и лимфоидных органов, синтезом белков острой фазы в печени и т. д.

Системная реакция при локальном повреждении обеспечивает не только приоритетное поступление в очаг воспаления необходимых клеточных и гуморальных факторов, но и способствует нейтрализации в кровотоке инфектов (зараженных объектов), токсичных продуктов тканевого распада, а также протективных в очаге воспаления различных биологически агрессивных факторов.

Как уже было сказано, иммунная система отвечает за сохранение генетического гомеостаза организма. Согласно концепции, сформулированной академиком Р. В. Петровым, иммунная система, подобно органам чувств, является своеобразным сканером поступающей в организм информации - она проверяет биологические объекты внутри организма на наличие чужеродности. В случае обнаружения "чужих" антигенов, она их запоминает, анализирует и отвечает на их воздействие поступлением в очаг воспаления антигенспецифичных Ig- и Т-лимфоцитов.

стр. 34

Этапы развития острого воспаления.

стр. 35

стр. 36

стр. 37

Таким образом, иммунная система, наряду с центральной нервной системой, еще один механизм, дополняющий (на основе приобретенного опыта) генетически детерминированную программу поведения организма. Однако аналитическая деятельность иммунной системы протекает вне рамок нашего сознания.

При повреждении обе системы работают кооперативно, способствуя развитию адаптационного процесса, мобилизующего ресурсы организма для устранения самого повреждающего фактора и последствий его воздействия. При этом, подобно центральной нервной системе, иммунная система формирует морфолого-функциональную доминанту, ядром которой выступают антиген-специфичные клоны Т- и В- лимфоцитов.

Объектами регуляторных эффектов иммунной системы являются все важнейшие органы, но наиболее тесный и многоплановый контакт она имеет с нейроэндокринной системой. С последней она интегрируется в единую иммунонейроэндокринную суперсистему, в которой при выраженном воспалительном процессе основным связующим элементом различных регуляторных систем служат некоторые длиннодистантно действующие цитокины (например, ИЛ-1 или ИЛ-6), фактор некроза опухолей и т.д.

Влияние иммуноцитов на нервную систему осуществляется не только через цитокины, но и через ряд гормонов (в том числе, большинство тропных гормонов гипофиза), эндорфины, нейромедиаторы и другие. В той или иной степени иммунотропными эффектами обладают почти все гормоны и многие нейромедиаторы, выделяющиеся периферическими нервами. В небольших количествах ряд провоспалительных цитокинов продуцируются нейронами и клетками макроглии и микроглии непосредственно в центральной нервной системе. Толчком для их "производства" может явиться не только существенное тканевое повреждение, но и сильная психогенная травма.

ЭВОЛЮЦИОННЫЕ АСПЕКТЫ ФОРМИРОВАНИЯ ИММУННОЙ СИСТЕМЫ

Иммунная система - главный противовоспалительный механизм и наиболее уязвимая система в условиях иммунодефицита. Следует отметить, что у млекопитающих она является конечным результатом длительного эволюционного процесса. Уже у примитивных беспозвоночных обнаруживаются специализированные фагоциты - амебовидные клетки, распознающие объекты фагоцитоза с помощью контактных рецепторов. Эти клетки при участии опсонинов (белковых стимуляторов фагоцитоза) способны одновременно связываться с фагоцитом, с одной стороны, и микробом - с другой.

Базисными механизмами воспалительного процесса прежде всего являются факторы системы палеоиммунитета: фагоциты крови и тканей, эндотелий посткапиллярных венул, системы комплемента и гемостаза, острофазные и антибиотико-подобные белки, другие антигеннеспецифичные защитные организмы.

У беспозвоночных животных такие механизмы способны эффективно осуществлять иммунную защиту организма. Система палеоиммунитета у имеющих гораздо более сложную организацию животных не способна самостоятельно решить эту задачу. Прежде всего, это касается противодействия быстро эволюционирующей патогенной микрофлоры. Поэтому появление антигенспецифичной системы неоиммунитета у позвоночных можно рассматривать как продукт кризиса взаимоотношений между макро- и микроорганизмами в период кембрийского эволюционного взрыва (примерно 350 млн. лет тому назад). Формирование лимфоидных органов явилось адекватным ответом на данный вызов, обеспечивший выживание высокоорганизованных организмов.

Внедрение в геном макроорганизмов вирусных рекомбиназ позволило "перетасовывать" генетические сегменты вариабельных генов Ig- и Т-клеточного рецептора, и тем самым образовывать и клонально закреплять огромное множество вариантов этих генов, изначально не закодированных в зиготе. Как установлено в последнее время, теоретически возможное количество антигенспеци-фичных клонов лимфоцитов составляет примерно 10 ¹⁸ вариантов. По сути это позволяет иммунной системе распознавать практически любой антиген.

Систему неоиммунитета можно рассматривать в качестве надстройки над системой палеоиммунитета. Это можно сделать, во-первых, потому, что антитела и иммунокомпетентные эффекторные клетки сформировались в результате эволюционных метаморфоз тех или иных факторов палеоиммунитета и, во-вторых, они всегда в качестве звена усиления действуют в очаге воспаления в кооперации с зависимыми от них базовыми механизмами палеоиммунитета. В процессе развития происходила кооперация антигенспецифичных и антигеннеспецифичных механизмов.

Вследствие этого резко усложнились регуляторные механизмы, обеспечивающие взаимосвязь иммунной и других, прежде всего нейроэндокринной, систем организма. При этом формирование единого иммунонейроэндокринного регуляторного комплекса стало вершиной развития биоинформационных систем.

У человека эффективность ликвидации воспалительного процесса зависит от степени кооперативной взаимосвязанности антигенспецифичных факторов неоиммунитета и эволюционно более древних, но менее специфичных механизмов палеоиммунитета как в очаге воспаления, так и всего организма.

Иллюстрации предоставлены автором

Постоянный адрес данной публикации: