Оксид азота и биоцидность фагоцитов крови и легких в патогенезе хронических обструктивных болезней легких

1.1.1. Роль фагоцитов крови и  легких в патогенезе ХОБЛ

Хроническому воспалению принадлежит особая роль в патогенезе хронических обструктивных болезней легких (ХОБЛ) (Болевич С.М., 1993). С одной стороны, хроническое воспаление – универсальная реакция на воздействие всех известных (и предполагаемых) факторов риска, с другой – главная причина всех функциональных и морфологических проявлений ХОБЛ – умеренная дыхательная недостаточность, бронхоконстрикция, фиброз, гипертрофия желез и хроническое повышение тонуса гладкой мускулатуры (Burney P., 1993). В воспалительном процессе участвуют нейтрофилы, макрофаги, эозинофилы, лимфоциты, тучные клетки и др. Наибольшее значение придается фагоцитирующим клеткам, обладающим мощными специализированными системами генерации АМК (De Flora S., Izzorri A., 2001). Преимущественная локализация хронического воспаления, характер его течения определяют индивидуальность ХОБЛ, скорость его прогрессирования, свидетельствуют об адекватности терапии и являются важным прогностическим фактором (Чучалин А.Г., 2001).

Практически все клеточные  элементы респираторной системы  под влиянием этиологических факторов активируются и участвуют в воспалительной реакции, которая по сути своей является результатом клеточной кооперации (Шмелев Е.И., 1998). Но в сложной иерархии межклеточных взаимоотношений, происходящих в разные фазы воспаления, ключевая роль принадлежит нейтрофилам (Thompson W.H., Nielson C.P., 2001). В норме вся популяция зрелых нейтрофилов условно делится на циркулирующий пул и краевой пул, т.е. клетки, находящиеся в депо. Одним из важных мест депонирования нейтрофилов являются посткапиллярные венулы легких (Thompson W.H., Nielson C.P., 2001).

Факторы риска ведут  к 10-кратному увеличению содержания нейтрофилов в дистальных отделах респираторной системы (MacNee W., 1997). Нейтрофилы, имея средний диаметр 7,03 мкм, постоянно преодолевают микроциркуляторные сегменты альвеол, диаметр которых в среднем равен 5 мкм (Weibel E.R., 1984), т.е. меньше, чем диаметр нейтрофила. В среднем путь каждого нейтрофила от артериолы к венуле состоит из преодоления 60 капиллярных сегментов. При этом каждая альвеола содержит около 1000 капиллярных сегментов (MacNee W., 1997).

Скорость преодоления  капиллярного ложа в значительной мере зависит от способности нейтрофилов  к изменению формы, т.е. деформабильности. Под влиянием курения происходит полимеризация актина нейтрофилов, что существенно снижает их деформабельность (Drost E. et al., 1993). При этом задерживающиеся в капиллярах нейтрофилы окружены очень малым количеством плазмы, несущей антиоксидантный и антипротеолитический потенциал, что создает условия для патогенного действия нейтрофилов (Halliwell B., 1998).

Одновременно с этим механизмом включается следующий, определяемый эндотелием сосудов (Stone J.R., 1995). Под влиянием воспалительных медиаторов (гистамин, фактор активации тромбоцитов, фактор некроза опухоли, интерлейкин-1 b) усиливается экспрессия адгезивных молекул (P и E селектинов) на эндотелиальных клетках, что ведет к адгезии нейтрофилов к сосудистой стенке с помощью специальных рецепторов (Howarth P.H., 1997). После прикрепления к эндотелию нейтрофилы мигрируют через пространства между эндотелиальными клетками, которые увеличиваются под влиянием медиаторов воспаления (Howarth P.H., 1997). Направленность движения нейтрофилов определяется различными хемоаттрактантами, самым сильным из которых является интерлейкин-8 – ИЛ-8 (Stockley R.A., 1998). Помимо ИЛ-8 - хемоаттрактантами для нейтрофилов служат LT-B4, фактор активации тромбоцитов, C5 и никотин (Repine J.E. et al., 1999).

Нейтрофилы, проникая в межклеточное пространство, в полной мере проявляют свой патогенный потенциал (Kesten S., Chapman K.R., 1993). Наряду с выделением ряда противовоспалительных медиаторов, обладающих хемотаксическим действием для других нейтрофилов (ФАТ, LT-B4, 12-HETE, вазоактивные простагландины E₂ и F_2A), нейтрофилы выделяют ряд субстанций, обладающих мощным деструктивным потенциалом, распространяющимся практически на все молекулярные компоненты тканей: липиды, белки, нуклеиновые кислоты. Это, в первую очередь, нейтральные протеазы (эластин) и кислородные радикалы (Rennard S., 1999; Stockley R.A., 1998). Помимо этого, катионные белки и a-глюкорунидаза нейтрофилов обладают цитопатогенным действием. В норме весь этот комплекс патогенных компонентов направлен на разрушение чужеродных субстанций, попавших во внутреннюю среду. Но под влиянием факторов риска ХОБЛ запускается механизм (описанный выше), извращающий защитное действие нейтрофила (Last, J.A., Sun, W.-M., 1999).

В условиях гигантского скопления  нейтрофилов в капиллярной сети альвеол, где местный антипротеазный потенциал, определяемый плазменными факторами, быстро истощается, происходит разрушение структурных элементов альвеол и формирование эмфиземы (Lefer, D.J., Ma, X.-L., 1993). В первую очередь разрушаются участки альвеолярных стенок, которые прикреплены к терминальным бронхиолам. Помимо этого, экзогенные оксиданты и другие компоненты табачного дыма (O₃, OH, H₂O₂, NO, HOCL₂) могут инактивировать               a₁-антипротеазный ингибитор (Garthwaite J., 2001), тем самым, усугубляя локальный дефицит антипротеаз. Помимо этого, эластаза разрушает эпителиальные клетки, ведет к метаплазии бокаловидных клеток (Rennard S., 1999).

Второй очень важный элемент  патогенного воздействия нейтрофилов  – выделение непомерно большого (превышающего физиологические потребности) количества свободных радикалов, обладающих мощным повреждающим действием (MacNee W., 1997).

В мокроте, БАЛ жидкости и биоптатах  больных ХОБЛ содержится  повышенное количество нейтрофилов. Аккумуляции клеток могут способствовать следующие причины. В сосудах легких больных ХОБЛ отмечается повышение уровня циркулирующих E-селектинов и внутриклеточных адгезивных молекул, увеличивающих прилипание нейтрофилов к эндотелию (Drost E., et al, 1993). Как упоминалось выше, процессы агрегации, адгезии клеток сопровождаются усилением окислительного метаболизма и генерацией АМК. Оксиданты, в свою очередь, снижают деформируемость и, соответственно, могут повысить секвестризацию нейтрофилов в мелких кровеносных сосудах легких (Higgins M.W, 1989). Активированные нейтрофилы могут вовлекать альвеолярные макрофаги, эпителиальные и другие клетки легких в продукцию интерлейкина-8 (IL-8) (MacNee W., 1997). В нейтрофилах некоторых пациентов ХОБЛ были увеличены хемотаксис, протеолитическая и миелопероксидазные активности in vitro. Показано, что образование О₂^- циркулирующими нейтрофилами больных ХОБЛ коррелирует с бронхиальной гиперреактивностью, но другими авторами выявлено усиление генерации супероксида при острой инфекции (Rahman I. T. et al., 1996).

Альвеолярным макрофагам в связи  с локализацией и наличием сильных эффекторных свойств отводится центральная роль в развитии ХОБЛ (Сидорова Л.Д., 2001). Эти фагоциты дифференцируются из моноцитов, рекрутированию которых способствуют активированные нейтрофилы, фрагменты эластина и т.д.

1.1.2. Цитокины в патогенезе воспаления при ХОБЛ

Нейтрофилы являются основными  клетками-эффекторами воспалительной защитной реакции организма человека. Среди молекул, регулирующих функции нейтрофилов, в последнее время пристальное внимание привлекают эндогенные медиаторы – цитокины (Гарбузенко Т. С., Потапнев М. Н., 1998).

Цитокины – низкомолекулярные  белковые регуляторные вещества, продуцируемые клетками и способные модулировать их функциональную активность (Величковский Б.Т., 1998). В физиологических условиях их спектр в крови сравнительно узок, а регуляторное действие ограничено специфическими ингибиторами. При стрессе и патологических состояниях (антигенное воздействие, микробная инвазия, воспаление, повреждение тканейи т.д.) расширяется количественный и качественный состав цитокинов, обладающих как местной (ауто- и паракринная), так и дистантной (гормональная в собственном смысле этого слова) регуляторной активностью (Гарбузенко Т. С., 1998). Существенно, что данный процесс имеет каскадный характер: выброс интерлейкина-1 (ИЛ-1) инициирует продукцию интерлейкина-2 (ИЛ-2) и интерлейкина-6 (ИЛ-6), ИЛ-2 в свою очередь вызывает продукцию фактора некроза опухоли (ФНО) и т.д. (Зайчик А.Ш., 1999). Широкий спектр биологической активности, проявляющийся при низких концентрациях, позволяет цитокинам не только влиять на клетки системы иммунитета, но и опосредованно влиять на взаимодействие последних с другими клеточными популяциями (Маянский Д.Н., 1991). Важное значение нейтрофилов в противоинфекционной и противоопухолевой защите организма, их положение на стыке систем иммунитета и неспецифической резистентности, а также их роль в формообразовательных и регенераторных процессах позволяют суммировать данные о действии цитокинов на эти клетки (Campbll P.A., 1990).

Локальная деструкция тканей в результате повреждения ведет к локальному протеолизу белков и появлению пептидов, являющихся хемоаттрактантами для нейтрофилов (Кетлинский С.А., 1998). Вместе с тем, воздействие микрочастиц и бактерий (включая их токсины и формил-пептиды) на клетки слизистых оболочек дыхательных путей, подлежащей соединительной ткани, вызывает продукцию клетками цитокинов, которые стимулируют воспалительный процесс (Cassatella M.A., Meda L., 1994). Одним из наиболее важных цитокинов воспаления считают интерлейкин-8 (ИЛ-8/NAP-1), относяйщийся к α-суперсемейству хемокинов и обладающих способностью выступать в качестве хемоаттрактанта для нейтрофилов, быстродействующего активатора нейтрофилов и фактора, задерживающего нейтрофилы в кровеносных сосудах (посткапиллярных венулах) у мест повреждения (Bult H., Boeckxstaens G.E., 2000).

Локальная продукция ИЛ-1, фактора  некроза опухоли α (ФНО-α), гранулоцитарно-макрофагального колониестимулирующего фактора, гранулоцитарного колониестимулирующего фактора, тромбоцитактивирующего фактора макрофагами и фибробластами, а также активированными эндотелиальными клетками стенок кровеносных сосудов создает тот цитокиновый фон, который наряду с патогеном вызывает цепь событий, ведущих к миграции нейтрофилов из кровеносного русла и формированию очага острого воспаления (Cemerlic D., Dadey B., 1991). При этом в качестве хемоаттрактантов для нейтрофилов выступают также формилпептиды (как правило, бактериального происхождения).  Важным для понимания роли цитокинов является то, что в цельной крови они не вызывают ответа нейтрофилов, но выступают  в качестве мощных костимуляторов после воздействия на нейтрофилы активирующих агентов (Калинина Н.М., 1998). Инициирующим моментом миграции нейтрофилов из кровеносных сосудов в очаг повреждения (как правило, под действием ИЛ-1, бактериального липополисахарида, тромбина, гистамина) служит появление (или повышение экспрессии) на поверхности эндотелиальных клеток кровеносных сосудов молекул адгезии семейства селектинов – P-селектина и E-селетина (Маянский Д.Н., 1991).

Аналогичные адгезивные молекулы на поверхности нейтрофилов           (L-селектина) присутствуют до момента начала их трансмиграции через слой эндотелиальных клеток, затем они быстро (в течение 3-4 мин) слущиваются (вследствие шеддинга) для предотвращения прикрепления нейтрофилов к эндотелиальным клеткам (Ляшенко В.А., 1989). Этому способствуют также другие цитокины воспаления. Активированные нейтрофилы секретируют растворимые молекулы (среди них - лактоферрин), которые вызывают появление на поверхности эндотелиальных клеток P-селектина (Ляшенко В.А., 1995). Мигрирующие к очагу повреждения нейтрофилы находятся под воздействием цитокинов, вызывающих экспрессию на их поверхности адгезивных молекул семейства β₂-интегринов. При этом фосфорилирование CD18-субъединицы молекулы является важным для изменения конформационной структуры и повышения авидности CD3, обуславливающего адгезивность нейтрофилов (Калинина Н.М., 1998).

Появляющиеся в очаге  повреждения (воспаления) нейтрофилы, характеризуются сниженной чувствительностью к стимулирующему действию экзогенных цитокинов воспаления, при этом, как правило, усиливается чувствительность к продуктам патогенеза за счет повышенной экспрессии CD14 (Копьева Т.Н., Бармина Г.В., 1992; Denis M., Ghadirian E., 2000). Одновременно наблюдается усиление адгезивных свойств нейтрофилов, что ведет к фагоцитозу патогена; дегрануляция нейтрофилов, сопровождающаяся выбросом в фагосомы или во внешнюю среду протеолитических ферментов (Маянский Д.Н., 1991), формирование аутокринного пути регуляции активности клеток. Роль цитокинов на данном этапе жизнедеятельности нейтрофилов приобретает двойственный характер (Bogdan C., Vodovotz Y., 1997). С одной стороны, они выступают в качестве факторов, вызывающих дальнейшую активацию (гиперактивацию) нейтрофилов, что чревато истощением функциональных возможностей клеток. В связи с этим активированные нейтрофилы теряют рецепторы (связанные?)  к цитокинам, регулируя, таким образом, степень чувствительности к ним (Dapino P., Dallegri F., Ottonello L., 1996). Появление таких «растворимых» рецепторов часто отмечается при патологических состояниях, при этом они выступают в качестве «ловушек» для цитокинов, регулируя, таким образом, уровень цитокинового воздействия на чувствительные клетки (Маянский Д.Н., 1991).

С другой стороны, цитокины поддерживают жизнеспособность (удлиняют жизнь нейтрофилов in vitro в 2-3 раза) и предотвращают апоптоз нейтрофилов, что продемонстрировано для ИЛ-1β, гранулоцитарно-макрофагального колониестимулирующего фактора, гранулоцитарного колониестимулирующего фактора, γ-интерферона, ИЛ-2. Цитокинобразующая функция нейтрофилов, как и остальных лейкоцитов, служит для аутокринного и паракринного регуляторных взаимодействий с окружающими клетками (Меньшикова Е.Б., Зенков Н.К., 2001).

Продукция цитокинов  может быть вызвана экзогенными  активаторами нейтрофилов (бактериальными липополисахсридами, формилпептидами, зимозаном) и при фагоцитозе микробных частиц (De Flora S., Izzorri A., 1991). В качестве индукторов синтеза нейтрофилами цитокинов могут выступать лейкотриены и сами цитокины.

Описан и функциональный путь блокады действия цитокинов  воспаления на нейтрофилы со стороны  противовоспалительных цитокинов (Denis M., 1991). Так, нейтрофилы, стимулированные под действием, липополисахарида, продуцируют не только ИЛ-1β, но и «антогонист» рецептора ИЛ-1β (ИЛ-1РА), способный связывать цитокин без проведения активирующего сигнала внутрь клетки (Bogdan C., Vodovotz Y., 1997).

Важная функция цитокинов  в очаге воспаления (обычно в месте  появления инфекционного агента) – обеспечение способности нейтрофилов максимально реализовывать свою антимикробную функцию (Dinarello Ch. A., 2000).