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

Важной патофизиологической  особенностью хронического воспаления является локализация очага размножения  патогена и ограниченный контакт иммунной системы с его антигенами. Хронизация патологического процесса сопровождается изменением и цитокинового фона, определяющего величину и направленность действия лимфоцитов, моноцитов, нейтрофилов (Ferrante A., 1999). Так, если общепринятыми медиаторами острого воспалительного (бактериального) процесса являются ИЛ-1 и ФНО-α, то медиаторами подострого и хронического воспаления служат ИЛ-6 и γ-интерферон (Bogdan C., Vodovotz Y., 1997).

Вовлечение лимфоцитов в длительно протекающий воспалительный процесс имеет несколько последствий (Feldman C., 1997). Во-первых, естественные киллеры сами проявляют способность убивать микробы и усиливают бактерицидную активность нейтрофилов. Во-вторых, индуцированная под действием макрофагального ИЛ-12 дифференцировка Th0 в Th1 усиливает участие макрофагов в воспалительном процессе, в частности в формировании гранулематозной реакции. В-третьих, активированные макрофаги проявляют способность подавлять нейтрофилстимулирующую и другие функции лимфоцитов. В-четвертых, лимфоциты способны к костимулирующему действию с цитокинами воспаления по усилению бактерицидности нейтрофилов (Bogdan C., Vodovotz Y., 1997).

Изменение при хроническом  воспалении цитокинового профиля и  клеточного окружения с преобладанием макрофагов формирует и некоторые особенности реакций нейтрофилов на внешние воздействия (Hashimoto S., Kigoshi S., 1993; Fiore M.C., Bailey W.C., 1994). Немаловажны при этом и популяционные изменения среди нейтрофилов в связи с появлением под действием кроветворных факторов в периферическом пуле незрелых нейтрофилов с ослабленной способностью к хемотаксису, дегрануляции и т.д. (Маянский А.Н., Маянский Д.Н. 1991).

 Измененный при  хроническом воспалении цитокиновый  фон характеризуется в большей степени, чем при остром воспалении, проявлением взаиморегулирующих антагонистических связей между цитокинами (Dinarello Ch. A., 2000). И если при остром воспалении говорят о каскадном взаимостимулирующем характере индукции цитокинов, то при хроническом воспалении отмечаются взаимоподавляющие отношения, что способствует более локальному и менее интенсивному течению воспалительной деструктивной реакции, усилению репаративных процессов (Маянский А.Н., Маянский Д.Н., 1991).

 С-реактивный белок,  оказывающий мощное опсонизирующее действие в отношении бактерий, другие острофазные белки вызывают образование мононуклеарными клетками человека в 5-10 раз больше ИЛ-1 РА, чем ИЛ-1β (Абрамов В.В., 1997). Это в свою очередь снижает уровень повреждающего действия активированных нейтрофилов на легкие, почки и другие органы и ткани. В тоже время ИЛ-1 и ФНО-α подавляют синтез некоторых белков острой фазы (фибриногена, гаптоглобина), индуцируемых ИЛ-6 (Griffiths M.J.D., 2001).

Не менее важны активирующие цитокины, источником которых являются Т-лимфоциты и NK-клетки. В этом отношении наиболее изучены γ-ИФ (Абрамов В.В., 1997).  Микробицидная активность активированных при инфекции макрофагов отчасти связана с повышением уровня лизосомальных ферментов и образованием Н₂О₂, но в настоящее время ведущим агентом считается NO^- (Griffiths M.J.D., 2001). Установлено, что антимикробное действие некоторых цитокинов, синтезируемых в макрофагах, опосредуется через активацию синтеза NO^-. Согласно ряду данных, синтез NO^- может быть индуцирован в макрофагах воздействием γ-ИФ или его сочетания с липополисахаридами (Зенков Н.К., Меньщикова Е.Б., 2001).

Таким образом, цитокины выступают  в качестве модуляторов воспалительного процесса в организме человека и регуляторов функции основных клеток-эффекторов воспаления – нейтрофилов (Зенков Н.К., Меньщикова Е.Б., 2001). Цитокины формируют способность, интенсивность и направленность ответа нейтрофилов на патоген, кооперативные взаимоотношения окружающих соединительнотканных и иммунокомпетентных клеток с нейтрофилами. Важно понимать, что для цитокинов, особенно in vivo, характерен костимулирующий и каскадный характер действия на чувствительные клетки, а модулирующее влияние цитокинов на функции нейтрофилов определяется их действующей концентрацией, определяемой присутствием цитокина, его (сывороточных) ингибиторов и наличием рецепторов на клетках (Маянский А.Н., Маянский Д.Н.. 1991). При этом эффект комбинации цитокинов может значительно отличаться от эффекта, присущего для каждого из них отдельно.

1.1.3. Роль прооксидантной и антиоксидантной системы

Респираторный тракт постоянно  подвергается действию кислорода и  других ингалируемых газов -  озона, диоксидов азота и серы, и т.д., обладающих оксидативным эффектом (Bast A., 1999). Значительные количества АМК продуцируют фагоцитирующие клетки (нейтрофилы, моноциты, эозинофилы, базофилы периферической крови, тканевые макрофаги и т.д.) при взаимодействии с возбудителями инфекции, иммунными комплексами или пылевыми частицами (Cabrera C., 1995).

АМК, образуемые фагоцитами, являются важным элементом защиты организма от чужеродных объектов, так как обладают антибактериальными, антипаразитарными, противоопухолевыми свойствами (Биленко М.В., 1989; Bellavite P., Halliwell B. et al., 1999); свободные радикалы принимают участие также в реакциях детоксикации ксенобиотиков, биоэнергетических процессах и т.д.

Таким образом, АМК участвуют во многих физиологических и метаболических процессах в организме (Bellative P., 1988). Однако при патологических состояниях дисбаланс в системе оксиданты-антиоксиданты способствуют развитию “оксидативного стресса”, который обычно выражается в избыточной продукции АМК, что приводит к повреждению биомолекул как собственных, так и окружающих клеток и тканей (Маянский А.Н., Маянский Д.Н., 1989). В настоящее время существуют убедительные доказательства значимой роли оксидативного стресса в развитии ХОБЛ (Болевич С.М., 2000).

Оксидативному стрессу  у больных ХОБЛ могут способствовать инфекции дыхательных путей. Эти  пациенты подвержены им больше, чем  здоровые люди. Прежде всего, инфекции содействуют активации и рекрутированию фагоцитирующих клеток в легкие (Чучалин А.Г., 2001). Микроорганизмы обнаруживаются у больных ХОБЛ даже в ремиссии, и они способны стимулировать продукцию АМК фагоцитами. Бронхи половины пациентов, страдающих ХОБЛ, колонизированы бактериями, принадлежащих к нормальной орофарингеальной флоре (Przewlocka B., Machelska H., 1994; Lancaster T., Stead L., 2001).

В развитии ХОБЛ определенное значение придается ксантиноксидазе (Boota A., Zar H., 1996; Владимиров Ю.А., 1999). Под термином “ксантиноксидаза” объединяют группу из двух близких по структуре, молибден- и железосодержащих нестабильных цитозольных ферментов: собственно ксантиноксидазы (КО) и ксантиндегидрогеназы (КД), локализующихся в большинстве органов (Niewoehner D.E., 1998). Существуют данные о преимущественном нахождении КО в эндотелии капилляров. Ферменты обладают широкой субстратной специфичностью и участвуют во многих окислительных реакциях: метаболизме пуринов (гипоксантина и ксантина) с образованием мочевой кислоты, окислении пиримидинов, жирных кислот, глутатиона, адреналина, дегидрировании НАДФН и НАДН и т.д (Pare P.D., et. al, 1997). В реакции гипоксантина (ксантин) ксантиноксидаза происходит генерация О₂- и пероксида водорода. При наличии в среде ионов металлов переменной валентности в этой реакции идет также вторичное образование НО· или даже синглетного кислорода и индукция процессов ПОЛ (Boota A., Zar H., 1996).

Увеличение КО в легких может  быть связано с окислительным  или опосредованным эластазой превращением КД в КО (Niewoehner D.E., 1998). При взаимодействии производимых ксантиноксидазой кислородных метаболитов с сывороткой образуются хемотаксины для нейтрофилов. Это может рассматриваться в качестве еще одного механизма, ответственного за рекрутирование фагоцитов в легкие (Pauwels R.A., Lofdahl C.G., 1999). В супернатанте БАЛ жидкости больных ХОБЛ обнаружено резкое повышение (в 7-8 раз) кластогенной или ДНК повреждающей активности, генерации супероксида и образования мочевой кислоты по сравнению со здоровыми некурящими лицами. Выявленные изменения связывают с возрастанием активности КО (Pauwels R.A., Lofdahl C.G., 1999).

Роль КО в генерации АМК обуславливается  также способностью повышать уровень свободного железа в плазме крови путем мобилизации его из ферритина (Petty G., Murray J., 1996).

В настоящее время придается  большое значение роли железа в развитии ХОБЛ (Rahman I., MacNee W., 2000). Для инициации реакций свободнорадикального окисления в биологических системах необходимо как присутствие АМК, так и ионов железа, и функции этих двух составляющих взаимосвязаны (Repine J.E., Bast A., 1997). Известно, что перекисное окисление липидов и деградация белков чаще всего происходят при появлении каталитически активного свободного железа (Чучалин А.Г., 2001). Повреждение биомолекул и компонентов клетки с участием ионов железа осуществляется в результате образования АМК и свободных радикалов: супероксида при автоокислении двухвалентного железа кислородом, чрезвычайно реакционноспособных гидроксильных радикалов в реакциях Фентона и Осипова (Кобылянский В.И., 1997).

Обнаружено, что альвеолярные макрофаги курильщиков высвобождают in vitro больше железа, чем клетки некурящих (Ерин А.Н., Скрыпин В.И., 2000). На начальных этапах оно связывается ферритином и другими железотранспортными белками. Однако этот протективный механизм может нарушаться при ХОБЛ, так как со временем белки насыщаются, соответственно, увеличивается количество железа в свободном пуле. Этому процессу способствуют также генерируемые в легких АМК и оксиданты табачного дыма (Lancaster T., Stead L., 2001).

Легочная антиоксидантная защита состоит из энзимных и неэнзимных систем (Jovanovic A., Grbovic L., 1994). Главные энзимные антиоксиданты – супероксиддисмутаза (СОД), каталаза и трипептид глутатион. Витамин E,              β-каротин, витамин С, мочевая кислота, флавоноиды, билирубин – представители неэнзимной антиоксидантной системы.

Концентрация биоантиокислителей в клетке велика, однако зависит  от типа клетки и конкретного ее компартмента. Количество определенного АМК в данном типе клеток определяется, с одной стороны, скоростью его образования, а с другой – скоростью его деградации (Ingi T., Cheng J., 1996; Kanner J., Harel S., 1999). Окислительно-восстановительный (ОВ) статус клетки определяется внутриклеточным соотношением окисляющих и восстанавливающих эквивалентов (Владимиров Ю.А., Азизова О.А., 1996). Нарушение ОВ баланса внутри клетки действием АМК в больших концентрациях вызывает ПОЛ клеточных мембран, разрывы цепей ДНК, уменьшение пула АТФ, снижение интенсивности гликолиза, увеличение концентрации внутриклеточного кальция, деполимеризацию актина, мышечную контрактуру, морфологические изменения плазматической мембраны и, в конечном итоге, гибель клетки (Владимиров Ю.А., Азизова О.А., 1996).

Хотя в целом механизмы действия АМК на клетки и их участие в  процессах внутриклеточной сигнализации еще очень далеки от разрешения, сейчас уже ясно, что тонкий внутриклеточный баланс между окисляющими и восстанавливающими эквивалентами является механизмом регуляции функций клетки (Britton J., Knox A., 1991).

Процессу запуска и развития свободно-радикальной реакции ПОЛ  в организме противостоит система защиты от пероксидазной деградации липидной фазы мембран и липопротеинов (Bokoch G.M., 1994).

Поскольку интенсивность свободно-радикального окисления находится в непосредственной связи со стационарным уровнем супероксидного анион-радикала (Halliwell B., Gutteridge J. M., 1989), системам перехвата этого радикала принадлежит особая роль в осуществлении антиоксидантной защиты организма.

Известно, что глутатион и витамин  С являются главными внутриклеточными антиоксидантами, и их эндобронхиальное содержание значительно превосходит концентрацию в плазме. Концентрация глутатиона в epithelial lining fluid (ELF) примерно в 100 раз выше, чем в плазме (Bast A., 1999).

Оксиданты оказывают  прямое токсическое действие на ключевые структуры легких: соединительную ткань, ДНК, липиды, протеины (Repine J. E., 1997). Оксиданты усиливают синтез гликоконъюгатов слизи эпителиальными клетками (Adams J.D., et al., 1990), нарушают функции ресничек (Feldman C. Et al., 1997). Оксиданты стимулируют формирование тромбоксанов, уменьшают активность сурфактанта, повреждают фибробласты, усиливают эндотелиальную проницаемость (Repine J. E., 1997).

Оксиданты инактивируют ингибиторы протеаз (Choi Y.H., Furuse M., 1994). В ответ на это эластаза разрушает альвеолярные стенки, экстрацеллюлярные мембранные протеины.

Таким образом, оксидативный стресс оказывает разностороннее повреждающее действие практически на все легочные структуры, и выраженность его регулируется состоятельностью антиоксидантных систем (Allescher H.D., 2001).

Основные защитные системы  организма от свободнорадикальных  повреждений можно разделить на три группы: 1) антиоксидантные ферменты – СОД, каталаза, пероксидазы и др.; 2) низкомолекулярные соединения, взаимодействующие с радикалами и образующие малоактивные продукты; 3) комплексоны ионов металлов переменной валентности.

Механизм действия биоантиокислителей основывается на способности легко отдавать электрон свободным радикалам, что приводит к превращению их в более устойчивые соединения (Владимиров Ю.А., 1999). Однако сами они трансформируются в свободные радикалы (аскорбил, токоферил и т.д.) и, следовательно, могут инициировать цепные реакции перекисного окисления (Владимиров Ю.А., Азизова О.А., 1996). СОД, каталаза и ферменты глутатион-редокс-цикла составляют основу антиоксидантной ферментативной защитной системы. Они «прерывают» цепь свободнорадикальных реакций посредством снижения концентраций радикалов инициирующих этот процесс. СОД является основным ингибитором образования O_2-, катализируя реакцию дисмутации O_2- в Н₂О₂ с константой скорости, близкой к диффузионному пределу (Barinaga M., 1994; Bates T.E., Loesch A., 1996; Чучалин А.Г., 2000).

Также неферментные антиоксиданты  способны отдавать электрон для ионов металлов переходной валентности (Fe²⁺, Cu²⁺, Zn²⁺, Mn⁺), входящих в хромопротеины и способные высвобождать восстановленные формы этих металлов из протеидных комплексов. Свободные ионы переходных металлов инициируют и поддерживают свободно-радикальное окисление биополимеров (Владимиров Ю.А., 1999).

В качестве компонентов  системы защиты организма от повреждающего  действия свободных радикалов и  АМК могут выступать низкомолекулярные соединения, имеющие высокие константы скорости взаимодействия с ними (Владимиров Ю.А., 1997). К таким веществам относятся аскорбиновая кислота (витамин С), сульфгидрильные соединения (глутатион, цистеин), этанол, рибоза, глюкоза, маннитол, мочевая кислота, α-токоферол (Conklin J.L., 1998; Colotta F., Re F., 2000).