Представление о воспалении были известны уже древним врачам. Термин inflammatio - воспаление возник в Древнем Риме. Признаки, внешние проявления воспалительной реакции были описаны римским энциклопедистом Цельсом. Он назвал 4 признака воспаления: краснота (rubor), припухлость (tumor), местный жар(color), боль (dolor). Пятый признак назвал Гален - это нарушение функции - functio laesa. Однако, несмотря на то, что описание воспаления было сделано в столь древние времена, понимание сути воспаления еще до сих пор не до конца раскрыто. Существовало и существует множество теорий, концепций объясняющих этот сложнейший процесс.
ТЕОРИИ ВОСПАЛЕНИЯ. Гиппократ представлял воспаление как защитную реакцию, которая предотвращает распространение вредного для организма фактора на весь организм. В 18 веке английский ученый Джон Буттер выдвинул основополагающее определение воспалительной реакции: “Воспаление - это реакция тканей на повреждение”.
· Известно представление Вирхова о воспалении. Им создана так называемая нутритивная теория (nutritio - питание) воспаления. Его теория объясняла происхождение повреждений в клетках, тем что клетки приобретают чрезмерную способность поглощать питательные вещества и в результате возникают повреждения по типу различных дистрофий. Нутритивная теория не имела успеха и довольно быстро ее сменила
· Сосудистая теория, которая принадлежала Конгейму. Конгейм первый изучи нарушения кровообращения в очаге воспаления на различных объектах: на языке лягушки, на брыжейке, ухе кролика, и считал эти сосудистые реакции основополагающими в развитии воспаления.
· Совершенно новый подход к пониманию воспаления связан с именем Мечникова И.И. который создал теорию, которая получила название биологической. Он считал главным в развитии воспаления фагоцитоз - клеточную реакцию, направленную на уничтожение повреждающего агента. Заслуга Мечников в том, что он изучил эту реакцию, в ходе эволюции начиная с простейших, одноклеточных организмов. У одноклеточных функции питания и защиты едины: одноклеточное поглощает питательные вещества и поглощает повреждающий фактор и переваривает его если не способно переварить, то погибает. У многоклеточных функцию защиты осуществляет специальные клетки мезенхимального происхождения. Эта функция также представляет собой внутриклеточный процесс переваривание, фагоцитоз. А с развитие кровообращения эту функцию выполняют лейкоциты. Мечников разделил фагоциты на микрофаги (нейтрофилы) и макрофаги (моноциты).
· Иммунологическая теория возникла в связи с открытием антител и рассматривает воспаление как проявление иммунитета.
· В 30-х годах нашего века возникла физико-химическая теория воспаления Хозе. Он изучил изменения в тканях, которые сопровождаются ацидозом, гиперкапнией. Вот эти явления он и считает сутью воспаления.
· Следующая теория связана с именем американского ученого Менхима. Он открыл медиаторы воспаления. Из воспалительного экссудата были выделены более 10 биологически активных веществ, поэтому его теория называется биохимической. Каждому из этих веществ Менхим определил специфическую функцию. Так, например, им был выделен “некрозин”, вызывающий некроз ткани, “пиренхим” повышавший температуру тела, лейкотаксин - фактор хемотаксиса, притягивающий лейкоциты и т.д. Однако более поздние исследования показали что медиаторы выделенные Менхимом были недостаточно хорошо очищены, поэтому большинство называния отпало, возникли другие представления о медиаторах.
Воспалительных болезней чрезвычайно много, они различны по тяжести, клиническим проявлениям.
Итак, воспаление - это местная реакция тканей на повреждение, которая характеризуется нарушением микроциркуляции, изменением реакции соединительной ткани и элементов системы крови. Реакция направлена на ограничение, локализацию очага повреждения, уничтожения повреждающего фактора и восстановление повреждающей ткани. Организм жертвует часть ради сохранения целого.
Причинами воспаления могут быть самые разнообразные факторы: механические повреждения, физические факторы, такие как гипертермия, ожоговая болезнь, действие низких температур, химически повреждающие агенты, но главным фактором все же являются инфекционные агенты. Как правило, первично воспаление вызывается химическими, механическими, физическими факторами, а вторично присоединяется инфекция. Особое место занимает аллергическое воспаление, где повреждающим фактором является комплекс антиген-антитело.
ПАТОГЕНЕЗ. Не смотря на многообразие факторов, вызывающих воспалительную реакцию ответ на повреждение - закономерности, которые происходят в тканях однотипны. Они представлены единством трех основных явлений:
1. Альтерация (повреждение)
2. Экссудация (нарушение микроциркуляции)
3. Пролиферация (восстановление поврежденных тканей).
Все эти явления взаимосвязаны, идут параллельно, поэтому мы говорим не о 3-х стадиях, а о 3-х явлениях.
АЛЬТЕРАЦИЯ. Различают альтерацию первичную и вторичную. Первичная альтерация возникает в ответ на действие повреждающего фактора. Вторичная альтерация возникает в динамике воспалительного процесса и обусловлена в основном нарушениями кровообращения. Проявления альтерации:
· нарушение биоэнергетических процессов в тканях. Отвечают на повреждение все элементы поврежденной ткани: микроциркуляторные единицы: артериолы, капилляры, венулы, соединительная ткань - волокнистые структуры и клетки соединительной ткани, тучные клетки, нервные клетки. Нарушение биоэнергетики в этом комплексе проявляются в снижение потребности кислорода тканью, снижается тканевое дыхание. Повреждение митохондрий клеток является важнейшей предпосылкой для этих нарушений. В тканях преобладает гликолиз. В результате возникает дефицит АТФ, дефицит энергии. Преобладание гликолиза ведет к накоплению недоокисленных продуктов: молочной кислоты, возникает ацидоз. Развитие ацидоза в свою очередь приводит к нарушению активности ферментных систем, к дезорганизации метаболического процесса. Повреждение клеток носит летальный, необратимый характер.
· Нарушение транспортных систем в поврежденной ткани. Это связано с повреждением мембран, недостатком АТФ, необходимой для функционирования основной транспортной системы - калиево-натриевого насоса. Универсальным проявлением повреждения любой ткани всегда буде выход калия из клеток, и задержка в клетках натрия. С задержкой натрия в клетках связано еще одно тяжелое или летальное повреждение - задержка в клетках воды, то есть внутриклеточный отек. Выход калия ведет к углублению процесса дезорганизации метаболизма, стимулирует процессы образования биологически активных веществ - медиаторов.
· Повреждение мембран лизосом. При этом высвобождаются лизосомальные ферменты. Спектр действия лизосомальных ферментов чрезвычайно широк, фактически лизосомальные ферменты могут разрушать любые органические субстраты. Поэтому при их высвобождении наблюдаются летальные повреждения клеток. Кроме этого лизосомальные ферменты, действуя на субстраты, образуют новые биологические активные вещества, токсические действующие на клетки, усиливающие воспалительную реакцию - это лизосомные флогогенные вещества. Медиаторы воспаления действуют в основном на микроциркуляторное русло. Большинство медиатором дают сосудистые реакции. Образующиеся медиаторы влияют также и на подвижные клетки крови, о которых говорил Мечников, они стимулируют их выход из кровеносного русла в очаг воспаления, стимулируют хемотаксис. С этими эффектами и связана дальнейшая динамика воспалительного процесса. Проявления нарушения микроциркуляции можно отнести и к первичной альтерации и к вторичной альтерации. Медиаторов на сегодняшний момент известно огромное количество, поэтому они объединены в различные группы.
Классификация медиаторов. Медиаторы классифицируются по химическим особенностям, по времени действия (первого порядка - сразу в ответ на повреждение или более длительно отсроченные эффекты). Различают 3 группы медиаторов:
1. Локальные или местные медиаторы, то есть образующиеся в месте повреждения. Структуры поврежденных тканей являются источником местных локальных медиаторов.
2. Циркулирующие (колликвативные) медиаторы, синтезируются из неактивных предшественников.
3. Промежуточные медиаторы. Их источников являются лейкоциты, которые входят в очаг воспаления и высвобождают медиаторы.
Локальные медиаторы. Универсальные показателем повреждения любой ткани является дегрануляция тучных клеток соединительной ткани. Тучные клетки называют “биохимическими лабораториями" ткани, так как они содержат большое количество биохимические активных веществ. При повреждении происходит выброс этих веществ (дегрануляция). И главным медиатором, высвобождающимся при дегрануляции является гистамин - локальный, местный медиатор. Эффекты гистамина: расширение сосудов микроциркуляторного русла, повышение проницаемости микрососудов. Второй локальный медиатор - серотонин. Он тоже может выделяться из тучных клеток, но главным источником серотонина является тромбоциты, из гранул тромбоцитов высвобождается серотонин. Эффекты серотонина не столь однозначны и меняются в зависимости от количества. В обычных физиологических условиях серотонин является вазоконстриктором, вызывает пролонгированный спазм сосудов, повышает тонус сосудов. В условиях воспалительного очага количества серотонина резко возрастает. В высоких концентрациях серотонин является вазодилататором, расширяет сосуды, повышает проницаемость, причем повышение проницаемости в 100 раз более эффективная по сравнению с гистамином. Серотонин является также медиатором боли. Простогландины - их называют местными гормонами, модуляторами клеточных процессов. Это коротко живущий чрезвычайно химически активный класс. В воспаленной ткани резко увеличивается количество простогландинов класс Е (Е1,Е2) которые обладают эффектом расширения сосудов и повышения проницаемости. Иногда образуются простогландины класса F, которые обладают противовоспалительным эффектом. Повреждение клеточных мембран, разрушение фосфолипидного слоя мембран ведут к образованию простогландинов. Непосредственным предшественников простогландинов является арахидоновая кислота. Кроме классов Е и F в развитии воспалительной реакции большое значение имеет изменение равновесия в процессе изменения равновесия в системе простогландин - простоциклин - тромбоксан. Кроме простоциклинов еще одни класс медиаторов образуется при повреждении клеточных мембран из арахидоновой кислоты - это лейкотриены. Лейкотриены - это медиаторы, стимулирующие хемотаксис. Особенно активен лейкотриен В4.
Циркулирующие (колликвативные) медиаторы. Они образуются из неактивных белковых предшественников. К этим медиаторам относятся:
· Кинины (брадикинин и калидин). Они образуются из кининогенов под действием ферментов калликреинов. Брадикинин и калидин влияют на микроциркуляторное русло. Чрезвычайно высока активность этих медиаторов. У них короткий жизненный цикл, они разлагаются ферментами кининазами и только в поврежденной ткани мы видим высокие концентрации этих медиаторов. Они также способствуют расширению микрососудов, повышению проницаемости. Брадикинин является важнейшим медиатором боли (в инфарктах миокарда играет ведущую роль в возникновении боли).
· Система комплемента - отдельные элементы этой системы по-разному влияют на развитие воспаления. Хемотаксическим эффектом обладают С3 и С5 компоненты. Кроме того, компоненты комплемента опосредовано влияют на проницаемость сосудистой стенки и имеется взаимосвязь их с системой кининов.
· Система Хагемана. Фактор Хагемана относится и пусковому механизму коагуляции, свертывания крови. Фактор Хагемана при воспалении активирует коагуляцию, кининогенез и систему комплемента, кроме того, он регулирует активность фибринолитической системы.
Промежуточные медиаторы. Приносятся в очаг воспаления лейкоцитами. В очаг воспаления поступают нейтрофилы (микрофаги) они высвобождают лизосомальные ферменты, простогландины. Медиаторы, которые выделяют моноциты объединены общим терминов монокины. Они высвобождают также защитные белки: интерфероны стимуляторы иммунной системы - интерлейкины. Лимфоциты высвобождают лимфокины.
Эффекты медиаторов. Медиаторы действуют на микроциркуляторное русло, изменение которого является центральным звеном в патогенезе. Наблюдается 6 реакций:
Спазм сосудов. Кратковременная реакция, которая переходит в фазу артериальной гиперемии, более длительную. Гиперемия - это усиленное кровенаполнение ткани за счет увеличенного притока крови. Возрастает скорость кровотока, увеличивается давление в сосудах, увеличивается интенсивность обмена в капиллярах. Отсюда внешние признаки воспаления на этой фазе - покраснение, местный жар (повышение температуры), боль, вызванная действием медиаторов. Уже на этой стадии начинается формирование припухлости или воспалительного отека, потому что именно на фоне гиперемии начинается процесс экссудации. Экссудация - это выход жидкой части плазмы за пределы сосуда. Экссудат содержит большое количество белка, в связи с нарушением проницаемости сосуда. Экссудат сдавливает венулы и происходит смена артериальной гиперемии на венозную. Чем больше экссудата, тем более выражено явления венозного застоя. Венозная гиперемия постепенно переходит в венозный стаз. Именно в фазе венозной гиперемии происходят значительные изменения поврежденной ткани - так называемые явления вторичной альтерации. Любой венозный застой сопровождается гипоксией. Происходит переход на анаэробный процесс окисление - гликолиз, возникает ацидоз за счет недоокисленных продуктов, то есть те изменения, которые характерны для первичной альтерации. Но в отличие от первичной альтерации накопления кислых продуктов в фазу венозного застоя достигает колоссальных количеств. Концентрация водородных ионов может увеличиваться в 50-100 раз. Это явления называется Н-гипериония. Наблюдается резко выраженный ацидоз (сдвиг до 6-5.8) а такой сдвиг рН уже непереносим клетками и они погибают. В центре очага воспаления возникает некроз. При незначительном повышении концентрации водородных ионов (на периферии очага воспаления) не летальных повреждений клеток, более того незначительный сдвиг рН стимулирует разрастание грануляционной ткани - образуется грануляционный вал на периферии, здоровая ткань ограничивается от поврежденной. Она богата фиксированными макрофагами, способна поглощать поврежденные клетки, токсины, очищая очаг. Второе проявление вторичной альтерации - гиперосмия, обусловленная усиленным катаболизмом, распадом тканей. Наблюдается распад белковых частиц, жиров, углеводов, наблюдается выброс калия из клеток, усиливается диссоциация солей. Все это создает высокую осмотическую концентрацию - гиперосмия. Третье проявление вторичной альтерации - гиперонкия - увеличение концентрации белков за счет распада ткани, экссудации плазменных белков из сосудов с нарушенной проницаемостью. Эти явления создают порочный круг усиливая процесс экссудации. Белки как бы притягивают воду, а гиперосмия - повреждающий фактор, повышающий проницаемость стенки сосуда.
Изменение свойств форменных элементов крови. В фазе экссудации изменяются биологические свойства крови - увеличивается вязкость крови, кровоток замедляется, усиливаются процессы тромбообразования, наблюдается краевое стояние лейкоцитов. Лейкоциты выстраиваются вдоль сосудистой стенки, а затем наблюдается их миграция в очаг воспаления. Эритроциты приобретают способность к агрегации, образуя конгломераты. Агрегация эритроцитов обусловлена рядом факторов: изменения спектра плазменных белков - выходят альбумины, повышаются концентрации гамма-глобулинов, несущих антитела. Изменения белкового состава влияет на состояние мембран. Простогландины и другие медиаторы тоже изменяют состав мембран эритроцитов: повышается ригидность, изменяется поверхностное натяжение мембран эритроцитов, что усиливает их способность к агрегации. Тромбоциты тоже приобретают способность к агрегации, но в отличие от эритроцитов. Этот процесс идет на поверхности сосудистой стенки, в месте повреждения сосудистой стенки происходит адгезия тромбоцитов, агрегация и агглютинация тромба. Способствуют агглютинация тромбоцитов изменения сосудистой стенки, снижение тромборезистентности сосудистой стенки. В эндотелии сосудов синтезируется простациклин, который предотвращает адгезию и агрегацию тромбоцитов. В воспалении происходит повреждение сосудистой стенки и количество простациклина уменьшается, начинаются процессы адгезии и агглютинации тромбоцитов. Из тромбоцитов выделяются тромбоксаны, мощные стимуляторы процессов адгезии и агрегации. В нормальных условиях эта простоциклин-тромбоксановая система уравновешена. При воспалении не происходит образования первичного, а затем вторичного тромба, что связано с активацией факторы Хагемана и возникновения коагуляции. Таким образом, в очаге воспаления идут множественные процесс тромбообразования.
Защитное значение экссудации. Экссудация способствует отграничению очага воспаления, препятствует оттоку из очага воспаления токсинов, микробов, распавшихся тканей. В Составе экссудата в поврежденную ткань выходят биологические активные вещества, медиаторы которые способны нейтрализовать токсины, защитные белки, антитела, лейкоциты.
Функции лейкоцитов в очаге воспаления. Мечников определил что важнейшим проявлением воспаления является фагоцитоз - функция нейтрофилов (микрофагов) и моноцитов (макрофагов). Он изучил 4 фазы фагоцитоза:
· фаза приближения: лейкоцит выходит из сосуда и приближается к объекту фагоцитоза (хемотаксис). Хемотаксис лейкоцита вызывают хемоаттрактанты - лейкотриены, компоненты системы комплемента, простогландины
· фаза прилипания (контактная)
· фаза погружения: происходит обволакивание и погружение объекта внутрь фагоцита. Образуется особая вакуоль, где скапливается лизосомы
· фаза переваривания
Результатом этого внутриклеточного переваривания может быть 2 варианта исхода:
1. Адекватное дозированное освобождение лизосомальных ферментов - ведет к разрушению только объекта фагоцитоза, а сам фагоцит остается интактным.
2. Чрезмерное выделение лизосомальных ферментов, что ведет к разрушению как объекта фагоцитоза, так и самого фагоцита.
Внутриклеточное переваривание называется эндоцитозом. Экзоцитоз же отличается от эндоцитоза второй фазой: лизосомы устремляются к месту контакта мембраны клетки и объекта фагоцитоза, происходит выброс ферментов наружу и происходит переваривание. При экзоцитоза также может быть дозированное адекватное выделение лизосомальных ферментов, когда фагоцит не повреждается и выделения лизосомальных ферментов при котором фагоцит разрушается, при этом, как правило, повреждаются и окружающие клетки. Именно поэтому важны процессы самоограничения места действия фагоцитов. К таким механизмам относятся факторы ограничивающие хемотаксис фагоцитов - например, лимфокины.