Биохимия эндотоксикоза

В основе повреждающего действия ПОЛ на биологические мембраны лежит  окислительная модификация ненасыщенных жирнокислотных остатков мембранных фосфолипидов, которая сопровождается появлением полярных групп - спиртовых, карбонильных, эпоксидных, гидропероксидных и др., выполняющих роль "гидрофильных пор" в толще гидрофобного бислоя, резко увеличивающих его проницаемость. Увеличение пассивной проницаемости  мембран создает дополнительные нагрузки для клеток, вынужденных  затрачивать значительно большие  количества АТФ на активный транспорт  ионов и поддержание их градиентов на поврежденных мембранах. При более  глубоко зашедшем процессе образуются лизоформы липидов, обладающие сильным  детергентным действием. Дефицит макроэргов приводит к постепенному исчезновению градиента ионов на клеточных  мембранах. Повреждения приобретают  необратимый характер, и в конечном итоге происходит фрагментация мембран  и гибель клеток. Весьма грозными мутагенными  эффектами оборачивается окислительная  модификация нуклеиновых кислот.

Таким образом, активация  ПОЛ вводит клетку в порочный круг нарушения ионного гомеостаза и  биоэнергетики, который, если его не разорвать, неумолимо ведет клетку к гибели. В физиологических условиях активации ПОЛ препятствует мощная антиокислительная система тканей. В условиях патологии нарушение  соотношения между продукцией в  клетке свободных радикалов и "буферной емкостью" антиокислительная система  приводит к неконтролируемому радикалообразованию  и активации ПОЛ.

Об активации процессов  ПОЛ при острых и хронических  воспалительных и инфекционно-аллергических  заболеваниях органов дыхания свидетельствуют  результаты многих исследований. В  них выявлены увеличение содержания продуктов ПОЛ и изменения  в содержании компонентов антиокислительная  система в крови и конденсатах  выдыхаемого воздуха.

В частности, в крови  у  больных хроническим бронхитом  были установлены особенности хемилюминисценции, которые обусловлены микробицидными свойствами лейкоцитов при необструктивном  и обструктивном хроническом  бронхите.

Снижение активности супероксиддисмутаза  в эритроцитах установлено у  больных обструктивным хроническим  бронхитом, бронхиальной астмой и хроническим  гайморитом. У больных хроническим  бронхитом, связанным с кишечным дисбактериозом, нарастание проявлений дисбактериоза коррелирует с  увеличением содержания в крови  диеновых конъюгатов и липофусцинподобного  пигмента, возрастанием активности каталазы, глутатионредуктазы, Гл-6-Ф ДГ и снижением  активности супероксиддисмутаза. Содержание конъюгированных диенов и диенкетонов  увеличено в крови больных  хроническим бронхитом, бронхиальной астмой и пневмониями, причем степень  увеличения зависит от влияния индивидуальных конституционных и средовых факторов. В крови и бронхоальвеолярный лаваж больных с острыми экзогенными  отравлениями, осложненными нарушениями  со стороны легких (пневмонии, бронхиты, ателектазы), увеличено содержание диеновых конъюгатов и малоновый  диальдегид, а активность каталазы повышена в крови и снижена  в бронхоальвеолярный лаваж.

Накопление первичных, вторичных  и конечных продуктов ПОЛ и  снижение устойчивости эритроцитов  к перекисному гемолизу на фоне снижения активности каталазы и глутатион-S-трансферазы  характерны для больных острыми  абсцессами легких и острыми эмпиемами  плевры. Повышенный уровень продуктов  ПОЛ в крови характерен для  больных туберкулезом, вне зависимости  от клинической формы болезни. Альвеолярные макрофаги весьма чувствительны  к действию оксидантов, попадающих в легкие с вдыхаемым воздухом. Действие радикальных форм кислорода  приводит к развитию утомления дыхательных  мышц, имеющему непосредственное отношение  к недостаточности дыхания.

В лечении заболеваний  легких, особенно сопровождающихся развитием  эндотоксикоза, находят применение антиоксиданты, а также физиотерапевтические методы, оказывающие антиокислительное  действие. Описан положительный эффект совместного эндолимфатического введения токоферола, унитиола и антибиотиков широкого спектра действия у детей  с эндотоксикозом в критических  состояниях [4].

1.3 Действие токсинов микроорганизмов

В развитии эндотоксикоза  большая роль отводится токсинам микроорганизмов, представляющим продукты жизнедеятельности микробных клеток. Описано и выделено в относительно чистом виде около 80 микробных токсинов. Большинство из них являются пептидами (холерный, столбнячный и др.). Известны токсины - производные нуклеотидов, стероидные соединения (токсины грибов, афлатоксины), простые и сложные  белки (гемолизин, лейкоцидин, энтеротоксин стафилококка), липополисахариды токсины  грамотрицательных бактерий.

По происхождению токсины  микроорганизмов подразделяют на три  класса:

-  экзотоксины - продукты, выделяемые микроорганизмами наружу  в ходе жизнедеятельности; 

- эндотоксины - вещества  прочно связанные со стромой  микробных клеток и освобождающиеся  только после гибели микробной  популяции; 

- мезотоксины - токсические  вещества, непрочно связанные со  стромой микробной клетки и  в определенных условиях выделяющиеся  в окружающую среду при сохранении  жизнеспособности клетки.

По функциональной активности выделяют мембранотоксины, способные  лизировать мембраны клеток (лейкоцидины, гемолизины, фосфолипаза А₂), цитотоксины, функциональные блокаторы (нейро- и энтеротоксины), эксфолиатины - эритрогенины (обнаруживаются в стафилококках и стрептококках, обладают пирогенным действием, вызывают слущивание поверхностных слоев эпителия кожи), модуляторы реакций клеток на эндогенные медиаторы. К факторам патогенности бактерий относятся не только продуцируемые ими токсины, но и некоторые другие вещества. Так, например, у пневмококка патогенностью обладают полисахаридная капсула, нейраминидаза, гиалуронидаза, гемолизин, протеаза против IgA, протеин М.

В развитии деструктивных  процессов легких стафилококковой  этиологии важная роль принадлежит  некротоксину и гиалуронидазе, под  действием которых в легочной ткани быстро возникают очаги  некроза, формируются полости распада - "стафилококковые булы" и создаются  условия для распространения  процесса на плевру.

Среди различных токсинов микроорганизмов наибольшее внимание исследователей привлекает эндотоксин. Выяснена его химическая природа, интенсивно исследуются трехмерная пространственная структура, механизмы действия на клетки-мишени, идентифицируются рецепторы и медиаторы, образующиеся в клетках мишенях и опосредующие его действие, разрабатываются антиэндотоксиновые лекарственные средства.

Эндотоксин представляет липополисахарид клеточной стенки грамотрицательных и возможно некоторых  грамположительных бактерий. В отличие  от экзотоксинов эндотоксин прочно связан с клеточной стенкой, не секретируется  микроорганизмами в окружающую среду  и высвобождается при лизисе микробных  клеток. Липосахарид состоит из трех частей – 

1. олигосахаридной сердцевины;
2. специфичной цепи;
3. липидного компонента, получившего название липид А.

Именно липид А обладает основными биологическими свойствами эндотоксина, а углеводный фрагмент определяет его антигенные свойства.

Выяснена первичная структура  липида А ряда микроорганизмов и  осуществлен химический синтез липида А Е.Coli. Для связывания липида А  макрофагами важное значение имеет  гидрофильный бифосфорилированный  остаток гексозамина, в то время  как активация клеток и продукция  ими провоспалительных цитокинов (ФНО и ИЛ-6) определяются свойствами гидрофобной области.

На наружной поверхности  плазматической мембраны чувствительных к эндотоксину клеток имеется  специфичный к нему рецептор, представляющий белок массой 14 кД. Связывание эндотоксина  сопровождается экспрессией генов, кодирующих цитокины, адгезивные белки  и ферменты, ответственные за образование  низкомолекулярных провоспалительных  медиаторов. Совместное действие указанных  белков обеспечивает защиту организма  от бактериальной инфекции, но в  определенных условиях эти же белки  приводят к развитию осложнений - септического шока у человека.

В роли провоспалительных  медиаторов, образующихся в чувствительных к эндотоксину клетках и опосредующих его действие на клетки различных  тканей, выступают фактор некроза  опухолей,  интерлейкины и оксид  азота (NO). Роль вторичных медиаторов, ответственных за возникновение  септического шока у человека, выполняют  простагландины [5].

1.4 Особенности эндотоксикоза при неспецифических

воспалительных заболеваниях органов  дыхания

Легкие содержат уникальную систему сурфактанта - монослой фосфолипидов, выстилающий поверхность альвеол. В связи с необходимостью синтеза  липидов для образования сурфактанта  легкие интенсивно поглощают липиды из притекающей крови. Большое содержание липидов, находящихся в непосредственном контакте с кислородом вдыхаемого воздуха, наличие в этом воздухе различных  прооксидантов предопределяют высокую  вероятность развития в легких процессов  свободнорадикального окисления липидов. Для сдерживания этого процесса легкие располагают мощной антиокислительной системой, включающей супероксиддисмутазу, каталазу, церулоплазмин и другие факторы. Нарушение баланса между образованием свободных радикалов и мощностью антиокислительной системы неизбежно будет приводить к активации ПОЛ, накоплению его продуктов в легочной ткани и выходу их в кровь с последующим токсичным действием на весь организм. Дополнительным источником активных форм кислорода в легких являются фагоцитирующие нейтрофилы и макрофаги, убивающие с помощью радикалов кислорода захваченные микроорганизмы.

Нейтрофильные лейкоциты  и макрофаги секретируют в  просвет бронхов протеолитические ферменты - эластазу и коллагеназу. Последние выполняют защитную роль, улучшая реологические свойства трахеобронхиального секрета за счет переваривания макромолекулярных  белковых комплексов и оказывая микробицидное  действие. Однако при чрезмерном образовании  или в результате недостаточного содержания их ингибиторов протеазы могут повреждать ткань легких, а  сопутствующее активации протеолиза накопление молекулы средней массы  будет вносить вклад в развитие эндотоксикоза.

В 1969 г. J.Vane ввел понятие "нереспираторных  функций легких", под которыми подразумевал способность легких контролировать содержание в крови ряда БАВ. Эта  способность получила название "эндогенного  легочного фильтра" или "легочного  барьера. Легкие избирательно поглощают  из крови и инактивируют биогенные  амины, кинины и первичные простагландины. Поскольку при чрезмерном накоплении в организме эти БАВ оказывают  токсическое действие, то разрушение их в легких фактически означает детоксицирующую  функцию этого органа, а выпадение  этой функции при заболеваниях легких способствует возникновению эндотоксикоза. Легкие синтезируют ряд ключевых факторов системы гемостаза (тромбопластин, факторы VII, VIII, гепарин). При патологии  легких происходит сочетанное нарушение  процессов свертывания крови, фибринолиза,  что также приводит к развитию эндогенной интоксикации [6,7].

В происхождении неспецифических  воспалительных заболеваниях органов  дыхания существенная роль отводится  бактериальному воспалительному процессу, развивающемуся при преодолении  микробом-возбудителем защитных механизмов дыхательной системы, его адгезии  на эпителии слизистой оболочки бронхиального  дерева или альвеолоцитах с последующим  размножением на поверхности или  внутри клеток. В качестве возбудителя  воспалительных и деструктивных  процессов в легких чаще всего  выступает патогенный золотистый стафилококк, что обусловлено его широким  распространением, быстрым привыканием  к антибиотикам, появлением антибиотикоустойчивых  форм и отсутствием глубоких знаний о патогенезе стафилококковых заболеваний  легких. Возникновение хронического бронхита связывается с пневмококками  и гемофильной палочкой, вызывающими  нарушение дренажной функции  бронхов и мукоцилиарного транспорта с задержкой слизистого секрета. Возбудители пневмонии разнообразны, но ведущая роль отводится Str.pneumonie, St.aureus и гемофильной палочке. Как  правило, пневмония возникает при  проникновении в дыхательные  пути возбудителей, содержащихся в  воздухе, или при аспирации ротоглоточной  флоры. В результате прорыва защитных барьеров легких возбудители достигают  альвеол или оседают в терминальных бронхиолах и при благоприятных  условиях интенсивно размножаются.

В патогенезе острого поражения  легких, вызываемого эндотоксином, выделяют три стадии: 1) раннюю, для  которой характерны миграция гранулоцитов внутрь каппиляров и выход из кровеносных  сосудов моноцитов; 2) промежуточную, характеризующаяся превращением моноцитов  в макрофаги внутри альвеол; 3) позднюю, в ходе которой происходит диффузная  инфильтрация альвеол макрофагами  и выходящими из кровеносного русла  нейтрофилами.  Легкие представляют одну из главных мишеней для эндотоксина  и наиболее грозным последствием этого взаимодействия является развитие острой легочной недостаточности и  респираторного дистресс-синдрома.

Наряду с токсинами  микроорганизмов, важная роль в развитии эндотоксикоза при неспецифических  воспалительных заболеваниях легких  принадлежит продуктам деструкции легочной ткани.

Таким образом, три фактора - токсины микроорганизмов, продукты деструкции легочной ткани, а также  некоторые БАВ, накапливающиеся  в организме вследствие выпадения  детоксицирующей функции легких, могут способствовать развитию эндотоксикоза  при неспецифических воспалительных заболеваниях легких [8].