Эндогенная интоксикация и воспаление: последовательность реакций и информативность маркеров

В процессе филогенеза у человека и животных сформировался ряд базовых биологических функций — трофологии, адаптации, гомеостаза, эндоэкологии (обеспечение «чистоты» внутренней среды). Согласно современным представлениям (1), функция эндоэкологии поддерживает гомеостаз на молекулярном уровне, не допуская превышения верхней границы физиологического интервала ни одним из метаболитов и физикохимических параметров. Такое превышение воспринимается как нарушение «чистоты» межклеточной среды, ее «замусоривание» (2). При этом включаются две неспецифические биологические реакции — экскреции и воспаления. Если молекулярная масса биологического «мусора» составляет не более 70 кД (предел пропускания для нефрона), удаление происходит посредством экскреции (с предварительной трансформацией или без нее). В случаях, когда молекулярная масса превышает эту величину, в утилизации трансформированных или нетрансформированных метаболитов (фло- гогенного «мусора») участвуют клетки рыхлой соединительной ткани (нейтрофилы, резидентные макрофаги, эндотелиальные клетки) (3).

Первое звено описанного механизма — сегментоядерные нейтрофилы (СН), имеющие рецепторы для идентификации патогенов (4). Первичные защитные реакции неспецифичны, стереотипны, а степень их выраженности зависит от индивидуального адаптационного потенциала организма. Независимо от инициирующего агента внутриклеточная активация СН начинается с «респираторного взрыва», генерации активных форм кислорода (5, 6), экскреции из внутриклеточных гранул большого количества ферментов (7), антимикробных белков (8, 9), пептидов (10), цитокинов (10-12), необходимых для элиминации патогена и активации других звеньев иммунной системы. Успешность этих процессов определяется следующими соотношениями и факторами: концентрация и вирулентность патогена/количество и реактивность СН, макрофагов, антимикробных и транспортных белков (5, 12); скорость образования и концентрация про-оксидантных метаболитов/скорость поступления и концентрация антиоксидантов (6); скорость образования и концентрация промежуточных и конечных продуктов пероксидации и протеолиза (окисленные белки, липиды, нуклеиновые кислоты, поли- и олигопептиды)/функциональная активность систем их транспорта и элиминации (13, 14); активность про- и антикоагулянтных систем гемостаза; степень проницаемости гистогемати-ческих барьеров (15).

Все названные про- и противовоспалительные реакции затрагивают различные уровни организации — от молекулярного до организменного, и множество естественных метаболитов образуется при этом в значительно больших количествах, чем в норме. Так, эффективность первоначального межмолекулярного связывания флогогена зависит от концентрации связывающих и транспортных белков (9). Выведение «мусора» из клеток и тканей в кровь (непосредственно или через лимфу) определяется микроциркуляцией, а наличие гиповолемии, сладж-синдрома или синдрома диссеминированного внутрисосудистого свертывания приводит к накоплению метаболитов в межклеточном пространстве. Удаление из кровотока и наружное выведение продуктов обмена обеспечивается естественными системами детоксикации (печень, почки, желудочно-кишечный тракт, легкие, кожа) и зависит от их структурно-функционального состояния (3, 15).

На всех уровнях организации перечисленные процессы имеют четыре стадии развития: 1-я — стадия компенсации, когда системы выведения или нейтрализации справляются с увеличивающейся концентрацией подлежащих удалению метаболитов; 2-я — стадия напряжения, на которой скорость образования таких веществ равна максимальной скорости их выведения (нейтрализации); 3-я — стадия субкомпенсации, означающая, что скорость продукции этих метаболитов уже превышает максимальную скорость их выведения, и концентрация токсинов в крови увеличивается; 4-я — стадия декомпенсации, то есть недостаточность систем и органов детоксикации, угрожающее состояние (15).

При острых процессах 3-я и 4-я стадии наступают достаточно быстро. По такому типу развивается эндогенная интоксикация при обширных ожогах, краш-синдроме, остром панкреатите, острой почечной недостаточности. Однако в случаях, когда избыточное образование метаболитов не носит лавинообразного характера, эндогенная интоксикация (накопление «мусора») может протекать скрыто, но с высокой нагрузкой на разные системы элиминации. При этом самые незначительные воздействия на организм (инфицирование, стресс любой этиологии) способны нарушить не- стабильное равновесие, спровоцировав увеличение концентрации тех или иных метаболитов и, как следствие, декомпенсацию детоксицирующих систем. Эти закономерности характерны как для реакции экскреции, так и для воспаления (2).

При исследовании эндогенной интоксикации, сопровождающей воспаление, целесообразно дифференцировать механизмы накопления первичных флогогенов, инициирующих каскад про- и противовоспалительных реакций, и механизмы избыточного образования продуктов эффекторных реакций самих активированных СН, а также маркеры этих процессов.

В качестве одного из первых маркеров эндогенной интоксикации стал использоваться лейкоцитарный индекс интоксикации (ЛИИ) Я.Я. Кальф-Калифа (16), отражающий количественное соотношение суммарной доли (%) клеток гранулоцитарного ряда (миелоциты, юные, палочкоядерные, сегментоядерные нейтрофилы) и лимфоцитов, моноцитов, эозинофилов, которая определяется при подсчете лейкограммы. Увеличение ЛИИ наблюдается при нейтрофилезе и сдвиге лейкоцитарной формулы влево.

Поскольку такие изменения в периферической крови характерны для воспаления различной этиологии и локализации, ЛИИ адекватно отражает реактивность гранулоцитарной системы в отношении экзо- или эндопатогена. Эта реакция неспецифическая и развивается в ответ не только на вирусы, бактерии и их токсины, но и многие другие неинфекционные факторы — физическую нагрузку, травму, гипоксию, любой вид стресса (15). Во всех случаях степень выраженности нейтрофилеза зависит не столько от природы инициирующего фактора, сколько от фазы реактивности гранулоцитарной системы, включающей циркулирующий и костномозговой пул зрелых СН и пролиферирующие клетки-предшественники гранулоцитарного ряда. Воздействие флогогена в фазу декомпенсации системы вызывает нейтропению (17) и, следовательно, снижение ЛИИ, несмотря на имеющуюся интоксикацию.

Таким образом, ЛИИ и другие лейкоцитарные индексы (лимфоцитарный, ядерный индекс сдвига и др.) следует рассматривать как клеточные маркеры реактивности гранулоцитарной системы, которые в ряде случаев не отражают наличия эндогенной интоксикации (17).

В качестве молекулярного маркера эндогенной интоксикации широко используется показатель концентрации веществ низкой и средней молекулярной массы (ВНСММ) или так называемых «средних молекул» (СМ) (18, 19). В основе различных методических вариантов их определения (13, 20) лежит принцип осаждения высокомолекулярных белков из исследуемого биологического материала (цельная кровь, сыворотка, плазма, эритроциты, моча, ликвор, конденсат выдыхаемого воздуха) с помощью трихлоруксусной кислоты с последующим определением оптической плотности депротеинизированного раствора при одной или нескольких длинах волн (238, 240, 254, 280 нм). Понятие «вещества (молекулы) средней массы» (13) отражает тот факт, что в растворе присутствуют неиден-тифицированные вещества различной химической природы (пептиды, нуклеотиды, продукты углеводного, липидного, азотистого обмена), характеризующиеся одним общим свойством — молекулярной массой от 300 до 5000 Д. Определение оптической плотности исследуемых растворов при разных длинах волн позволяет условно выделить группы веществ по максимуму поглощения. Для того чтобы повысить информативность указанного метода, используют коэффициенты к соотношениям экстинкций сыворотки и эритроцитов при разных длинах волн, учитывают степень эли- минации ВНСММ почками, сорбционный потенциал эритроцитов (21, 22), а также ряд других биохимических показателей, совокупность которых позволяет оценить метаболический компенсаторный потенциал организма при эндогенной интоксикации (23).

Хотя содержание СМ — интегральный показатель, он весьма информативен в силу того, что именно вещества с молекулярной массой 3005000 Д (и в первую очередь короткоцепочечные пептиды, которые входят в пул ВНСММ) ответственны за те негативные эффекты, которые обобщенно называют эндогенной интоксикацией (20, 23). Именно среднемолекулярные пептиды (СМИ), представляющие собой продукты протеолиза различных белков, активированного при воспалении, способны блокировать рецепторы клеток, связываться с активными центрами молекулы альбумина, конкурируя с регуляторными пептидами, и тем самым нарушать процесс гуморальной регуляции (14, 18). Способ определения собственно пептидов посредством регистрации оптической плотности депротеинизированных растворов биологических жидкостей при X = 210 нм методически прост и гораздо чувствительнее приемов определения ВНСММ (24). Этот маркер отражает активность протеолитических процессов и в ряде случаев имеет иную динамику, чем ВНСММ (24).

Еще одним информативным маркером эндогенной интоксикации служит альбумин — основной транспортный белок крови. Метод флюори-метрического анализа позволяет без пробоподготовки определять в сыворотке крови концентрацию общего альбумина (ОКА) и концентрацию так называемого эффективного альбумина (ЭКА), отражающую способность молекулы связывать и транспортировать различные метаболиты и лекарственные вещества (25). В норме эти величины практически одинаковы и соотношение ЭКА/ОКА равно единице. Блокирование токсинами, пептидами, билирубином и другими веществами мест связывания на молекуле альбумина выявляется при различных формах патологии, сопровождающихся эндогенной интоксикацией (14). Ири этом концентрация альбумина в сыворотке крови практически не меняется, но резерв его связывающей способности, характеризующийся отношением ОКА/ЭКА, снижается, а индекс токсичности (ОКА/ЭКА) - 1 возрастает. Еще более манифестно степень эндогенной интоксикации отражает коэффициент интоксикации (КИ), который определяет баланс между накоплением и связыванием метаболитов и рассчитывается как соотношение концентраций ВНСММ или СМИ и ЭКА (26).

Большую роль в нарушении эндоэкологии при воспалении играют активные формы кислорода и продукты пероксидации, которые в избыточном количестве образуются при активации СН (5, 6). Они чаще рассматриваются как маркеры оксидативного стресса, а не эндогенной интоксикации, однако денатурированные в результате окисления нуклеиновые кислоты, белки и многочисленные продукты пероксидного окисления липидов служат биохимическими факторами загрязнения внутренней среды организма и создают дополнительную нагрузку на естественные системы элиминации. Динамика концентрации этих метаболитов отражает эффективность гомеостатических механизмов на молекулярном уровне (3).

Ири воспалении все перечисленные маркеры эндогенной интоксикации отражают различные блоки в каскаде про- и противовоспалительных реакций, запущенных активированными СН, и рассматриваются как вторичные.

Согласно современным представлениям (27-32), ведущим агентом, инициирующим активацию СН и всей гранулоцитарной системы и опре- деляющим общность механизмов адаптации и патологии при воспалении, служит кишечный эндотоксин (ЭТ), который образуется при гибели гра-мотрицательной кишечной микрофлоры, в основном кишечной палочки Escherichia coli (33-36). Это естественный метаболит — липополисахарид (ЛПС) по химической природе. На СН и ряде других клеток имеются специальные рецепторы (толл-подобные рецепторы — toll-like receptors), ответственные за распознавание именно ЛПС любых грамотрицательных бактерий (37-39). Это генетически закрепленная реакция клеток, имеющаяся у всех млекопитающих (40, 41).

ЛПС постоянно присутствует в системном кровотоке у здоровых людей и животных и выявляется в сыворотке крови и СН в очень низких концентрациях. Этот феномен был обозначен как системная эндотокси-немия (СЭИ) (29, 30). Около 95 % ЭТ, синтезируемого в кишечнике, связывается резидентными макрофагами печени, а также выводится через почки, слизистые оболочки и кожу (42). Избыточное поступление ЭТ в кровь может происходить в результате повышения кишечной проницаемости (при дисбиозе, воспалении кишечной стенки) (43, 44), увеличения сброса крови по портокавальным шунтам (в обход печени) (45, 46), при активации симпатоадреналовой системы или нарушении дезинтоксикаци-онной функции печени (45). В свою очередь, активация симпатоадреналовой системы наблюдается при всех видах стресса, физической нагрузке. Выявлена прямая корреляция между концентрацией ЛПС и кортизола в крови (47). В системном кровотоке ЭТ связывают СН, ЛПС-связывающий белок, антитела к Re-гликолипиду ЛПС (48). При недостаточности ЛПС-элиминирующих систем его концентрация в крови может возрастать в несколько раз, что определяется как эндотоксиновая агрессия (ЭА) (49-51). Если системная эндотоксинемия представляет собой адаптивное физиологическое явление (27, 30), то эндотоксиновая агрессия — общепатологический феномен, поскольку, согласно эндотоксиновой теории (30, 52), она играет универсальную роль в механизмах развития большинства важнейших инфекционных (53, 54) и неинфекционных заболеваний (55, 56) и симптомокомплексов. Процесс трансформации СЭИ в ЭА проходит все стадии (от компенсации и напряжения до субкомпенсации и декомпенсации), характерные для развития других форм эндогенной интоксикации. Существенная особенность заключается в том, что стадия декомпенсации антиэндотоксиновых механизмов, которая может длиться годами, переводит гранулоцитарную систему в фазу ареактивности (декомпенсации), в результате чего любая бактериальная и вирусная микрофлора (даже условно-патогенная) вызывает локальные воспалительные процессы, плохо купируемые при традиционной антибиотикотерапии (57).

Повышение концентрации ЛПС следует рассматривать как эндогенную интоксикацию, поскольку ЛПС представляет собой естественный метаболит (в отличие от экзотоксинов, выделяемых патогенными бактериями при проникновении в организм человека и животных). Если другие метаболиты способны в высоких концентрациях вызывать полиорганную недостаточность, то ЛПС-интоксикация (эндотоксиновая агрессия) истощает адаптационный ресурс клеточного (СН, макрофаги) и гуморального (антитела) иммунитета, вызывая его вторичную недостаточность. Эта вторичная недостаточность, в свою очередь, становится причиной острых и хронических воспалений (58-61), которые сопровождаются эндогенной интоксикацией с участием уже других метаболитов. Такой порочный круг может быть успешно разорван при воздействии на инициирующий фактор, в роли которого выступает эндотоксин грамотрицательной микрофло-156

ры (62-66). Для этого необходимо не только диагностировать ЭТ в крови, но и осуществлять мониторинг этого показателя в процессе терапии (67).

В настоящее время известны несколько вариантов определения ЭТ в биологических жидкостях. Классическим методом служит ЛАЛ-тест, основанный на специфическом взаимодействии эндотоксина с гемолимфой мечехвоста Limulus polyphemus , в результате чего исследуемый раствор превращается в гель. ЛАЛ-тест включен в фармакопеи многих стран, а с 1997 года введен в Фармакопею РФ (ВФС 42-2960-97 «Определение содержания бактериальных эндотоксинов. ЛАЛ-тест»). Различные модификации ЛАЛ-теста позволяют определять ЭТ количественно и качественно (68-70). Разработан метод экспресс-диагностики ЭТ в крови на основе принципа латекс-агглютинации (71).

Учитывая, что концентрация ЭТ в крови представляет собой результирующий показатель двух процессов — образования ЛПС и его элиминации посредством связывания специфическими белками и клетками, необходима одновременная оценка активности этих процессов, поскольку антиэндотоксиновая резистентность организма играет ведущую роль в переходе эндотоксинемии в эндотоксиновую агрессию (49, 72). Разработана система скрининговой оценки иммунного статуса с применением имму-ноферментного анализа (СОИС-ИФА) (73), в которой в качестве маркеров используются концентрации антител к различным участкам ЛПС и липо-полисахаридсвязывающего белка (ЛПБ), а также соотношение показателей гуморального и клеточного (резерв связывания ЛПС нейтрофилами) звеньев иммунитета. Эти маркеры отражают степень перегрузки указанных звеньев, которая, в свою очередь, может стать причиной функциональной недостаточности иммунной системы. Кроме того, и у человека, и у животных имеются индивидуальные варианты ответа иммунной системы на первичный и повторные контакты с ЛПС (67, 74).

Итак, липополисахарид (ЛПС) грамотрицательной микрофлоры следует рассматривать как естественный метаболит, способный вызывать эндогенную интоксикацию (эндотоксиновую агрессию) в случаях его повышенного поступления в кровоток и(или) снижения скорости элиминации. Вызывая неспецифическую активацию сегментоядерных нейтрофилов, ЛПС приводит, во-первых, к постепенному переходу гранулоцитарной системы в фазу декомпенсации и ареактивности в отношении патогенной и условно-патогенной микрофлоры, что, в свою очередь, повышает риск развития как инфекционных, так и ряда неинфекционных заболеваний. Во-вторых, в результате активации СН происходит избыточное образование активных форм кислорода, продуктов пероксидации и протеолиза, которые становятся причиной метаболического загрязнения и создают дополнительную нагрузку на естественные системы элиминации. Поэтому такие продукты следует рассматривать как маркеры вторичной (по отношению к первичной — ЛПС-индуцированной) интоксикации. Подобный подход позволяет выделить разные точки приложения для терапии эндогенной интоксикации. Первая — устранение избыточной концентрации ЛПС в крови посредством ограничения его образования и поступления из внутренних и внешних источников, а также с помощью различных методов активного связывания и выведения эндотоксина. Это снижает высокую нагрузку на естественные системы элиминации эндотоксина, предотвращает их декомпенсацию и развитие вторичного иммунодефицита. Второй способ заключается в снижении концентрации вторичных метаболитов в крови и тканях (например, при связывании избытка активных форм кислорода антиоксидантами), что менее эффективно, но оправдано, если отсутствует возможность применения средств и методов первой группы. Изучение молекулярных маркеров воспаления и эндогенной интоксикации также служит основой для разработки принципиально новых противовоспалительных лекарственных средств.