Функциональная морфология воспаления

Воспаление – есть комплексное явление в организме в виде повреждения и воспалительных реакций со стороны сосудисто-соединительнотканного аппарата, в меньшей степени – паренхимы, выработанных в процессе филогенеза и направленных на устранение повреждения и восстановление целостности организма. (В.Г. Гаршин)

Причиной развития воспаления может быть любой повреждающий агент, который по силе и длительности превосходит адаптационные возможности тканей. Все флогогенные факторы можно разделить на внешние (механические, термические воздействия, лучистая энергия, химические вещества, микроорганизмы) и внутренние (продукты азотистого обмена и распада опухолей, эффекторные иммунокомпетентные клетки, иммунные комплексы, комплемент).

Воспаление складывается из взаимосвязанных и последовательно развивающихся фаз:

1) альтерация тканей и клеток (инициальные процессы);

2) выделение медиаторов (пусковые механизмы) и реакция микроциркуляторного русла с нарушением реологических свойств крови;

3) проявление повышенной сосудистой проницаемости (экссудация и эмиграция);

4) пролиферация клеток с полной регенерацией тканей или образование рубца.

Каждая из фаз подготавливает и запускает следующую, определяя интенсивность и распространенность. Конечной целью этих реакций является ликвидация повреждения. Все фазы воспалительного процесса разделены лишь условно, накладываются друг на друга: так пролиферация фибробластов начинается уже в 1-е сутки после повреждения, а экссудация и инфильтрация, постепенно уменьшаясь, остаются практически до окончания заживления. Повреждение и медиаторы воспаления взаимосвязаны, поскольку медиаторы рождаются в самом очаге повреждения. Тотчас после повреждения ткани из клеток выделяются просеринэстераза, тромбин, кинины и др.; при повреждении сосудов – фибриноген и активированные компоненты комплемента. Все эти вещества оказывают выраженное хемотоксическое действие на клетки, продуцирующие медиаторы воспаления. Принято выделять плазменные (циркулирующие) медиаторы, представленные калликреин-кининовой системой, системой комплемента и системой свертывания крови, и клеточные (локальные) медиаторы, связанные со многими клетками (лаброцитами, тромбоцитами, базофилами, полиморфноядерными лейкоцитами, макрофагами, лимфоцитами и пр.). Медиаторы обеспечивают не только повышение сосудистой проницаемости, фагоцитоз и вторичную деструкцию, но и включение компонентов специфического звена иммунной системы для элиминации повреждающего агента и, наконец, репарации ткани путем пролиферации и дифференцировки клеток в очагах воспаления.

Морфологической документацией действия медиаторов воспаления является экссудация и развитие различных форм экссудативного воспаления. Химически медиаторы воспаления оказывают свое повреждающее действие на эндотелий капилляров и венул. В эндотелии сначала отмечаются признаки повышенной деятельности в виде пиноцитоза, затем наступает деформация клеток и их деструкция при сохранении базальной мембраны. Увеличенную проницаемость эндотелия венул обусловливают накопление сократительного белка в цитоплазме и повышение способности к сокращению. В зависимости от степени повреждения стенки сосудов и интенсивности действия медиаторов характер просачиваемой плазмы оказывается неоднородным. В случаях легкого повреждения просачиваются низкомолекулярные альбумины, а при более тяжелом – проходят крупные молекулы глобулинов и, наконец, крупные молекулы фибриногена, превращающегося за пределами сосуда в фибрин. Преобладание фибрина в экссудате характеризует фибринозное воспаление. Таким образом, в результате выхода различных элементов плазмы образуются разные типы экссудатов.

Выход нейтрофильных лейкоцитов описан достаточно подробно. Вначале нейтрофилоциты входят в тесный контакт с эндотелием, находящемся в состоянии раздражения, и приклеиваются к нему, затем они образуют псевдоподии, как бы раздвигая эндотелий, проходят через мембрану. По мнению Поликара ПМЯЛ при соприкосновении с мембраной вызывают тиксотропический эффект, т.е. создают условия для перехода ее в состояние гель-коллоидного раствора, через который ПМЯЛ легко проникают, мембраны же снова превращаются в гель. Поступившие в очаг воспаления ПМЯЛ, помимо выполнения бактерицидной функции и фагоцитоза, являются также продуцентами большого количества биологически активных веществ дающих различные эффекты, но прежде всего влияющих на усиление самой сосудистой реакции. Миграция лейкоцитов начинается через 2 часа после повреждения ткани и заканчивается через 46-48 часов. Продукты симулированных нейтрофилов активизируют систему комплемента, хемотаксис, взаимодействуют с ИГ-G и ИГ-А, калликреин-кининовой системой и пр.

Диапедез эритроцитов происходит при более значительном повреждении венулярной стенки и подавлении хемотаксиса лейкоцитов. Преобладание эритроцитов в экссудате характеризует геморрагическое воспаление. На слизистых оболочках воспаление всегда сопровождается усиленным выделением слизи и наличием любого из экссудатов, такое воспаление называется катаральным.

Вслед за ПМЯЛ после ослабления и некоторой инактивации раздражителя в очаге воспаления появляется много клеток большинство из которых происходит из мононуклеаров, попавших в очаг воспаления из тока крови (моноциты, лимфоциты, макрофаги). Начинается следующая фаза воспаления – пролиферация клеток с восстановлением тканиилиобразованием рубца или развитием хронического воспаления. Рассматривая клеточные инфильтраты, возникающие в 3-ей фазе воспаления, можно отметить наличие в них клеток, участвующих в иммунных реакциях. Это прежде всего макрофаги, поддерживаемые медиаторной ауторегуляцией и способные управлять с помощью монокинов пролиферацией и дифференцировкой гранулоцитов и моноцитов из стволовых меток. В активированных макрофагах под влиянием лимфокинов очень быстро повышается уровень потребления немитохондрдриального кислорода, повышается активность ряда ферментов. Возникает процесс, обозначаемый как "респираторный взрыв", усиливающий антибактериальное действие макрофагов и других функций. С уменьшением альтерации и экссудации разнообразные клетки выполняют свои функции и постепенно исчезают, доминирующей клеткой становится фибробласт, осуществляющий фибриллогенез. Позже фибробласт превращается в фиброцит.Воспалительный процесс заканчивается образованием зрелой волокнистой соединительной ткани. Ее количество может быть различным в зависимости от глубины повреждения и состояния регулирующих систем, главной из которых является иммунная система. Адекватность защитных реакций ИКС требует сопряженности многих этапов иммунного ответа и кооперации клеток, реализующих иммунные реакции. Эти этапы сводятся к трем главным моментам:

1) распознаванию измененной или чужеродной антигенной информации;

2) обезвреживанию;

3) элиминации из организма продуктов реакции клеточного или гуморального иммунитета.

Объектом иммунных реакций и последующей элиминации являются:

• клетки на этапах физиологической инволюции,

• поврежденные клетки и волокна,

• клетки-мутанты,

• чужеродные антигены.

Неадекватность механизмов защиты или нарушения кооперации отдельных звеньев ИС приводит к углублению повреждения и создает условия для развития иммунопатологических процессов. При повреждении ткани на уровне ГГБ (гистиона) неизменно развивается воспаление. Это – патологический процесс – комплекс повреждения всех компонентов ГТБ и реакций на это повреждение.

"Воспаление = альтерация ГГБ + воспалительные реакции".

Альтерация тканей и клеток – морфологическое выражение повреждения – является стартовым механизмом всего воспаления, так как запускает развитие воспалительных реакций. Альтерация имеет различную степень выраженности – от дистрофии до некроза – и сопровождается изменением антигенной структуры повреждаемых тканей и выходом медиаторов. Экссудация является наиболее яркой воспалительной реакцией и морфологическим выражением повреждения микроциркуляторного русла. Экссудация отражает развитие повышенной сосудистой проницаемости, и различные формы экссудативных процессов определяются степенью повреждения микроциркуляторного русла, выброса медиаторов и особенностями развития иммунных реакций.

Пролиферация является вторым видом воспалительных реакций и состоит в появлении большого количества клеток и тканевых структур в районе повреждения. Накопление клеток и избыточное развитие иных тканевых структур является морфологическим выражением:

1) иммунных реакций,

2) воспалительной и регенераторной пролиферации,

3) вторичных тканевых реакций на повреждение (организация, склероз, инкапсуляция).

Таким образом, воспалительные реакции выражаются в экссудации и пролиферации и вместе с альтерацией представляют собой обязательные компоненты воспаления. Они не являются стадиями, последовательно сменяющими друг друга, и при любом виде воспаления все три вида структурных изменений присутствуют обязательно.

Удельный вес альтерации, экссудации и пролиферации при каждом виде воспаления и в разные сроки его существования различен. Преобладание альтерации в начале каждого воспаления, значительность экссудации в его разгаре и нарастание пролиферации в исходе воспаления создает ложное представление о том, что альтерация, экссудация и пролиферация являются стадиями воспаления, а не его компонентами. Воспалительные реакции (экссудация и пролиферация) осуществляются с помощью филогенетически выработанных механизмов защиты организма и направлены на устранение повреждения и восстановление целостности организма путем регенерации. В то же время активные воспалительные реакции могут быть инструментом повреждения; иммунные реакции, осуществляющиеся в ходе экссудации и пролиферации, приобретают патологический характер, повреждают ткани и часто могут определять прогрессию воспалительного процесса с развитием смертельных осложнений. Это отражает одну из общих закономерностей патологического процесса: "Патологический процесс развивается в рамках стереотипных физиологических процессов жизнеобеспечения". Таким образом, воспалительные реакции являются своеобразным "кривым зеркалом" защитных (иммунных) реакций, а само воспаление – патологическим процессом – ярким проявлением болезни: жизни в изменившихся условиях.

Биологический смысл воспаления был с наибольшей глубиной изучен отечественными учеными: И.И. Мечниковым и В.Г. Гаршиным. На основании их исследований можно заключить, что воспаление является патологическим процессом и представляет собой комплекс повреждения и воспалительных реакций на повреждения со стороны всех компонентов ГГБ и иммунной системы. Механизмы осуществления воспалительных реакций выработаны в филогенезе и направлены на устранение повреждения и восстановление целостности организма. Извращение механизмов этих реакций при воспалении может углублять повреждение, приводить к состоянию сенсибилизации, аллергии и к прогрессированию патологического процесса.

Исходы воспаления:

1) полное структурное выздоровление (санагенез),

2) клиническое выздоровление с развитием компенсаторно-приспособительных процессов,

3) хронизация воспаления,

4) смерть.

Исходы воспаления определяются:

• типом, объемом и продолжительностью альтерации,

• степенью и формой извращения иммунных реакций,

• состоянием ГГБ в регионе альтерации и за его пределами.

Степень альтерации определяется:

1) действием повреждающего фактора,

2) действием медиаторов,

3) степенью иммунного повреждения.

Иммунное повреждение – обязательный компонент воспаления. В начале воспалительного процесса иммунное повреждение является максимальным при так называемых воспалениях на иммунной основе – при иммунопатологических процессах (гломерулонефрит, ревматизм). Если иммунное повреждение выявляется в разгаре воспаления, это способствует хронизации процесса и развитию рецидивов.

Экссудация является отражением повреждения микроциркуляторного русла. В повреждении микроциркуляторного русла наибольшую роль играют реакции гуморального иммунитета, которые особенно ярко проявляются в условиях аллергии – то есть в сенсибилизированном организме. Воспаление, в котором экссудация выражена ярче альтерации и пролиферации, называется экссудативным воспалением. При этом наиболее активная реакция наблюдается со стороны подсистем специфических эффекторов – В-лимфоцитов. Соединение АГ с рецепторами коммутированных предшественников В-лимфоцитов приводит к пролиферации в В – зависимых зонах иммунных органов. Дифференцировка специфических эффекторов проходит по этапам до стадии образования плазмоцитов – клеток, синтезирующих иммуноглобулины (ИГ) антитела гуморального иммунитета образуют с АГ иммунные комплексы, которые, находясь в крови и тканевой жидкости, оказывают биологическое действие на все компоненты ГГБ и в первую очередь на гемомикрососуды.

Биологическое действие ИК разнообразно, но некоторые их свойства объясняют возможность повреждения тканей в местах образования и накопления ИК.

1) Иммунные комплексы (ИК) вызывают дегрануляцию тучных клеток (лаброцитов) и способствуют выбросу медиаторов из них и из базофильных лейкоцитов.

2) ИК способствуют накоплению эозинофильных лейкоцитов, активируют хемотаксис нейтрофильных лейкоцитов, приводят к накоплению нейтрофилов и агглютинации тромбоцитов.

3) ИК активируют лизосомальную активность лейкоцитов, а присоединение к ИК комплемента (3-5 компоненты) приводит к повреждению лейкоцитов и их протеолитической активности.

4) ИК вызывают сокращение гладких мышц (бронхи, кишечник, сосуды).

5) ИК активируют пролиферацию эндотелия.

6) Накопление ИК с 3-5 компонентами комплемента в тканях оказывает прямое цитопатическое действие на ткани: вызывает альтерацию клеток и соединительной ткани.

Иммуноглобулины, образующие АТ-часть иммунных комплексов, также имеют различные специфические особенности.

ИГ-М – самый простой по своему строению белковый комплекс. Он синтезируется плазматическими клетками в начальный период становления иммунной реакции. Поэтому в острой фазе любого воспаления содержание ИГ-М преобладает. Он обладает гемолитическими особенностями, повреждает эритроциты и активирует кининовую систему плазмы.

ИГ-G преобладает в составе прочих иммуноглобулинов. В разгаре воспаления он составляет до 70%. Он обладает тропностью к эндотелиальным клеткам и несет на себе рецепторы к 3 и 5 компонентам комплемента. Поэтому накопление ИК с ИГ-G приводит к наиболее быстрому повреждению МЦР и оказывает цитопатическое действие на ткани.

ИГ-А состоит из сывороточного и секреторного компонентов и работает на поверхности ГГБ – в эпителии слизистых оболочек. Поэтому плазмоклеточная инфильтрация слизистых оболочек не является патологией, а отражает напряженность иммунных реакций (кишечник). Повреждение эпителиального компонента ГГБ приводит к недостаточности секреторного компонента этого сложного ИГ и к патологии местной иммунной защиты.

ИГ-Е не случайно называется реагином. Это – иммуноглобулин аллергических реакций. Он тропен к эпителию, тучным клеткам, базофилам и тромбоцитам. При абсорбции ИГ на поверхности этих клеток происходит их активация с последующим нарушением и выбросом биологически активных веществ, в первую очередь, гистамина, лизосомальных ферментов. Происходит альтерация МЦР, стазы, тромбозы.

Таким образом, иммуноглобулины, будучи специфическими антителами, в то же время являются регуляторами реакций неспецифического иммунитета, а при патологии иммунного ответа или недостаточности элиминации могут повреждать клетки и ткани. Экссудативный компонент воспаления всегда имеет в своей основе элементы иммунного повреждения.

Феномен экссудации разделяется на собственно экссудацию и эмиграцию. Экссудация отражает повреждение соединительной ткани сосудистой стенки. Характер экссудата (серозный, фибринозный, геморрагический) определяется степенью повышения проницаемости сосудов. Поэтому, при наиболее тяжелых заболеваниях с токсическим воздействием на сосудистую стенку или при нарастании иммунного повреждения возникает геморрагическое воспаление (чума, сибирская язва, токсический грипп) или фибринозное воспаление (крупозная пневмония, дифтерия).

Феномен эмиграции наиболее ярко виден при гнойном воспалении. При этой форме экссудат представлен большим количеством полиморфноядерных лейкоцитов (ПМЯЛ). ПМЯЛ могут проходить даже через неповрежденную сосудистую стенку, гак как они способны изменять ее проницаемость. Лейкоциты проходят через сосудистую стенку интерцеллюлярно, взаимодействуя с эндотелием, подрываясь под него и раздвигая эндотелиальные клетки. Увеличение отверстий (пор) в базальных мембранах, которое возникает при действии гистамина, кининов, серотонина, катехоламинов и других БАВ способствует более быстрому накоплению лейкоцитов в зоне альтерации. Однако, главным фактором накопления лейкоцитов является степень АГ-информации в зоне альтерации, так как их отличает высокая способность к хемотаксису, а их подвижность определит их быстрое накопление в очагах скопления АГ и ИК, которые они фагоцитируют. Поэтому гнойное воспаление возникает чаще всего при внедрении высокоантигенных инфекционных агентов (кокковая флора) или при патологии иммунных реакций, приводящих к накоплению ИК и АГ.

Экссудация имеет четкую стадийность. Фазами экссудации являются:

1) изменения гемодинамики (спазм – паралитическое расслабление),

2) нарушение проницаемости – отек – экссудат,

3) эмиграция, как структурное выражение иммунных реакций.

Количественные и качественные выражения экссудативного компонента воспаления различны. Они определяются:

1) степенью и распространенностью первичной альтерации МЦР,

2) степенью извращения иммунных реакций.

В определенных условиях воспалительно-репаративная реакция может перейти в хронический патологический процесс. При этом важную роль играют врожденная или приобретенная неполноценность хемотаксиса. фагоцитоза и секреции ПМЯЛ и макрофагов. Большое значение имеет как величина, так и перманентность действия повреждающего фактора, что может вызывать истощение иммунной системы. Не меньшее значение имеют такие сопутствующие состояния, как недостаточность сосудистой или нервной системы, авитаминозы, диабет, угнетение кроветворения, облучения и т.д.

Рассматривая механизмы хронизации, следует прежде всего остановиться на особенностях течения гнойного воспаления, т.е. тех его вариантов, которые могут способствовать развитию хронического воспаления. Это прежде всего относится к взаимоотношению ПМЯЛ и макрофагов. В тех случаях, когда макрофаги усиленно фагоцитируют распадающиеся ПМЯЛ, они могут стать устойчивыми к возбудителю и привести к незавершенному фагоцитозу. При тяжелых формах ожоговой болезни выявлена функциональная неполноценность ПМЯЛ, когда наблюдается своеобразная утечка из гранул ПМЯЛ бактерицидных веществ в гидролитических ферментов, усиливающих проницаемость сосудов. Кроме того, в ряде случаев отмечено значительное снижение многих метаболических процессов в ПМЯЛ, что приводит к ослаблению и незавершенному фагоцитозу микробов. Это характеризуется снижением в ПМЯЛ содержания гликогена, слабой активности КФ и ЩФ и интенсивным распадом клеток. Многие ПМЯЛ распадаются тотчас после эмиграции из сосудов или во время прохождения сосудистой стенки, повреждая ее своими гидролазами и увеличивая проницаемость.

Прогрессирование гнойного воспаления может сопровождаться нарастанием количества антигена и образующихся антител. Иммунные комплексы не элиминируются, накапливаются в стенках мелких сосудов, на базальных мембранах клубочков почек, кожи, суставах. В очагах отложения их начинают накапливаться макрофаги, ПМЯЛ. Процесс приобретает затяжной характер. Миграция моноцитов и содержание макрофагов часто значительно снижены. Резко замедляется очищение ткани от продуктов распада. Значительно уменьшено содержание макрофагов секреторного типа, ослабевают межклеточные взаимодействия. Это приводит к выраженному торможению фалл пролиферации. Формируется неполноценная грануляционная ткань, бедная фибробластами и сосудами, с резким отеком межуточного вещества.

Продукты распада тканей и бактерий оказывают разрушающее воздействие на ткани, возникает сенсибилизация к тканевым антигенам, могут формироваться гиперергические реакции, проявляющиеся в фибриноидном некрозе стенок сосудов и тканей. Воспаление приобретает характер хронического и в его формировании большая роль принадлежит реакциям ГЗТ. Активированные лимфоциты выделяют лимфокины, стимулирующие фибробласты к усиленной продукции коллагена. Чередование неполноценного склероза, повторного некроза резко меняет структуру грануляционной ткани, в которой исчезают вертикальные сосуды, нарушаются коррелятивные взаимодействия клеток соединительной ткани и эпителия и возникают воспалительные разрастания и метаплазия эпителия. Хроническое воспаление при выраженных реакциях ГЗТ имеет склонность к самопрогрессированию и непрерывному течению с периодами затихания и обострения разной продолжительности.

Таким образом, основными условиями хронизации воспаления можно считать:

1) недостаточность функции лейкоцитов (первичная или вторичная);

2) недостаточность функции макрофагов (первичная или вторичная);

3) нарушение популяционного состава Т-лимфоцитов-эффекторов;

4) изменение проницаемости сосудов и структурные изменения сосудов трофического и дренажного звеньев рабочей гемодинамической системы (капилляры и венулы);

5) аутосенсибилизация и развитие реакций ГНТ и ГЗТ;

6) накопление иммунных комплексов и повреждение тканей и сосудов;

7) неадекватность контактного взаимодействия клеток, обеспечивающих элиминацию повреждающего агента, поврежденных структур, иммунных комплексов и репарацию тканей.

Морфологические критерии отличия острого воспаления фазы пролиферации от хронического не всегда отчетливы. Многие клетки, а также медиаторы функционируют в очаге как острого, так и хронического воспаления. В очаге хронического воспаления, учитывая длительное и повторяющееся действие повреждающего агента и недостаточность его элиминации, наблюдается разной степени выраженности альтерация (дистрофия, некроз). Из фаз воспалительных реакций преобладает пролиферация, среди клеток преобладают лимфоциты, образующие в отдельных случаях лимфоидные фолликулы с зародышевыми центрами достаточно много фибробластов. Усилено образование соединительной ткани, часто неполноценной по химическому составу и структуре, и подвергающейся гиалинизации. На слизистых оболочках отражением длительно текущего хронического воспаления является нарушение интеграции в системе эпителий – соединительная ткань, и возникают воспалительные разрастания эпителия и его метаплазия.

Итак, воспаление и иммунные реакции – процессы сопряженные. Воспаление прежде всего и чаще отражает несостоятельность иммунной системы, заключающуюся в возможном прорыве всех барьерных систем и подключение эффекторов специфического звена иммунной системы и приводящую к возможному повреждению тканей. Неадекватность иммунологической реакции на действие антигена может привести к ГНТ и ГЗТ, вторичным повреждениям и иммунному воспалению. Несостоятельность уборки иммунных комплексов, недостаточность фагоцитоза, аутоиммунизация, нарушения клеточной кооперации приводят к развитию хронического воспаления.

При хроническом течении продуктивного воспаления очаг воспаления приобретает более разнообразное строение. Это объясняется тем, что к морфологическим проявлениям иммунных реакций присоединяются неспецифические вторичные реакции.

Неспецифические тканевые реакции направлены:

• на уборку мертвого материала (фагоцитоз, лиоцитоз, протеолиз);

• на организацию и отграничение нежизнеспособных тканей и мертвых материалов;

• на репаративную регенерацию, которая начинается с момента повреждения – утраты стру­ктурной целостности.

В ходе этих реакций наблюдается и пролиферация местных тканевых структур с образованием грануляционной ткани.

Грануляционная ткань – сложная клеточно-тканевая система со стереотипно связанными компонентами. В составе грануляционной ткани представлены клетки, способные к фагоцитозу и синтезу тропоколлагена, гиалина, ретикулина, эластина. В грануляционной ткани помимо клеточной пролиферации и коллагенообразования происходит новообразование многочисленных сосудов. Сосуды необходимы для уборки и элиминации, репаративной регенерации, транспорта клеток-эффекторов.

В грануляционной ткани осуществляется кооперация различных клеток и суммация медиаторного воздействия (фиброкины, монокины, лимфокины). Качественные и количественные изменения в сложной системе взаимодействия этих компонентов приводят к патологии исхода продуктивного воспаления: к склерозу, патологии регенерации, к хронизации воспаления. Хроническое воспаление особенно часто возникает при большой степени выраженности реакций ГЗТ.

Морфологические особенности воспалительных реакций определяются объемом повреждения, спецификой этиологического фактора и вариантами развивающегося иммунного ответа. В ряде случаев характер морфологических процессов, развивающихся в регионе повреждения, и их динамика являются специфичными для данного заболевания. Такие воспаления называют специфическими (туберкулез, сифилис, лепра, проказа, риносклерома и т.д.) В тех случаях, когда возрастание степени иммунного повреждения определяется патологией самого иммунного ответа, связанного с отменой толерантности или нарастающей иммунодепрессией, такие заболевания образуют группу иммунопатологических процессов.