Роль нейтрофилов в развитии полиорганной недостаточности при сепсисе

РОЛЬ НЕИТРОФИЛОВ В РАЗВИТИИ ПОЛИОРГАННОЙ НЕДОСТАТОЧНОСТИ ПРИ СЕПСИСЕ

ROLE OF NEUTROPHILS IN DEVELOPMENT OF MULTIPLE ORGAN FAILURE IN SEPSIS

Устьянцева И.М. Хохлова О.И.

Ustyantseva I.M. Khokhlova O.I.

Федеральное государственное Federal State Medical Prophylactic Institution

лечебно-профилактическое учреждение «Scientific Clinical Center of Miners'

«Научно-клинический центр охраны здоровья шахтеров», Health Protection»,

г. Ленинск-Кузнецкий, Россия Leninsk-Kuznetsky, Russia

Полиорганная недостаточность является серьезной угрозой для выживания пациентов с сепсисом и системным воспалением. Иммунная система противостоит микробным инфекциям, но при тяжелом сепсисе ее неблагоприятная активность приводит к развитию органной дисфункции. Патологическим проявлениям полиорганной недостаточности способствует несоответствующая активация и размещение нейтрофилов в пределах микроциркуляторного русла.

Ключевые слова: полиорганная недостаточность, сепсис, нейтрофилы.

Multiple organ failure is a major threat to the survival of patients with sepsis and systemic inflammation. The immune system combats microbial infections but, in severe sepsis, its untowards activity seems to contribute to organ dysfunction. An inappropriate activation and positioning of neutrophils within the microvasculature contributes to the pathological manifestations of multiple organ failure.

Key words: multiple organ failure, sepsis, neutrophils.

Согласно статистическим данным США и Европейского Союза, сепсис является одной из ключевых клинических проблем, что обусловлено высокой смертностью (до 28-50 %) [2]. Ежедневно в мире от сепсиса умирают более 1400 человек [1, 2].

Сепсис определен как системная воспалительная реакция на инфекцию с его тяжелой формой, связанной с признаками органной дисфункции. В патогенез органной дисфункции вовлечены несколько факторов: эндокринная и иммунная системы, диссеминированное внут-рисосудистое свертывание, генетическая предрасположенность, нарушение энергетического метаболизма.

Первоначальными факторами системного воспаления при сепсисе часто являются бактериальные компоненты, которые стимулируют се-

Корреспонденцию адресовать: Устьянцева Ирина Марковна, д.б.н., профессор 7-й микрорайон, № 9, ФГЛПУ «НКЦОЗШ», г. Ленинск-Кузнецкий, Кемеровская область, 652509, Россия Тел.: 8 (38456) 2-38-88, 9-55-13 E-mail: irmaust@mail.ru

крецию провоспалительных цито-кинов, таких как интерлейкин 1р, интерлейкин-6 и фактор некроза опухолей а (ФНО а). Первичная цитокинемия сопровождается компенсаторной реакцией повышенных концентраций циркулирующих антивоспалительных цитокинов (ин-терлейкин-10).

Нейтрофилы играют основную роль в защите против микробных инфекций, что связано с наличием большого количества протеолити-ческих ферментов и быстрой продукцией активных форм кислорода для уменьшения внутренних патогенов. Если эти литические факторы или провоспалительные цитоки-ны высвобождаются внеклеточно из инфильтрующих ткань нейтро-филов, результатом будет являться локальное повреждение. При тяжелом сепсисе локальная инфекция сопровождается системной активацией нейтрофилов.

Исследование аутопсических образцов от пациентов с полиорганной недостаточностью показывает локализацию нейтрофилов, варьирующую от секвестрации и агрегации в почечных кровеносных сосудах до широкой тканевой инфильтрации легкого [3]. При остром респираторном дистресс-синдроме, более тяжелой форме острого по-

вреждения легких, которое может сопровождать сепсис, плотность нейтрофильных инфильтратов соотносится с нарушенной функцией легких и с высокими концентрациями в бронхоальвеолярной жидкости протеолитических ферментов, источником которых являются ней-трофилы [17].

При системном воспалении гоме-остатические механизмы в микро-циркуляторном русле осложняются эндотелиальной гиперактивностью, фибриновым депонированием, закупоркой сосудов и, иногда, появлением тканевых экссудатов, что в дальнейшем препятствует соответствующей оксигенации. Нейтрофи-лы участвуют в этих реологических изменениях через их усиленное связывание со стенками кровеносных сосудов и через формирование лейкоцитарных скоплений. Имеются факты, показывающие, что активность нейтрофилов может быть причинно-обусловленной, о чем свидетельствует повышение респираторной и почечной функции у пациентов с системным воспалением при удалении нейтрофилов из кровеносного русла с помощью лейкоснижающих фильтров [13]. При этом нейтрофилы, удержанные фильтрами, предрасположены к эндотелиальному связыванию,

№ 2 [июнь] 2008

71

что указывает на связь между взаимодействием нейтрофилов со стенками кровеносных сосудов и органной дисфункцией. Данные по животным моделям совпадают с клиническими наблюдениями. Большое количество нейтрофилов накапливается в органах, испытывающих недостаточность, а травма органа может стимулировать приток и секвестрацию нейтрофилов в других органах с последующей полиорганной дисфункцией [10].

ФИЗИОЛОГИЯ И ПАТОФИЗИОЛОГИЯ

Нейтрофилы развиваются в костном мозге за 14 дней и временно остаются в пуле хранения перед выбросом в кровь, где они в течение 12-14 часов переходят из пула циркулирующих клеток (осевой поток) в пул скопления лейкоцитов (контакт со стенками кровеносных сосудов). Далее, при отсутствии бактериальных инфекций, нейтро-филы поступают в ретикулоэндо-телиальные органы, например, в печень, или даже возвращаются в костный мозг, чтобы подвергнуться апоптозу. Стареющие нейтрофилы превращаются в апоптические тела, которые достигают высшей ступени при фагоцитозе локальными макрофагами, предотвращая таким образом появление повреждения тканей литическими факторами, высвобождаемыми из стареющих клеток.

Устранение нейтрофилов через апоптоз является гомеостатиче-ским механизмом, который предотвращает повреждение здоровых тканей. Этот процесс является центральным в профилактике и разрешении воспаления. У пациентов с системным воспалением, системными инфекциями, тяжелым сепсисом и риском полиорганной недостаточности [15] апоптоз ней-трофилов подавлен, что происходит вследствие активности циркулирующих факторов (липополи-сахарид, липотейхоевая кислота и провоспалительные цитокины). При этом связывание нейтрофи-лов с эндотелием, активированным провоспалительными цитокинами, увеличивает продолжительность жизни нейтрофилов по сравнению с нестимулированным эндотелием, который ускоряет смерть клеток.

При сепсисе выживание нейтро-филов в ткани может быть в дальнейшем увеличено за счет действия местных антиапоптотических факторов. Это наблюдается при остром респираторном дисстресс-синдро-ме, при котором низкий уровень апоптоза альвеолярных нейтрофи-лов связан с концентрацией интер-лейкина-2 в бронхоальвеолярной жидкости [Lesuг]. Ингибирование апоптоза происходит через дисре-гуляцию сложной сети внутриклеточной сигнализации и функций органелл. Большая продолжительность жизни нейтрофилов у пациентов с сепсисом контрастирует с повышенным апоптозом лимфоцитов в лимфоидной ткани и последующим иммунопараличом [7].

Критерии диагностики сепсиса, как известно, включают в себя количество нейтрофилов: высокое (более 12 х 109/л), низкое (менее 4 х 109/л) или нормальное, но при наличии более 10 % незрелых клеток. Высокие концентрации кровяных нейтрофилов могут быть связаны с излишней продукцией костным мозгом, возвращением клеток маргинации в пул циркулирующих клеток, подавлением апоптоза или и с тем, и с другим.

Гранулоцитарный колониести-мулирующий фактор (ГКФ) и колониестимулирующий грануло-цитарно-макрофагальный фактор (КГМФ) увеличивают количество циркулирующих нейтрофилов, стимулируют их созревание и активацию и увеличивают продолжительность жизни нейтрофилов. У здоровых людей концентрация ГКФ в крови очень низкая, тогда как в острую стадию инфекции наблюдается ее увеличение в несколько раз с последующим повышением числа нейтрофилов.

Имеются данные, показывающие, что большую патогенную роль при тяжелом сепсисе несет не общее количество нейтрофилов в кровотоке, а наличие клеточной подгруппы, чей фенотип и уровень активации стимулируют повреждение тканей [11]. В животных моделях сепсиса незрелые нейтрофилы преимущественно накапливаются в микрососудах легких, где их активация стимулирует существенное повреждение тканей через

высвобождение протеолитических ферментов [9].

Предполагается, что воздействие нейтрофилов на патологию может возникнуть из-за наличия популяций нейтрофилов, которые предрасположены к эндотелиальному взаимодействию. Иными словами, нейтрофилы не являются функционально гомогенными, они состоят из субпопуляций с определенными фенотипическими и секреторными параметрами.

Нейтрофилы существуют в трех состояниях: покоя (нестимулиро-ванное), возбужденном (столкновение с воспалительным агонистом или веществом, ослабляющим пороговые раздражители, необходимые для активации) и активированном (прохождение определенной функции). Переход нейтрофилов из состояния покоя в кровообращении к активированному состоянию в участке инфекции выполняется заданной последовательностью сигналов от мотивирующих раздражителей (комплементный пептид С5а, липополисахарид, цитокины).

Бактериальная ликвидация зависит от быстрого поступления кровяных нейтрофилов в участки инфекции. При этом нейтрофилы, в первую очередь, должны присоединиться к стенкам кровеносного сосуда, прежде чем активно мигрировать в окружающую ткань в ответ на химические раздражители (хемотаксис). Связывание нейтро-филов с сосудистым эндотелием контролируется последовательной активностью двух групп молекул адгезии, селектинами и интегрина-ми. Селектины вызывают первичное прикрепление нейтрофилов к эндотелию при касательном усилии кровотока, тогда как интегрины вызывают плотную адгезию.

ХЕМОТАКСИС

Кровяные нейтрофилы отвечают на хемотаксический фактор, высвобождаемый в источнике инфекции, например, комплементный пептид С5а, лейкотриен В, фактор активации тромбоцитов, бактериальный пептид формил-метионил-лейко-фенилаланин и интерлейкин-8. Клетки мигрируют из области низкой концентрации (т.е. стенки кровеносных сосудов) в область

ПОЛИТРАВМА

высокой концентрации (участок инфекции или воспаления), вследствие чего хемотаксические факторы становятся мощными активаторами нейтрофилов.

У пациентов с острым респираторным дистресс-синдромом нейтрофилы проходят крупномасштабную миграцию в легкие. В большом круге кровообращения нейтрофилы входят в ткань через посткапиллярные венулы, но в малом круге миграция происходит через капилляры [16]. Нейтрофи-лы могут быстро войти в легкое, в отличие от других органов, из-за отличительного фенотипа капиллярного эндотелия и из-за ответной реакции подгруппы нейтрофилов на хемотаксические факторы или микроорганизмы, связанные с легочной инфекцией [12].

Циркулирующие факторы (ин-терлейкин-8, ФНОа и др.) могут также отвечать за функциональный статус кровяных нейтрофилов при сепсисе. Увеличивая продолжительность существования нейтро-филов и подавляя их миграцию по сосудистой сети, циркулирующие факторы повышают нейтрофил-эн-дотелиальные клеточные взаимодействия и усиливают повреждение сосудов. То есть, дисфункция ней-трофилов при тяжелом сепсисе не является первичным механизмом, но является последствием системной активации.

РАСПОЗНАВАНИЕ

И ФАГОЦИТОЗ БАКТЕРИЙ

Нейтрофилы у пациентов с сепсисом обладают повышенной ин-тернализацией и способностью к деструкции микроорганизмов [15].

Нейтрофильное связывание бактерий значительно повышается, когда патогены покрываются IgG. Высокоаффинный рецептор для IgG — это CD64, который обычно не определяется в интактных ней-трофилах и считается маркером активированных нейтрофилов. Его экспрессия стимулируется интерфероном у и КГМФ. Большинство нейтрофилов у пациентов с сепсисом экспрессирует CD64, а сверхрегуляция CD64 на неонатальных нейтрофилах считается показателем сепсиса. Связывание с бактериями происходит также через CD14, ре-

цептор липополисахарида, который в норме присутствует на всех моноцитах. Этот рецептор слабо выражен на нейтрофилах, но становится сверхрегулируемым в ответ на бактериальные инфекции [5]. Другие рецепторы, которые экспрессиру-ются на нейтрофилах у пациентов с сепсисом, усиливающие фагоцитоз и бактериальное распознавание, включают рецептор С3Ь (связывает комплементный пептид СЗЬ), CD16 и CD32 (подобны CD64, также связывают Fc участки IgG).

То11-подобные рецепторы являются рецепторами распознавания структур, которые контролируют наследственные иммунные реакции на различные микробные лиганды. На сегодняшний день существует 11 форм. То11-подобный рецептор 4, который тесно связан с CD14, является сигнальным трансдуци-рующим рецептором липополиса-харида, тогда как То11-подобный рецептор 2 преимущественно распознает граммпозитивные бактерии. Нестимулированные нейтрофилы у здоровых людей содержат некоторые из двух типов рецепторов на своей поверхности, хотя То11-по-добный рецептор 2 сверхрегулиру-ется гранулоцитарным колониести-мулирующим фактором (ГКФ) и колониестимулирующим грануло-цитарно-макрофагальным фактором (КГМФ). Фармакологическая модификация То11-подобных рецепторов выдвигается как будущая терапевтическая стратегия для пациентов септическим шоком [4].

Еще одна группа рецепторов распознавания — инициирующий рецептор, экспрессируемый на ми-елоидных клетках (ИРВМК). При инфицировании бактериями отмечается инфильтрация ткани нейтро-филами с высокими концентрациями ИРВМК-1. Сигнализация через ИРВМК-1 высвобождает интерлей-кин-8, сверхрегулирует поверхностные адгезионные молекулы. Представление, что ИРВМК-1 может играть существенную патогенную роль при сепсисе, поддерживается сведениями, показывающими, что повышенная экспрессия на нейтро-филах ограничена острыми воспалительными реакциями, которые ускоряют инфекционные агенты, и что переход в растворимую форму

ИРВМК-1 у пациентов с сепсисом приводит к благоприятным результатам [14].

НЕЙТРОФИЛ-

ЭНДОТЕЛИАЛЬНЫЕ

ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ

И СВЯЗАННАЯ С

СЕПСИСОМ ОРГАННАЯ

НЕДОСТАТОЧНОСТЬ

При тяжелом сепсисе присутствует функциональная дихотомия ней-трофилов, связанная с ответной реакцией на бактериальные инфекции. В нелегочной ткани экстравазация нейтрофилов в участки инфекции затруднена, возможно, из-за излишнего эндотелиального связывания и сниженной хемотаксической отвеча-емости, в противоположность интенсивной инфильтрации этих клеток в инфицированную легочную ткань. Секвестрация нейтрофилов может быть ключевой стадией в инициации полиорганной недостаточности. Связывание нейтрофилов со стенками кровеносных сосудов может быть опосредовано абнормальной экспрессией молекул адгезии, отличных от стимулирующего прикрепления к легочному эндотелию, или молекулами, имеющими высокую авидность для соответствующих эндотелиальных лигандов. Повышенная адгезия, в дальнейшем спровоцированная деактивацией хемотаксических рецепторов, может продуцировать микрососудистые окклюзии с последующей тканевой гипоперфузией и гипоксией [6]. Если нейтрофил-эндотелиальное связывание происходит в микрососудистых участках, то возможно образование лейко-агрегатов. Более того, если нейтрофилы, стимулированные циркулирующими факторами, сталкиваются с дополнительными стимулирующими агентами на стенке кровеносного сосуда, то эти нейтрофилы могут высвобождать литические факторы, что приводит к повреждению эндотелиальных клеток и повышает проницаемость сосудов.

Органная недостаточность может быть результатом воздействия нейтрофилов на функцию эндо-телиальных клеток. Нейтрофилы являются важным источником про-воспалительных цитокинов. Секреция цитокинов нейтрофилами, свя-

№ 2 [июнь] 2008

занными со стенками кровеносных сосудов, может изменить нетром-богенные свойства эндотелия до прокоагулянтного состояния с активацией диссеминированной вну-трисосудистой коагуляции, а также стимулировать продукцию окиси азота в эндотелиальных и гладких мышечных клетках. Помимо развития гипотензии септического шока, высвобождение окиси азота может нарушить метаболизм в тканях через ингибирование митохондриаль-ных ферментов. В легких органная дисфункция обусловлена деструкцией базальной мембраны альвеол и повреждением типичного механизма альвеолярного жидкостного клиренса [6]. Большое количество стимулированных нейтрофилов, входящих в альвеолярную ткань и пространства, выделяет протео-литические ферменты и радикалы кислорода в ответ на неблагоприятную активацию локальными воспалительными факторами или бактериальными продуктами.

Литература:

Таким образом, доказано, что при сепсисе подавляется иммунная реакция, что отражается в гипоре-активности лимфоцитов и уменьшении их количества вследствие повышенного апоптоза. Напротив, нейтрофилы при сепсисе участвуют в отвержении инвазивных агентов, одновременно стимулируя сопутствующее повреждение, при котором поражается органная функция. Раскрыты механизмы повреждающего действия нейтрофилов. Тем не менее, разъяснение функционального статуса нейтрофилов у пациентов с сепсисом ограничено недостаточными исследованиями в некоторых областях (в частности, фагоцитоз) и противоположными данными в других (экспрессия молекул адгезии). Несоответствия, вероятно, связаны с неадекватной стратификацией пациентов, применением различных лекарств (например, стероидов) и различиями в экспериментальном проекте. Значимая оценка поведения нейтрофилов при

сепсисе нуждается в динамических исследованиях индивидуальных пациентов, т.к. у нейтрофилов короткий период полужизни в кровотоке, а по одной временной точке трудно объяснить расстройство, которое длится днями или неделями. Аспекты типичного жизненного цикла нейтрофилов все еще не полностью поняты. Например, мало что известно о механизмах производства ГКФ и КГМФ и высвобождения нейтро-филов из костного мозга, и зависит ли экстравазация в апоптотические органы от тех же поверхностных адгезионных молекул и хемотакси-ческих рецепторов, стимулирующих направленную миграцию в участки инфекции и воспаления. Тем не менее, имеющиеся данные позволяют предположить, что выборочное нацеливание на взаимодействие подгрупп нейтрофилов со стенками кровеносных сосудов в органах, подверженных дисфункции, могут представлять ценность для дальнейшего терапевтического поиска.

1. Мальцева, Л.А. Сепсис: эпидемиология, патогенез, диагностика, интенсивная терапия /Л.А. Мальцева, Л.В. Усенко, Н.Ф. Мосенцев /под ред. Л.В. Усенко. - Донецк: АРТ-ПРЕСС, 2004. - С. 10-14.

2. Angus, D.C. Epidemiology of sepsis: an update /D.C. Angus, R.S. Wax //Crit. Care Med. - 2001. - Vol. 29. - P. 109-116.

3. Brealey, D. Multi-organ dysfunction in the critically ill: effects on different organs /D. Brealey, M. Singer //J. R. Coll. Physn. Lon.

- 2000. - Vol. 34. - P. 428-436.

4. Cristorfaro, P. The TOLL-like receptors and their role in septic shock /P. Cristorfaro, S.M. Opal //Expert Opin. Ther. Targets. - 2003.

- Vol. 7. - P. 603-612.

5. Expression patterns of the lipopolysaccharide receptor CD14, and the FCy receptors CD16 and CD 64 on polymorphonuclear neutrophils: data from patients with severe Bacterial infections and lipo-polysaccharide-exposed cells /C. Wagner, R. Deppisch, B. Denefleh et al. //Shock. - 2003. - Vol. 19. - P. 5-12.

6. Fink, M.P. Mechanisms of organ Dysfunction in critical illness: report from a Round Table Conference held in Brussels /M.P. Fink, T.W. Evans //Int. Care Med. - 2002. - Vоl. 28. - P. 369-375.

7. Hotchkiss, R.S. The pathophysiology and treatment of sepsis /R.S. Ho-tchkiss, I.E. Karl //N. Engl. J. Me. - 2003. - Vol. 348. - P. 138-150.

8. Interleukin-2 involvement in early acute respiratory distress syndrome: relationship with polymorphonucler neutrophil apoptosis and patient suevival /O. Lesur, A. Kokis, C. Hermans et al. //Crit. Care Med. - 2000. - Vol. 29. - P. 3814-3822.

9. Neutrophil defensis mediate acute inflfmmatory response and lung dysfunction in dose-related fashion /H. Zhang, G. Porro, N. Orzech //Am. J. Physiol. Lung Cell Mol. Physiol. - 2001. - Vol. 80. - P. L947-954.

10. Neutrophils, not complement, mediate the mortality of experimental hemorrhagic pancreatitis /C. Kyriakides, J. Jasteen, Y. Wang et al. //Pancreas. - 2001. - Vol. 22. - P. 40-46.

11. Occurrence of the adult respiratory distress syndrome in neutropenic patients /R.J. Maundler, R.C. Hackman, E. Riff et al. //Am. Rev. Respir. Dis. - 1986. - Vol. 133. - P. 313-316.

12. Organism-specific neutrophil-endothelial cell interactions in response to Esherichia coli, Streptococcus pneumoniae and Staphylococcus aureus /J.G. Moreland, G. Bailey, W.M. Nauseef, J.P. Weiss //J. Immunol. - 2004. - Vol. 172. - P. 426-432.

13. The effects of leucodepletion in patients who develop the systemic inflammatory response syndrome following cardiopulmonary bypass /D.F. Treacher, M. Sabbato, K.A. Brown, V.A. Gant //Perfusion.

- 2001. - Vol. 16. - P. S67-74.

14. Time-course of sTREM (soluble triggering receptor expressing on myeloid cells)-1, procalcitonin, and C-reacteve protein plasma concentration during sepsis /S. Gibot, A.A. Cravoisy, M.-N. Kolopp-Sarda et al. //Crit. Care Med. - 2005. - Vol. 33. - P. 792-796.

15. Upregulation of reactive oxygen species generation and phagocytosis and an increased apoptosis in human neutrophils during severe sepsis and septic shock /P.S. Martins, E.G. Kalla, M.C. Neto et al. //Shok. - 2003. - Vol. 20. - P. 208-212.

16. Wagner, J.G. Neutrophil migration with an emphasis on the pulmonary vacculature /J.G. Wagner, R.A. Roth //Pharmacol. Rev. - 2000.

- Vol. 52. - P. 349-374.

17. Windsor, A.C.J. Role of the neutrophil in adult respiratory distress syndrome /A.C.J. Windsor //Br. J. Surg. - 1993. - Vol. 80. - P. 10-17.

4

ПОЛИТРАВМА