Местные клеточные и гуморальные механизмы, участвующие в формировании проходимости бронхов

Для выполнения функций адаптации к изменяющимся условиям внешней и внутренней среды необходимы местные механизмы регуляции проходимости бронхов и состояния гемодинамики легких по типу «системы быстрого реагирования». Местная регуляция проходимости бронхов осуществляется через тканевую среду (микроокружение гладких мышц бронхов, слизеобразующих желез, эпителия бронхов и сосудов) путем изменения концентрации в ней биологически активных веществ (БАВ), которые через рецепторный аппарат мембран клеток влияют на метаболизм и специфическую функцию эффекторных клеток.

Физиологическое значение местных механизмов — защита бронхов и легких от вторжения в бронхи и легкие чужеродных агентов. Локализовать распространение чужеродного агента путем обтурации бронхов, ограничения микроциркуляции, лишить патогенности и вывести патогенный материал — таков конечный итог функционирования системы быстрого реагирования легких. Эффективность механизмов защиты, осуществляемой системой быстрого реагирования, в значительной мере зависит от функционирования регулирующего механизма обратной связи, ограничивающего обструкцию бронхов и концентрацию медиаторов в их стенке до пределов, обеспечивающих защиту от патогенного фактора и сохранение гомеостаза. При нарушении механизмов контроля происходит неадекватное повышение выделения медиаторов и переход реакции с гомеостатического, защищающего организм уровня, на патологический, повреждающий.

Центральной клеткой системы быстрого реагирования является тучная клетка, обладающая большим набором секретируемых БАВ. Кроме того, в состав этой системы входят базофилы, эозинофилы, нейтрофилы, тромбоциты и, вероятно, альвеолярные макрофаги, лимфоциты и ирритативные волокна блуждающих нервов. Тучные клетки расположены на поверхности слизистой оболочки бронхов, в межклеточных пространствах эпителиальной выстилки, имеются скопления клеток в периваскулярных зонах, кроме того, они обнаружены и в просвете бронхов. В легких содержание тучных клеток весьма велико — 1−7¹⁰ кл/г ткани, они составляют около 2% массы альвеолярной ткани. У больных бронхиальной астмой число тучных клеток в ткани бронхов и альвеол достоверно больше, чем у здоровых. В легочной ткани здоровых на 1 мм площади альвеолярной поверхности приходится в среднем 350 тучных клеток, а у больных с хронической бронхолегочной патологией — 523. В целом эти клетки занимали 1,6% и 2,1% площади альвеолярной поверхности у здоровых и больных соответственно. При острых аллергических реакциях у больных бронхиальной астмой содержание тучных клеток в бронхоальвеолярном смыве увеличивается в 3−5 раз.

Тучные клетки расположены по всему дыхательному тракту, но особенно высоко их содержание в воздухопроводящих путях между базальной мембраной и реснитчатым эпителием. Часть тучных клеток находится в просвете воздухопроводящих путей. Взаимодействие тучных клеток с ингалированными частицами осуществлялось в основном на поверхности слизистой оболочки крупных дыхательных путей. В эксперименте на сенсибилизированных собаках было показано, что процесс миграции тучных клеток в дыхательные пути представляет собой ответ на раздражение дыхательных путей специфическими и неспецифическими стимулами. Все стимулы вызывали в течение 3 часов значительное увеличение числа тучных клеток в эпителии дыхательных путей.

По месту расположения различают 2 типа тучных клеток: «слизистые» и «соединительнотканные». Слизистые тучные клетки происходят из предшественников в костном мозге, пролиферация этих клеток стимулируется лимфокинами Т-лимфоцитов. Отмечены различные размеры тучных клеток: клетки небольшого размера содержат гораздо меньше гистамина, чем крупные, причем это различие может быть десятикратным. Каждая тучная клетка содержит несколько сотен метахроматически окрашивающихся гранул. На цитоплазматической мембране тучной клетки имеется от.

50 000 до 300 000 рецепторов для IgE-рецепторов, для Сзаи С5_а-компонентов системы комплемента, для адренергических, холинергических медиаторов, ПГ, гистамина. В цитоплазме тучных клеток обнаружены рецепторы для стероидных гормонов. Вероятно, мембрана содержит еще много других рецепторов, так как на функцию тучных клеток влияют энзимы (химотрипсин, фосфолипаза и др.), кальциевые ионофоры, поликатионные белки и амины, опиаты и т. д.

Медиаторы тучных клеток участвуют в различных острых и хронических воспалительных процессах, в формировании немедленной и поздней гиперчувствительности, гранулематозных реакциях. Они могут влиять на фагоцитоз, химокинез клеток и многие аспекты иммунной активности. Тучные клетки участвуют также в репаративных процессах, включая функционирование фибробластов и развитие фиброза. Все это прямо или косвенно влияет на проходимость бронхов. Можно сказать, что тучные клетки занимают центральное место в формировании различных типов воспалительного процесса в органах дыхания. Сходные с ними функции выполняют циркулирующие в крови базофилы. Тучные клетки и базофилы могут мигрировать через подслизистые ткани в просвет альвеол и бронхиол.

Продуцируемые тучными клетками и базофилами БАБ обеспечивают адаптацию организма к изменяющимся условиям внешней среды в норме и приводят к существенным нарушениям в условиях патологии. Кроме гистамина, тучные клетки и базофилы секретируют много других БАВ, которые по степени готовности к секреции распределяются на три группы. В 1-ю группу так называемых первичных, заранее синтезированных БАВ входят гистамин, эозинофильный хемотаксический фактор анафилаксий, нейтрофильные хемотаксические факторы, фактор, активирующий тромбоциты, гепарин, серотонин, различные субстанции, физиологическая роль которых пока не выяснена (химаза, арилсульфатаза и другие протеазы). Во 2-ю группу БАВ включены вторичные, вновь синтезируемые вещества, такие как медленно реагирующая субстанция анафилаксии, хемотаксические факторы, простагландины и тромбоксаны. К 3-й группе относят медиаторы, образующиеся вне тучных клеток, но при участии выделившихся из них активаторов. К таким медиаторам относят брадикинин и фактор Хагемана.

Имеются различия в составе медиаторов, секретируемых слизистыми соединительнотканными подтипами тучных клеток. Выделение содержащихся в гранулах тучных клеток БАВ во внеклеточные пространства может происходить тремя способами: путем медленного экзоцитоза везикул, формированием канала «сообщения» между гранулой и внеклеточной средой и выбрасыванием клеткой всего содержимого гранулы при слиянии ее мембраны с цитоплазмой клетки. Вероятно, эти способы характеризуют разную степень функциональной активности клетки: при относительном покое — экзоцитоз, при ускоренном функционировании — формирование канала, при максимальной активности — «извержение» целых гранул, которое иногда завершается гибелью клеток.

Функциональная активность тучных клеток и базофилов в значительной степени зависит от их способности секретировать БАВ. Эта способность у больных бронхиальной астмой выше, чем у практически здоровых людей. Именно на предупреждение дегрануляции тучных клеток, сопровождающейся секрецией БАВ, направлено лечебное действие интала и кетотифена. Реакция дыхательных путей на ингалированный антиген зависит от двух факторов: во-первых, от способности тучных клеток секретировать БАВ и, во-вторых, от чувствительности дыхательных путей к секретируемым тучными клетками БАВ. Кроме того, реакция тучных клеток на ингалированный аллерген может быть немедленной, зависящей от секреции тучными клетками БАВ сразу после воздействия аллергена, и поздней, возникающей в связи с воздействием привлеченных в зону аллергической реакции вторичных эффекторных клеток (эозинофилов, нейтрофилов, моноцитов и тромбоцитов).

О многих медиаторах аллергической реакции известно только их биологическое действие, тогда как природа этих веществ не установлена. К одной из загадок такого рода можно причислить так называемую медленно реагирующую субстанцию аллергии (МРС-А). Больше данных за то, чтобы отнести ее к ненасыщенным жирным кислотам. Она легко связывается с липидами клеточной мембраны и нарушает ее проницаемость для ионов. Прежде всего страдает поступление ионов кальция внутрь клетки, которая теряет способность расслабляться. Поэтому при накоплении МРС-А возникают спазмы. Если под влиянием гистамина спазм бронхов развивается уже через несколько секунд или минут, то под действием МРС-А спазм бронхиол развивается постепенно, но зато длится часами. Именно МРС-А повинна в том, что развивается астматическое состояние при бронхиальной астме.

Стимуляция тучных клеток и базофилов с выделением БАВ может быть осуществлена иммунным и неиммунными механизмами. Связанная с воздействием IgE дегрануляция тучных клеток начинается сразу после связывания двух рядом расположенных на мембране тучной клетки молекул IgE специфическим антигеном. Соединение двух молекул IgE приводит к парному соединению рецепторов, к которым присоединены эти молекулы, после чего стимулируется процесс метилирования липидов клеточной мембраны. Одновременно происходит связанное с превращениями в клеточной мембране поступление внутрь клетки ионов Са⁺². Следующий этап — повышение содержания внутриклеточного циклического 3-, 5-аденозинмонофосфата (цАМФ), утилизация цАМФ-зависимой протеинкиназы, затем, вероятно, происходит фосфорилирование контрактильных элементов, «расплавление» перигранулярных мембран и слияние их друг с другом и с плазмолеммой, образование путей сообщения с внеклеточным пространством, выброс готовых медиаторов и образование новых.

Связывание аллергена с фиксированными на поверхности тучных клеток IgE приводит к активации фосфолипаз мембраны и метаболическому циклу арахидоновой кислоты мембран тучных клеток по циклооксигеназному пути с преимущественным формированием простагландинов и связанных с ними соединений и по липоксигеназному пути с образованием лейкотриенов.

Изначальным механизмом, ведущим к активации секреции тучной-клетки, является сближение молекул рецепторов мембран тучной клетки с перестройкой их пространственной конфигурации и активацией внутримембранных энзимов. При этом контакт клетки с аллергеном необязателен. В зависимости от степени агрегации рецепторов могут возникать противоположные сигналы: к активации и выделению медиаторов или к деактивации и нечувствительности клетки к стимулирующим воздействиям. Связывание IgE с тучными клетками крыс сопровождается снижением текучести мембран, что затрудняет перемещение рецепторов в плоскости мембран. Повышение внутриклеточного уровня цАМФ, которое индуцируется Р-адреномиметиками, тормозит дегрануляцию тучных клеток. Напротив, снижение цАМФ, вызванное а-адреномиметиками, может усиливать дегрануляцию.

В механизмах секреции БАБ тучными клетками и базофилами большая роль принадлежит обмену кальция. Изменение уровня циклических нуклеотидов при развитии секреторных реакций связано также с уровнем внутриклеточного Са. Оказалось, что секреция гистамина тучными клетками, вызванная иммунными стимулами, сопровождается потреблением в основном внутриклеточного кальция, а при секреции гистамина, стимулированного неиммунными стимулами, используется преимущественно внеклеточный кальций.

Секреторная функция тучных клеток зависит от pH окружающей их среды. Уровень секреции биологически активных веществ и выраженность реакций гиперчувствительности немедленного типа (ГНТ) зависят от числа тучных клеток в респираторном тракте. Снижение способности подопытных животных отвечать реакциями ГНТ на воздействие антигена, несмотря на высокий уровень IgE в сыворотке крови, может быть связано с уменьшением числа тучных клеток в трахее. Неопосредованная I стимуляция выделения медиаторов тучной клеткой может быть вызвана антителами к ее мембране, антиантителами, пектинами, основными полипептидами, катионными белками нейтрофилов и другими веществами. Метаболиты фагоцитов, направленные на противоинфекционную защиту, Н2О2 и Ог, способны вызвать в их непосредственном микроокружении неиммуногенную дегрануляцию тучных клеток, секрецию гистамина и других БАВ с формированием воспаления и обструкции бронхов.

Особое место занимают механизмы стимуляции выделения медиаторов тучными клетками и базофилами через рецепторы к Сз_а— и Сба-компонентам системы комплемента при его активации по классическому и альтернативному пути. В качестве активаторов системы комплемента по альтернативному пути выступают полисахариды бактерий, антигены некоторых видов грибков (плесневых грибков, аспергилл) и компоненты аллергенов домашней пыли. Образующиеся в процессе альтернативного пути активации системы комплемента Сзаи Сба-компоненты взаимодействуют с соответствующими рецепторами тучной клетки, приводя в конечном итоге к выделению БАВ и нарушению проходимости бронхов.

Секретируя лимфокины, лимфоциты влияют на тучные клетки и базофилы, на формируемую ими гиперчувствительность немедленного типа и проходимость дыхательных путей. Влияние лимфокинов на гиперчувствительность немедленного типа осуществляется в трех направлениях:

• ? лимфокины воздействуют на рост и дифференцировку базофилов и тучных клеток;
• ? регулируют продукцию специфического IgE антител;
• ? влияют на реактивность базофилов и тучных клеток и их способность высвобождать медиаторы.

Лимфоциты здоровых людей и больных атопией при культивировании с добавлением специфического антигена продуцируют гистамин — высвобождающий фактор, активный в отношении тучных клеток. На тучные клетки оказывают также влияние активированные нейтрофилы, которые высвобождают супероксидные и/или другие потенциально токсичные окислительные субстанции и лейкотриены. Инфекционные антигены могут влиять на секрецию тучными клетками БАВ. Бактериальные и вирусные антигены стимулируют неиммунологическую секрецию БАВ тучными клетками. Гиперосмолярность играет существенную роль в секреции БАВ и формировании обструкции бронхов у больных бронхиальной астмой, у которых приступы удушья возникают после физической нагрузки. Дыхание холодным сухим воздухом приводило к появлению гистамина, кининов, лейкотриенов, что сопровождалось нарастанием обструкции бронхов и связано, вероятно, с. секрецией БАВ тучными клетками.

В последние годы появились новые данные о взаимодействии тучных клеток с нервами в легких. Опыты с использованием слизистой трахеи сенсибилизированных крыс продемонстрировали функциональную значимость взаимодействий тучных клеток с нервами, вырабатывающими субстанцию Р. У сенсибилизированных крыс, которым с момента рождения вводили капсоицин, снижавший до минимума число нервов, секретирующих вещество Р, ответ на введение антигена был на 50% ниже, чем у интактных сенсибилизированных животных.

Исследования, направленные на выявление церебральных влияний на функцию тучных клеток, показали, что после нескольких циклов инъекций бычьих сывороточных белков (безусловный рефлекс) морским свинкам, подкрепляемых сильным запахом (условный рефлекс), лишь один запах вызывал у животных резкое повышение уровня гистамина в крови. Тучные клетки фокусируют информацию о взаимодействии антигенов с организмом и передают эту информацию в центральную нервную систему. В свою очередь, нервная стимуляция может ускорить дегрануляцию клеток. В этом сложном информационном обмене, кроме тучных клеток, участвуют нервная и иммунная системы.

Физиологические эффекты, которые осуществляются под влиянием БАВ, секретируемых тучными клетками органов дыхания и другими клетками, стимулированными тучными клетками, очень многообразны:

• ? бронхоспазм вызывается гистамином, простагландинами, тромбоксаном А, ацетил холином, брадикинином, фактором, активирующим тромбоциты;
• ? отек слизистой оболочки бронхов — гистамином, простагландином Е, брадикинином, фактором, активирующим тромбоциты;
• ? клеточная инфильтрация стенки дыхательных путей с развитием гиперреактивности бронхов — эозинофильным хемотаксическим фактором, нейтрофильным хемотаксическим фактором, воспалительными факторами анафилаксии;
• ? гиперсекреция слизи гистамином, ацетил холином, а-адреноагонистами, простагландинами, фактором, вызывающим секрецию макрофагов.

Хорошо известно, что гистамин является одним из ключевых преформированных медиаторов тучных клеток, который оказывает многообразное влияние на воспалительный процесс в органах дыхания.

Последнее время стала хорошо известна связь высвобождения гистамина из клеток с метаболизмом кальция. Специфическая антигенная или неспецифическая стимуляция тучных клеток вызывала подъем внутриклеточного содержания кальция, который хорошо коррелирован с уровнем выделения гистамина. В эксперименте на здоровых крысах было показано, что гистамин способен тормозить свой собственный синтез и высвобождение из клеток, причем эта регуляция по типу отрицательной обратной связи осуществляется на уровне гистаминергических нервных окончаний и опосредуется новым типом рецепторов — Нз-рецепторами.