Эндотоксемия. Экзотоксины и эндотоксины, их свойства, химическая природа, действие на организм Место локализации эндотоксина в бактериальной клетке

Эндотоксин или, если использовать более точный термин, бактериальный липополисахарид (ЛПС), считается самым мощным медиатором микробного происхождения, участвующим в патогенезе сепсиса и септического шока. Несмотря на то, что этот фактор был открыт более ста лет тому назад, основная роль эндотоксина, присутствующего в системном кровотоке большинства пациентов с септическим шоком, до сих пор не установлена и является предметом выраженной полемики. ЛПС - это наиболее существенная "сигнальная молекула", которая воспринимается системой раннего предупреждения естественного иммунитета хозяина, как предвестник внедрения грамотрицательных микроорганизмов во внутреннюю среду организма. Небольшие дозы ЛПС в ограниченном тканевом пространстве помогают организму хозяина организовать эффективную противомикробную защиту и удаление возбудителей во внешнюю среду. В то же время, внезапное высвобождение большого количества ЛПС, напротив, обладает пагубным влиянием на организм хозяина, поскольку в таком случае запускается неуправляемый и угрожающий жизни организма выброс многочисленных медиаторов воспаления и прокоагулянтов в системный кровоток. Выраженной реакции хозяина на эту молекулу, распознающую внедрение бактерий во внутреннюю среду организма, достаточно для того, чтобы вызвать диффузное повреждение эндотелия, гипоперфузию тканей, диссеминированное внутрисосудистое свертывание и рефрактерный шок. Многочисленные попытки блокировать активность эндотоксина, предпринятые в рамках клинических исследований, выполненных в популяции больных сепсисом, характеризуются противоречивыми и, главным образом, отрицательными результатами. Тем не менее, в течение предшествующего десятилетия были сделаны значительные открытия в области молекулярных основ ЛПС-опосредованной клеточной активации и тканевого повреждения, которые возродили оптимизм, связанный с возможным успехом применения терапии нового поколения, направленной на специфическое блокирование сигнальной системы ЛПС.

В настоящее время считается, что другие медиаторы микробного происхождения, которые
входят в структуру грамположительных бактерий, вирусов и грибов, также способны активировать многочисленные системы защиты организма хозяина, на которые воздействует ЛПС.

Эндотоксин распространяется в потоке крови и способствует активации моноцитов и макрофагов. В результате освобождаются медиаторы, в том числе цитокины, и создаются благоприятные условия для вызванного инфекцией системного воспаления. Эндотоксин является пусковым механизмом высвобождения цитокинов и медиаторов. Наличие эндотоксинов в крови называется эндотоксимией . При сильном иммунном ответе эндотоксемия может привести к септическому шоку . Считается, что воздействие на эндотоксин и его скорейшее выведение из организма являются важнейшими задачами при лечении сепсиса.

Исключительное значение в понимании механизмов развития инфекционных заболеваний сыграло открытие бактериальных токсинов. Удивительно интересную страницу в изучении инфекционных болезней составляют исследования, посвященные, в частности, бактериальным липополисахаридам (эндотоксинам), которая, судя по всему, окончательно не дописана до сих пор.

R.Koch в 1884 г. на одной из своих лекций, обсуждая механизмы развития холеры высказал суждение, что характер обнаруживаемых патолого-анатомических изменений у экспериментальных животных при внутрибрюшинном введении культуры холерного вибриона позволяют предположить роль бактериальных ядов. Сама по себе эта мысль не была революционной, поскольку исследования по изучению растворимых токсинов (таких, как, например, дифтерийной палочки) в то время уже проводилось как в Берлине (Behring и Kitasato), так и Париже (Roux и Yersin), однако она нацелила Richard Pfeiffer, ученика R.Koch на более детальное изучение патогенеза холеры.

Именно в результате этой работы была описана «токсическая субстанция, связанная с телом микробной клеткой». Прийти к такому выводу Pfeiffer удалось в результате удачно составленного, как сейчас принято говорить, «дизайна исследования» и широкой гипотетической интерпретации полученных результатов, поскольку с подобной «токсической субстанцией» работали и некоторые другие исследователи, в частности, P. Panum, A. Cantani, H. Buchner.

Следует признать, что открытию какого-либо явления или феномена способствует не только и не столько сам факт его экспериментального или клинического воспроизведения, а гипотетическая трактовка результатов, которая вписывалась бы в общепринятую теорию и не нарушала бы основополагающих положений. Pfeiffer пришлось искать выход, как первоначально казалось, из безвыходной ситуации. При попытке воспроизведения исследований Pfeiffer никому не удавалось обнаружить холерный вибрион в брюшной полости у экспериментальных животных. Поскольку животные погибали, а микроб у них не обнаруживался, это противоречило важнейшему «постулату Koch-Henle» - обязательному выделению возбудителя. Для поиска объяснения потребовалась большая изобретательность Pfeiffer, чтобы экспериментально подтвердить и объяснить, что токсическая субстанция у холерного вибриона связана с телом микробной клеткой.

Это было дерзкой и революционной идеей, поскольку противоречило ещё одному основополагающему представлению того времени, которым первоначально объяснялось развитие любого инфекционного заболевания, а именно, жизнедеятельностью микроба. Окончательную точку в подтверждении связи описанной токсической субстанции с телом микробной клетки Pfeiffer сделал, описав, что термическое разрушение холерного вибриона не ослабляет его токсический потенциал. Таким образом, проведя серию изящных экспериментов, основанных на глубоком проницательном анализе, Pfeiffer сформулировал концепцию эндотоксина как яда, который тесно связан с микробной клеткой, высвобождаемый только после её гибели, вызывая развитие патологических реакций.

Как это ни странно, но Pfeiffer в своих ранних работах избегал термина «эндотоксин», обозначая его как «первичный холерный токсин», допуская его употребление лишь в устных выступлениях, например, на лекции в Брюсселе в 1903 г. В литературе же термин «эндотоксин» впервые был использован J. Rehns в 1903 году, сотрудником института Пастера, прежде работавшего на медицинском факультете в Париже и в Институте Paul Ehrlich во Франкфурте. Pfeiffer же впервые в печатной работе использовал термин «эндотоксин» только в 1904 году. В этом факте есть определенная ирония: термин, предложенный в Институте Инфекционных Болезней в Берлине, впервые в печати был использован сотрудником Института Пастера. И это притом, что в начале ХХ столетия два ведущих центра по изучению инфекционных болезней - в Берлине и в Париже находились в жесточайшей научной конкуренции, исключающей любые официальные контакты и обмен информацией, для которых приоритет в исследованиях был определяющим.

Поскольку химическая структура биополимера обозначаемого эндотоксином еще длительное время оставалась неизученной, в исследовательских целях обычно использовался бактериальный лизат, полученный путем термической обработки культуры микробных клеток. Отсутствие возможности стандартизации и сравнения получаемых препаратов привело к тому, что исследователи, используя бактериальные лизаты описывали их различные биологические свойства (в частности, «защитные» и «повреждающие» эффекты), даже не предполагая, что действующим началом во всех случаях является один и тот же биополимер - липополисахарид (ЛПС).

Так, в частности, уже с 90-х годов XIX столетия (и вплоть до 40-х годов ХХ столетия) американский хирург W. Coley с определенным успехом использовал лизаты микробных клеток для консервативного лечения сарком мягких тканей, а H. Buchner в Германии разрабатывал «новую гигиену», основанную на введении бактериальных лизатов с целью повышения резистентности организма к инфекционным заболеваниям.

Завершить изучение химической структуры эндотоксина и определить оптимальные методы его экстракции стало возможным лишь в 50-е годы, однако это не прояснило ситуацию, а скорее, сделало этот биополимер ещё более загадочным. Оставалось совершенно непонятным, каким образом эндотоксины обладают таким удивительно неправдоподобным спектром биологической активности, включающим, с одной стороны, участие в развитии инфекционных заболеваний, индукцию лихорадки, ДВС-синдрома и шока, а с другой, являются мощным стимулятором иммунной системы, повышающим резистентность организма к инфекции, способствующим рассасыванию некоторых видов сарком. Свести в единую стройную концепцию столь разнонаправленные сведения о биологической активности эндотоксинов оказалось весьма трудной задачей, требующей проведения дальнейших исследований, уточняющих молекулярные механизмы их действия, что стало возможным лишь много позже.

Основное же внимание исследователей было сконцентрировано на изучении роли эндотоксинов в развитии инфекционных заболеваний, чему в немалой степени способствовало относительная простота и доступность экспериментальных исследований. Спираль этих работ шла параллельно достижениям в области всех фундаментальных наук, а оригинальная литература год за годом, как в зеркале, отражала уровень потенциальных возможностей проводимых исследований. Интенсивность проводимых исследований постоянно возрастала, поскольку их результативность имела непосредственное прикладное значение, в частности, - в разработке способов и методов диагностики, лечения и профилактики состояний, в развитии которых ведущую роль играют липополисахариды. Хронология основных этапов изучения бактериальных липополисахаридов представлена на рисунке.

Хронология основных этапов изучения бактериальных липополисахаридов (по Rietschel E.Th., Cavaillon J.-M., 2003).

Первоначально полагали, что исследования по изучению бактериальных ЛПС имеют узкую направленность только в отношении клиники инфекционных заболеваний, однако постепенно стало ясно их общепатологическое значение.

Ведущими направлениями исследований во второй половине ХХ столетия были:

1) изучение спектра биологической активности очищенного препарата ЛПС и отдельных его компонентов;

2) определение закономерностей в структурно-функциональные активности бактериальных ЛПС;

3) изучение механизма действия ЛПС in vitro и in vivo;

4) определение роли ЛПС в патогенезе инфекционных заболеваний; и, наконец,

5) разработка методов лечения. Поскольку разработка новых схем патогенетической терапии зависела от наших знаний и представлений о механизмах действия ЛПС, именно это направление было приоритетным в клинических исследованиях.

W.H. Welch в 1888 году (цит. по Atkins E., 1984) одним из первых высказал предположение, что микробные агенты вызывают развитие лихорадки непрямым путем, способствуя высвобождению «ферментов», возможно, из лейкоцитов, которые уже непосредственно действуют на ЦНС. Menkin W. в 40-х годах ХХ столетия сформулировал гипотезу, согласно которой действие эндотоксина (ЛПС) на организм опосредовано медиаторами, которые вырабатываются клетками организма. Уже в 50-е годы возможности фундаментальных наук позволили проводить масштабные исследования по изучению роли различных эндогенных медиаторов в реализации биологического действия эндотоксинов.

Особое значение в доказательстве правильности выдвинутой гипотезы отводилось экспериментальным работам по индукции лихорадки. В одном из первых фундаментальных исследованиях, выполненных Bennett I.L. и Beeson P.B. в 1953 г., было установлено, что при введении лабораторным животным кристаллического экстракта острого воспалительного экссудата («Menkin"s пирексин») и различных микробных агентов, в их крови обнаруживается «лейкоцитарный пироген». В планомерно проводимых исследованиях, как в условиях экспериментальной эндотоксинемии, так и у больных с различными инфекционными заболеваниями, обусловленными грамотрицательными бактериями, было установлено участие таких регуляторных систем, как ренин-ангиотензин-альдостероновая, калликреин-кининовая, гистаминовая и многие другие системы в развитии ответной реакции организма на ЛПС.

70-80-е годы ознаменовались детальным изучением молекулярных механизмов регуляции клеточных функций организма под действием эндотоксинов. Особое место в этих исследованиях занимали работы по изучению роли простагландинов, увеличение синтеза которых при экспериментальных грам-отрицательных инфекциях был установлен в работах R.A. Giannella (1973-1979). В эти годы именно простагландинам отводилась ведущая роль в развитии воспалительной реакции, индуцированной бактериальными эндотоксинами. В 1976-1982 гг. нами была проведена серия клинико-экспериментальных исследований, посвященных уточнению значения простагландинов в развитии синдрома интоксикации при острых кишечных инфекциях.

В частности, было установлено, что эндотоксины энтеробактерий способны значительно усиливать биосинтез простагландинов из арахидоновой кислоты (С.Г. Пак, М.Х. Турьянов, 1979), которые, в свою очередь, опосредуют развитие функциональных расстройств со стороны гемостаза, гемодинамики и других систем макроорганизма. Логическим завершением этой серии работ явилось обоснование раннего использования ингибиторов биосинтеза простагландинов в терапии больных с эндотоксинемиями (С.Г. Пак с соавт., 1988).

Позднее столь же детально были изучены цитокины, позволившие установить взаимосвязь уровня некоторых из них (прежде всего TNF-б и IL-1) с развитием инфекционно-токсического шока.

По мере расширения наших представлений относительно механизмов действия бактериальных ЛПС, неоднократно предпринимались попытки применения различных классов фармакологических препаратов, точкой приложения которых были «ключевые звенья патогенеза» эндотоксинемий (таблица 2).

Таблица 2

Основные этапы в изучении механизмов действия эндотоксинов и предложения по патогенетическим методам лечения эндотоксинемий

Хотя проводимые клинико-экспериментальные исследования и давали определенные надежды терапевтической эффективности применения этих препаратов при эндотоксинемиях, тем не менее, ни один из них не стал препаратом выбора.

Эти исследования можно рассматривать как продолжение увлекательного поиска «золотой пули» (по Paul Ehrlich) и создания «чудо-лекарств», как еще совсем недавно называли антибактериальные препараты, однако, на самом деле, они служат отражением степени и глубины наших представлений о хитросплетениях патогенетических механизмов развития инфекционных заболеваний.

И следует признать, что чем глубже мы познаем механизмы развития инфекционных заболеваний, тем яснее и отчетливее понимаем, что универсального лекарства быть не может. «Золотым ключом» в решении проблемы повышения эффективности проводимых нами терапевтических и профилактических мероприятий при инфекционных заболеваниях является комплексное изучение инфекционного процесса с обязательным учетом функционирования естественных (природных) защитных систем макроорганизма.

«Болезнь - это драма в двух актах,

из которых первый разыгрывается в угрюмой тишине наших тканей,

при погашенных свечах.

Когда появляется боль или другие неприятные явления,

это почти всегда уже второй акт»

«Лихорадка - это сильнейший механизм,

который природа создала для покорения своих врагов»

Sydenham, английский врач XVII века

ЭНДОТОКСИН (ЛПС) В ПАТОГЕНЕЗЕ АТЕРОСКЛЕРОЗА =

Конев Ю.В., Лазебник Л.Б.

ГУЗ Центральный научно-исследовательский институт гастроэнтерологии ДЗ г. Москвы

Конев Юрий Владимирович 111123, Москва, шоссе Энтузиастов, д. 86 E-mail: gastroen ter@rambler. ru

Современные данные о процессах лежащих в основе атерогенеза свидетельствуют о значительной роли эндотоксина (липополисахарида - ЛПС) кишечной микрофлоры в развитии сосудистых поражений. В работе обобщены материалы литературы и результаты собственных исследований об участии ЛПС грамнегативных бактерий в инициировании и прогрессировании атеросклероза. Доказано, что ЛПС грамотрицательных бактерий взаимодействуют TLR4, запускает цитокиновый каскад с последующим формированием атером.

Ключевые слова: эндотоксин; ЛПС; атеросклероз; атерогенез; TLR. SUMMARY

Recent data on the processes underlying atherogenesis indicate the significant role of endotoxin (lipopolysaccharide - LPS) of the intestinal microflora in the development of vascular lesions. This paper summarizes the literature and material results of their research on the participation of LPS gramnegativnyh bacteria in the initiation and progression of atherosclerosis. We prove that the LPS of gram-negative bacteria interact with TLR4, triggers cytokine cascade with the subsequent formation of atheroma. Keywords: endotoxin; LPS; atherosclerosis; aterogenesis; TLR.

В настоящее время количество умирающих от атеросклероза значительно превышает количество летальных исходов от других заболеваний. Ишемическая болезнь сердца, гипертоническая болезнь, ишемические поражения головного мозга, хроническая ишемия нижних конечностей, хроническая ишемическая болезнь органов пищеварения - вот далеко не полный перечень тяжелых заболеваний, в основе которых лежат атеросклеро-тические поражения сосудистой стенки. Патогенез атеросклероза сложен и многообразен, а в процессе инволюции частота и интенсивность факторов риска резко возрастают, что и определяет высокую заболеваемость атеросклерозом людей старших возрастных групп. Однако некоторые общебиологические механизмы лежащие в основе возникновения атеросклеротического процесса, недостаточно изучены .

Наиболее широко распространено в настоящее время положение о том, что атеросклероз является хроническим заболеванием, в основе которого лежат повреждения эндотелия и формирование в стенке артерий фиброзных атеросклеротических бляшек,

до настоящего времени, несмотря на предложенные варианты, остается недостаточно ясной причина, запускающая механизм образования атероскле-ротической бляшки. Исследования последних лет заставляют предположить возможность участия в этих процессах эндотоксина, избыточному образованию которого способствуют дисбиотические изменения в кишечнике, столь нередко возникающие в пожилом и старческом возрасте .

Эндотоксин - липополисахарид (ЛПС), входящий в состав внешней мембраны клеточной стенки грамотрицательных бактерий, обладающий широким спектром различных видов биологической активности.

В норме из толстого кишечника человека в кровоток проникает лишь незначительное количество ЛПС, так как у человека имеется ряд гуморальных и клеточных факторов, связывающих ЛПС: липо-протеины высокой удельной плотности, антитела, в частности антитела к гликолипиду хемотипа Re, клетки Купффера, полиморфноядерные лейкоциты и макрофаги. Еще недавно считалось, что в физиологических условиях ЛПС проникает из кишечника

лишь в воротную вену, где захватывается в основном клетками Купффера, однако исследования последних лет показали, что эндотоксин в небольших количествах обнаруживается у здоровых людей и даже у новорожденных детей в системном кровотоке, в плазме крови и на поверхности полиморфоядерных лейкоцитов. Нормально функционирующие анти-эндотоксиновые факторы обеспечивают достаточно эффективную защиту организма от вредных последствий действия ЛПС в физиологических условиях. Однако ситуация существенно изменяется при стрессе, действии проникающей радиации и других экологически вредных факторов, различных заболеваниях инфекционного и неинфекционного генеза. В этих условиях не только увеличивается проникновение ЛПС в системный кровоток, но и истощаются факторы антиэндотоксинового иммунитета. При этом резко снижаются титры антител к гликолипиду хемотипа Re, нейтрализующих эндотоксин, содержание ПЯЛ, связывающих ЛПС in vivo, в кровотоке. Также практически исчезают ПЯЛ, способные связывать ЛПС in vitro. Иными словами, исчезают резервы связывания ЛПС антителами и гранулоцитами и организм становится почти полностью беззащитным к повторным атакам вновь поступающего в кровь ЛПС .

Первичные или начальные этапы системного воздействия эндотоксина обусловлены взаимодействием ЛПС с различными клетками крови и тканей, а также липопротеинами крови. Из клеток, акцептирующих эндотоксин, главными участниками и индукторами воздействия эндотоксина являются эндотелиальные клетки, тромбоциты, макрофаги, нейтрофилы, базофилы, тучные клетки, гепатоциты, что свидетельствует об отсутствии селективного связывания эндотоксина клетками.

Следует отметить, что значительная часть эндотоксина транспортируется к органам и тканям в комплексе с липопротеинами низкой плотности (ЛПНП), а фиксация эндотоксина на различных клетках крови, мезенхимы и органоспецифических элементах обусловлена в значительной мере наличием на их мембране рецепторов образраспознающих рецепторов (ОРР) Toll-подобного типа (TLR) .

Активная клеточная акцепция ЛПС в организме объясняет феномен диссоциации между явлениями умеренного содержания ЛПС и «эндотоксиновой аггрессией», когда при невысоком содержании в крови циркулирующего эндотоксина развивается характерная картина эндотоксинового каскада вплоть до шока.

Элиминация эндотоксина из системного кровотока носит двухфазный характер: вслед за быстрой адсорбцией ЛПС на клетках крови возникает его депонирование преимущественно в печени и в значительно меньших концентрациях в селезенке, кишечнике, легких, почках с последующим их повреждением при участии цитокинов.

В ранний период «эндотоксиновой агрессии» установлено повышение образования острофазных

белков: С-реактивного белка, трансферрина, кислого-а1-гликопротеина, гаптоглобина, ИЛ-6, коррелирующее с выраженностью степени эндо-токсинемии. И, конечно же, белки острой фазы принимают активное участие в связывании и инактивации избыточного эндотоксина.

Элиминация эндотоксина из системного кровотока обеспечивается наличием антител к детерминантам ядра ЛПС, а также ингибиторов неимму-ноглобулиновой природы. Отмечен выраженный детоксикационный эффект больших доз гепарина, активирующего липопротеиновую липазу, которая в свою очередь разрушает ЛПС.

Имеются сообщения об участии в процессах детоксикации ЛПС в крови лизоцима, интерферона, макроглобулинов, термолабильного сывороточного инактиватора с эстеразной активностью, фосфатаз, комплемента, белка а-глобулиновой фракции крови с константой седиментации 4,5 .

Определенную роль в эндотоксинсвязывающей активности плазмы крови играют липопротеиды высокой удельной плотности, способные образовывать с ЛПС устойчивый комплекс.

Детоксикация и деградация ЛПС в клетках осуществляются при участии различных ферментативных систем: липоксигеназ, фосфорилаз, деацетилаз, дефосфорилаз.

Тем не менее известно что главными акцептирующими ЛПС клетками крови являются полиморф-ноядерные лейкоциты (ПЯЛ), макрофаги, тромбоциты. Установлено, что уже через 1-2 минуты после введения эндотоксина около 40% ПЯЛ содержат на своей поверхности эндотоксин, к 30-й минуте эндотоксинсодержащие ПЯЛ секвестируются в микроциркуляторном русле легких, печени, почек, селезенки и в меньшей степени в надпочечниках, инициируя повреждение этих органов. Установлено, что эндотоксинстимулированная секвестрация ней-трофилов в легких не связана с усилением продукции ФАТ и тромбоксана А2, а обусловлена усилением продукции L-селектина.

Через 30-60 минут после введения эндотоксина Sl. typhi murium кроликам отмечалось уменьшение активности миелопероксидазы и уровня катионных белков в ПЯЛ, достигающее максимума к 3 часам.

Опосредованно, через усиление продукции фибро-нектина, сальмонеллезный эндотоксин увеличивает хемотаксическую, адгезивную активность нейтрофи-лов, усиливает пониженную и уменьшает повышенную генерацию ПЯЛ супероксидного аниона радикала.

Сложное динамическое взаимодействие эндо-токсинсвязывающих систем крови и эндотоксина обуславливает интенсивность развития изменений реологических свойств крови, гемостаза и микроциркуляции при системной эндотоксинемии.

Связывание эндотоксина макрофагами, ПЯЛ, с одной стороны, индуцирует развитие комплекса защитных реакций, а с другой - продукцию ци-токинов и цитокинопосредованную деструкцию различных органов и тканей .

Таким образом, например, эндотоксин (ЛПС) - компонент внешней оболочки грамотрицательных бактерий - взаимодействует с ЛПС-связывающим протеином (LBP) и транспортируется в печень. Макрофаги печени (звездчатые ретикулоциты) и моноциты активируются и высвобождают воспалительные медиаторы. Это служит предпосылкой развития синдрома системного воспалительного ответа (ССВО).

ЛПС может способствовать развитию нарушений функций кишечного барьера посредством следующего механизма. ЛПС в высоких концентрациях непосредственно активирует CD14 клетки эндотелия кишечника, в результате чего теряется целостность эндотелия.

Важную роль в атерогенезе играет хронический воспалительный процесс, который обусловливает развитие альтерации и пролиферации эндоте-лиальных и гладкомышечных клеток сосудистой стенки и активацию макрофагов, локализованных в интиме артерий. Активированные макрофаги в избыточном количестве поглощают холестерин из липопротеинов низкой удельной плотности и превращаются вследствие этого в пенистые клетки, появление которых является одним из ранних признаков формирования атером .

Один из механизмов действия эндотоксина реализуется через дисфункцию эндотелия. В частности, эндотелиальную дисфункцию следует назвать главной причиной смерти пациентов через несколько лет после перенесенного перитонита.

Независимо от причины ведущими звеньями патогенеза эндотелиальной дисфункции при различной патологии являются дисбиоз, избыточное поступление эндотоксинов в портальный и системный кровоток, нарушение метаболических функций печени и системная воспалительная реакция. Они образуют замкнутую патологическую систему, главной мишенью которой становится эндотелий, в том числе синусоидов ретику-лоэндотелиальной системы печени.

Рис. 1. Патогенез повреждения сосудистой стенки при эндотоксиновой агрессии

клеточными рецепторами CD14, расположенными на мембранах макрофагов, полиморфноядерных лейкоцитов, эндотелиоцитов, активирует их, стимулируя выработку этими клетками цитокинов и других медиаторов воспалительной реакции - комплемента, вазоактивных медиаторов, метаболитов арахидоновой кислоты, адгезинов, кининов, факторов активации тромбоцитов, гистамина, эндотели-нов, факторов коагуляции, активных кислородных радикалов и оксида азота (NO). Этот медиатор наделен главными патологическими полномочиями при формировании эндотелиальной дисфункции в любых ситуациях.

Синтезированный NO оказывает как аутокрин-ное, так и паракринное действие, то есть влияет на метаболические процессы как в самих клетках, так и в расположенных по соседству. Клеточными мишенями NO являются железосодержащие ферменты и белки (гуанилатциклаза, NO-синтетаза, митохон-дриальные дыхательные ферменты, ферменты цикла Кребса, ферменты синтеза белка и ДНК); белковые SH-группы и др. Связываясь с кислородом, NO образует чрезвычайно токсичные соединения - пероксинитриты. Образование NO и L-циррулина катализируется ферментом синтетазой (NOS) из L-аргинина. Известны три типа NOS: нейрональная (nNOS), эндотелиальная (eNOS) и индуцибельная (iNOS). В физиологических условиях синтез NO обеспечивают nNOS и eNOS синтетазы, а синтез iNOS увеличивается только в ответ на действие патогенных стимулов: экспрессию гена iNOS индуцируют ИЛ-1, интерферон-у, ФНО-а и эндотоксин грамнега-тивных бактерий. В физиологических условиях эти

механизмы с участием N0 используются макрофагами для уничтожения опухолевых клеток, которые не только сами производят N0, но и секретируют ФНО-а, индуцируя тем самым синтез в них iN0S. Помимо проапоптической роли, активация iN0S важна для поддержания иммунитета при остром и хроническом воспалении.

Ограничение патологического действия N0 и его инактивация осуществляются с помощью суперок-сидрадикала О2 увеличение продукции которого в кровеносной системе фагоцитирующими или эндо-телиальными клетками в то же время провоцирует спазм и является основой развития последующей ЭД. Аналогичным действием обладают окисленные и гликозилированные формы липопротеидов низкой плотности (ЛПНП), они ингибируют еN0S в макрофагах и эндотелиоцитах .

Однако механизмы повреждающего действия эндотоксина на клетки эндотелия явны недостаточны. Конечно, это действие опосредуется через полиморфноядерные лейкоциты. В настоящее время известны несколько видов взаимодействия ЛПС с ПЯЛ и макрофагами: а) ЛПС связывается с рецеп-торным белком СD18, причем такое связывание не является необходимым для активации лейкоцитов;

б) ЛПС связывается сначала с белком LBP плазмы, а затем в комплексе с этим белком реагирует с рецептором СD14, что ведет к активации лейкоцитов;

в) неспецифическое взаимодействие ЛПС с мембранами клеток. К этому следует добавить также описанное Fc-зависимое связывание ЛПС клетками, армированными антиэндотоксиновыми антителами. Вклад этих видов связывания в проективную и

патогенетическую роли гранулоцитов пока еще не изучен. По-видимому, исход взаимодействия ЛПС с лейкоцитами и свойства ПЯЛ, индуцированные ЛПС, зависят от концентрации эндотоксина: при относительно низких концентрациях имеет место активация и положительный (физиологический) эффект, при высоких концентрациях - гиперактивация, перегрузка лейкоцитов эндотоксином и патологический эффект (развитие органопатологии). При гиперактивации лейкоцитов и их разрушении в окружающую среду выбрасывается много ферментов, в частности, эластаза и другие лизосомальные ферменты, которые могут оказывать повреждающее действие на клетки эндотелия .

Проведенные нами исследования позволили установить тот факт, что в крови лиц старших возрастных групп содержатся достаточно высокие титры антигликолипидных антител. Тот факт, что с увеличением возраста титр антител практически не изменялся, позволяет утверждать, что в инволюционном возрасте сохраняется синтез собственных антител к эндотоксину, что также косвенно подтверждает универсальное действие эндотоксина на организм человека.

Кроме этого, у пожилых с явлениями атеросклероза нами был обнаружен феномен ослабленности гранулоцитарного звена антиэндотоксиновой защиты. При исследовании в мазках крови с помощью ЛПС-теста выявлено практически полное отсутствие не только резервов связывания эндотоксина грану-лоцитами, но и также недостаточное значение или полное отсутствие ЛПС-позитивных лейкоцитов в крови. Связывание эндотоксина гранулоцитами является очень важным звеном антиэндотоксиновой защиты и ЛПС-элиминирующей функции. Кроме того, акцепция эндотоксина гранулоцитами обусловливает активацию антимикробного потенциала этих клеток и является важным звеном общей антибактериальной резистентности организма в целом. Снижение нативных ЛПС-позитивных ПЯЛ в системном кровотоке лиц старших возрастных групп, по-видимому, является следствием определенной возрастной неполноценности этой популяции клеток, которые, как известно, выполняют функции первого антибактериального барьера. Наверное, именно этим обстоятельством объясняется подверженность организма лиц старших возрастных групп к неблагоприятному течению осложнений атеросклероза, в особенности бактериальных инфекций.

Снижение ЛПС-позитивных гранулоцитов в общем кровотоке лиц старших возрастных групп при наличии достаточно высоких титров антигли-колипидных антител свидетельствует, на наш взгляд, и о некоторой неспособности ПЯЛ у лиц старшего и пожилого возраста к Fc-связыванию вообще (то есть и иных антигенов), что, безусловно, свидетельствует об определенной возрастной «дефектности» системы полиморфноядерных лейкоцитов у лиц инволюционного периода.

Под действием избытка эндотоксина в лейкоцитах активируются и ферменты пе-рекисного окисления липидов, конечные продукты которого также могут вызывать повреждения эндотелия.

В действие эндотоксина на эндотелий может вовлекаться также система комплемента, которая активируется эндотоксином. В частности, с ЛПС взаимодействует фракция комплемента С5а.

Наконец, возможен еще один механизм действия эндотоксина на эндотелий. На поверхности клеток эндотелия находится фи-бронектин, который играет важную роль во взаимодействии клетка-клетка и в прикреплении клетки к подслою. Фибронектин плазмы антигенно идентичен фибронектину на поверхности клеток и также участвует в прикреплении клеток друг к другу и к ба-зальной мембране. При эндотоксинемии фибронектин плазмы может разрушаться лейкоцитарными протеазами и расходоваться в качестве опсонина, что может приводить к его вымыванию с поверхности клеток эндотелия и их слущиванию. После введения эндотоксина клетки эндотелия обнаруживаются в кровотоке у 88% подопытных животных, тогда как до введения они обнаруживались лишь у 12% здоровых животных.

Предположение о возможной роли ЛПС в патогенезе атеросклероза нашло свое подтверждение в ходе проведенного в последние годы и продолжающегося в настоящее время интенсивного накопления и изучения материалов о роли образраспознающих рецепторов (ОРР) в механизмах врожденного иммунитета. Понятие об ОРР было впервые предложено С.А. Janewаy. В настоящее время известно несколько семейств ОРР. Практически все ОРР являются сигнальными, они распознают главным образом чужеродные компоненты (лиганды), оповещают об их приходе и запускают каскад реакций, обеспечивающих передачу сигнала к ядру клетки и начало синтеза целого ряда биоактивных молекул. Сейчас наиболее полно изучены То11-подобные рецепторы (TLR). Они обнаружены на клетках эпителия, эндотелия, на моноцитах и макрофагах, полиморфноядерных лейкоцитах, дендритных и других клетках, вступающих в контакт с чужеродными агентами. У человека известны 10 TLR. Рецепторы TLR 1, 2, 4, 5, 6 и 10, распознающие поверхностные компоненты микроорганизмов, локализуются на поверхности клеток, а рецепторы TLR 3, 7, 8 и 9, связывающие структуры вирусных и бактериальных нуклеиновых кислот, размещаются в эндоплазматическом ретикулуме .

TLR играют очень важную роль в физиологии макроорганизма (рис. 2). После взаимодействия с микробными или вирусными лигандами они обусловливают синтез провоспалительных и противовоспалительных цитокинов, дефенсинов, стимулируют реакции врожденного и адаптивного

Рис. 2. Виды TLR-рецепторов (Akira и соавт., 2003)

иммунитета, обеспечивают участие кишечной микрофлоры в поддержании гомеостаза и репарации повреждений клеток эпителия слизистой оболочки. Исследователи из США по результатам проведенных недавно экспериментов сделали заключение о том, что рецепторы TLR имеют по крайней мере две функции: 1) защита от инфекции и 2) поддержание тканевого гомеостаза.

Имеется достаточно четко выраженная специфичность реакций ^В. с различными структурами. Так, играет важную роль в ответе клеток макроорганизма на ЛПС грамотрицательных бактерий, Кроме того, он распознает белок теплового шока р60, пептиды фибронектина и некоторые другие компоненты. образует димеры с и и распознает пептидогликан грамположительных бактерий, липотейхоевую кислоту, зимозан, диа-циловый липопептид, белок теплового шока р70 и другие структуры. связывает флагеллины

грамположительных и грамотрицательных бактерий. Рецепторы ^В3, 7, 8, 9 распознают бактериальную и вирусную ДНК, вирусную двунитевую РНК и некоторые неметилированные дезоксиоли-гонуклеотидные последовательности.

Такая специфичность реакций ^В позволила определить их функции и роль в патогенезе некоторых патологических процессов. Так, при мутации в гене 1:1г4, который кодирует синтез рецептора ^В4, отменяется ответ на ЛПС, резко возрастает чувствительность к инфекциям, вызванным гра-мотрицательными бактериями, но снижается риск развития атеросклероза и инфаркта миокарда. При этом наблюдается также снижение концентрации циркулирующих провоспалительных цитокинов, фибриногена и растворимых адгезинов, вовлекаемых в формирование атеросклеротических бляшек на стенках сосудов и прогрессирование атеросклероза. Следовательно, получены доказательства важной роли ТЬВ4 в патогенезе атеросклероза, а также значимости ЛПС, одного из основных лигандов как причинного фактора,

запускающего реакции, способные в итоге вызвать

формирование атеросклеротических поражений сосудистой стенки .

Публикация о роли хламидийного ЛПС в инициировании атерогенеза появилась еще в 1998 году, однако сообщения о возможной роли бактериальных ЛПС в инициировании атеросклеротических повреждений появились значительно раньше. В частности, было показано, что ЛПС вызывает повреждения эндотелия у экспериментальных животных. Было установлено также, что ЛПС E. coli и S. typhimurium индуцируют накопление липидов в макрофагах при их культивировании в присутствии нативных липопротеинов низкой удельной плотности. Эти материалы позволили высказать предположение о связи между эндотоксинемией и атеросклерозом. Появились также первые клинические материалы, подтверждающие это предположение. Наблюдения в течение длительного времени за довольно большим количеством пациентов с ишемической болезнью сердца показали, что инфаркт миокарда развивался в несколько раз чаще у больных с высоким содержанием эндотоксина в кровотоке. В высоких концентрациях эндотоксин обнаруживался также в кровотоке больных хронической ишемией нижних конечностей, причем тяжесть клинического течения заболевания коррелировала с концентрацией эндотоксина в крови .

С 1992 года после исследования BONE оформилось понятие синдрома системного воспалительного ответа (ССВО). Еще в высказываниях И.И. Мечникова указывалось на воспаление, особенно его сосудистый компонент, как на универсальную защитную реакцию. В то же время И.И. Мечников отмечал возможность не только защитного эффекта от воспалительного синдрома, но и от повреждающего влияния на органы и системы больного. В настоящее время показано, что ССВО возникает не только при всех экстремальных состояниях - политравме, тяжелых инфекциях, сгисЬ-синдроме, тяжелой гипертонии, панкреатите, тяжелых операциях и др. Детали синдрома системной воспалительной реакции стали более понятны после определения

цитокинов и выявления их функции. К настоящему времени известны этапы развития синдрома системного воспалительного ответа и полиорганной недостаточности, которые в значительной степени определяются эндотоксином .

Исход реакции ЛПС с клетками макроорганизма зависит от его концентрации (рис. 3). Умеренная активация клеток и систем при низких дозах эндотоксина приводит к развитию ССВО, проявляющемуся локальным повреждением тканей. С увеличением дозы до умерено повышенного уровня эндотоксина начинают проявляться системные реакции в виде острофазного ответа и лихорадки. И наконец высокий уровень ЛПС приводит к гиперактивации, которая сопровождается усиленной продукцией туморнекротизирующего фактора-а и ряда других медиаторов, усиленной активацией системы комплемента и факторов свертывания крови, что может заканчиваться развитием таких грозных осложнений, как диссеминированное внутрисосу-дистое свертывание (ДВС), эндотоксиновый шок и острая полиорганная недостаточность.

В зависимости от дозы ЛПС вызывает повреждения клеток или стимулирует синтез ряда физиологически активных медиаторов, таких как эндогенный пироген, интерлейкины, туморнекротизирующий фактор и другие.

Изучено влияние синдрома системного воспалительного ответа на гемостаз, развитие тромбофи-лического состояния. Однако проявления синдрома системного воспалительного ответа применительно к различным медицинским направлениям изучены недостаточно. В лечебной тактике пока не получили отражения в достаточной мере патофизиологические изменения, происходящие в процессе ССВО.

Исследования последних лет доказали, что кишечник играет центральную роль в патогенезе развития синдрома системного воспалительного ответа - SIRS (ССВО) и его крайнего проявления - полиорганной недостаточности. Кишечник не просто орган, отвечающий за обеспечение организма необходимыми питательными веществами. Для сохранения целостности слизистой самого кишечника необходимо наличие питательных веществ. Кишечник выполняет эндокринную, иммунную, метаболическую и механическую барьерные функции. Многие факторы участвуют в поддержании целостности и регенерации слизистого слоя желудочно-кишечного тракта. Это желудочно-кишечные пептиды, энтероглюкагон, тироксин, жирные кислоты, гормон роста, пейеровы бляшки, лимфоциты, макрофаги, иммуноглобулин А в желчном секрете. Стенка кишечника богато выполнена лимфоидной тканью, которая взаимодействует с бактериальной флорой кишечника и факторами питания; в норме бактерии и токсины из просвета кишечника в небольшом количестве проникают через систему портальной вены в печень, где осуществляется их клиренс купфферовскими и ретикулоэндотелиаль-ными клетками. Нормальная микрофлора, являясь симбионтной, выполняет ряд функций, существенно важных для макроорганизма. Это и неспецифическая защита от бактерий, вызывающих кишечные инфекции, основанная на микробном антагонизме, и участие в выработке антител, и витаминосин-тезирующая функция микроорганизмов, в частности, витаминов С, К, В, В2, В6, В, РР, фолиевой и

Рис. З.Эндотоксин и воспаление

пантотеновой кислот. Кроме того, микробы, населяющие кишечник, расщепляют целлюлозу, участвуют в ферментативном расщеплении белков, жиров и высокомолекулярных углеводов, способствуют всасыванию кальция, железа, витамина D, благодаря созданию кислой среды принимают участие в обмене желчных кислот и образовании в толстой кишке стеркобилина, копростерина, дезоксихоле-вой кислоты, участвуют в образовании продуктов распада белка (фенола, индола, скатола), нормализующих кишечную перистальтику. Нормальная бактериальная микрофлора способствует «созреванию» макрофагально-гистиоцитарной системы, влияет на структуру и всасывающую способность слизистой оболочки кишечника .

Микрофлору кишечника подразделяют на об-лигатную, факультативную, транзиторную.

Облигатная часть микрофлоры постоянно входит в состав нормальной флоры и определяет ряд метаболических процессов, осуществляет защиту организма хозяина от инфекции. Факультативная часть, встречающаяся у здоровых людей при снижении резистентности микроорганизма, может выступать в качестве этиологического фактора заболевания. Транзиторная часть обнаруживается, как правило, случайно, так как неспособна к длительному пребыванию в макроорганизме.

Нередко возникают трудности в трактовке результатов бактериологического исследования кала в связи с широкими колебаниями их даже у практически здоровых людей, быстрой сменяемостью показателей у одного и того же больного при повторных исследованиях без какой-либо закономерности. К тому же известно, что микрофлора фекалий не всегда отражает содержание пристеночной, криптовой и, вероятно, даже внутрипросветной (полостной) микрофлоры кишечника .

Слизистая кишечника постоянно обновляется, имеет высокую степень метаболической активности и, таким образом, является более уязвимой для ишемии и атрофии. Если эпителиоциты лишены номинального притока питательных веществ, то имеет место снижение активности репродукции и миграции клеток, а также синтеза ДНК и барьерной функции кишечника.

Учитывая это, в норме из просвета кишечника в кровоток проникает лишь небольшое количество ЛПС, так как у человека имеется ряд гуморальных и клеточных факторов, связывающих ЛПС: липо-протеины высокой удельной плотности, антитела, в частности антитела к гликолипиду хемотипа Яе, клетки Купффера, полиморфноядерные лейкоциты и макрофаги. Антиэндотоксиновые факторы обеспечивают достаточно эффективную защиту организма от избытка ЛПС в физиологических условиях. Однако ситуация существенно изменяется при неблагоприятных экологических условиях и при различных заболеваниях, что приводит к истощению факторов антиэндотоксинового иммунитета. При этом резко снижаются титры антител к ЛПС,

содержание ПЯЛ, связывающих эндотоксин in vivo, в кровотоке. Также практически исчезают ПЯЛ, способные связывать эндотоксин in vitro. Резко снижаются резервы связывания эндотоксин антителами и гранулоцитами, и организм становится почти полностью беззащитным к повторным атакам вновь поступающего в кровь эндотоксина, и реализуются его патофизиологические эффекты .

Так, Дж. Меакинс и Дж. Маршалл еще в 1986 году впервые выдвинули гипотезу развития SIRS и ПОН в результате изменения проницаемости слизистой кишечника, что приводило к транслокации бактерий и токсинов в систему циркуляции .

Очевидно, в основе патогенеза атеросклероза лежат реакции, запускаемые вследствие взаимодействия То11-подобных рецепторов с экзогенными и эндогенными лигандами. После стимуляции лигандами То11-подобных рецепторов осуществляется передача сигнала к ядру клетки и активация транскрипционного фактора ОТ-кВ, что ведет к экспрессии целого ряда провоспалительных и противовоспалительных цитокинов, протективных факторов и других биоактивных молекул, в том числе факторов адгезии. Активация и альтерация клеток эндотелия и гладких мышц, активация макрофагов интимы артерий и их превращение в

ЭНДОТОКСИНОВАЯ АГРЕССИЯ (ПАТОФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ ЭФФЕКТЫ ЭНДОТОКСИНА)

Мишень для эндотоксина Высвобождаемые вещества Патофизиологическое действие Клинические проявления

Макрофаги 1Ь-1; ТОТ-а; 1Р^у; П-6 Активация фагоцитов; высвобождение простагландинов в гипоталамусе; разрегуляция всех воспалительных реакций; N0-индуцированная вазоди-латация Лихорадка; головокружение; повышение проницаемости капилляров, особенно в легких

Индуцибельное высвобождение N0

Комплемент С3а Вазодилатация повышенная проницаемость капилляров; активация фагоцитов Гипотензия; геморрагический синдром

Тромбоциты Тромбоцит-активирующий фактор Разрегулировка воспалительного процесса; агрегация тромбоцитов; прокоагулянт-ный эффект Вазодилатация, вызывающая гипотензию Внутрисосудистое свертывание (ДВС-синдром)

Тромбоксан А2

Тромбоцитарный фактор 3

Нейтрофи-лы Катионовые протеины Дегрануляция тучных клеток; синтез кинина; активация комплемента Артериальная гипотензия; повышенная проницаемость капилляров

Калликреин

Лизосомальные энзимы

Фактор Хагемана Активация кининовой системы; активация тромбооб-разующих и фибринолитиче-ских механизмов Высвобождение калликреина и кининов; усиленное потребление фибриногена Внутрисосудистое свертывание (ДВС-синдром); геморрагии как результат повышенного потребления фибриногена; артериальная гипотензия

пенистые клетки, насыщенные эфирами холестерина, ведут к формированию атеросклеротических бляшек, а повторяющееся поступление в кровоток экзогенных лигандов БоИ-рецепторов и активный выброс в кровоток при стрессовых состояниях их эндогенных лигандов способствуют прогресссиро-ванию атеросклероза. Эта точка зрения позволяет объединить различные представления о механизмах атерогенеза и роли так называемых факторов риска. Несмотря на интенсивное изучение функций образраспознающих рецепторов и Toll-подобных рецепторов, в частности, механизмы регуляции процессов, запускаемых взаимодействием рецепторов с их лигандами, практически не известны. Естественно, это затрудняет разработку мер предупреждения негативных последствий функционирования этих рецепторов. Имеющиеся у нас данные говорят о том, что пре- и пробиотические препараты могут подавлять индуцирующее действие ЛПС. Считается признанным, что повышение содержания холестерина в сыворотке является фактором риска, ассоциируемым с развитием атеросклероза и поражением коронарных сосудов, являющихся основной причиной смертности в западных странах. Для лечения таких больных используют многочисленные лекарственные препараты, снижающие содержание холестерина. Однако точки воздействия этих соединений, к примеру статинов, перекрещиваются с эндотоксинами, воздействуя диаметрально противоположно, что вызывает озабоченность относительно возможности их терапевтического применения в определенных клинических ситуациях. Прием пре- и пробиотиков является более естественным методом снижения холестерина в сыворотке людей. Так, прием этих препаратов оказывает довольно значительное профилактическое гипохолестеринемическое действие.

Обобщая известные на сегодня данные, касающиеся патогенеза атеросклероза, становится очевидным, что наука накопила огромное количество фактов о влиянии различных агентов на возникновение и течение атеросклероза. Под широким понятием «атеросклероз» скрываются патологические процессы с различными механизмами. Их объединяет лишь конечный морфологический субстрат в виде повреждения сосудистой стенки, заканчивающегося развитием атеросклеротической бляшки или специфического сужения сосуда.

Понятие «атеросклероз» некоторые авторы разделяют с понятием «артериосклероз», под которым они понимают уплотнение стенки артерий вследствие интрамурального фиброза и кальцификации последней, связанной с физиологическим старением или влиянием болезнетворных агентов (например, сифилитический артериолосклероз). Так как артериолосклероз может развиваться на фоне протекающего артериосклероза и последний, естественно, будет отягощать его развитие, то некоторые авторы предлагают для таких случаев ввести термин «артерио-атеросклероз» означающий ассоциацию этих поражений и вовлечение в процесс сосудистой стенки. Другие авторы, впадая в крайность иного рода, рекомендуют рассматривать атеросклероз как частный случай артериосклероза. Наконец, в зарубежной литературе иногда встречается отождествление понятий «атеросклероз» и «артериосклероз».

Очевидно, что атеросклероз представляющий собой самостоятельное заболевание, протекающее во внутренней оболочке артерий вследствие проникновения и накопления в ней липидов и связанных с этим последующим образованием фиброзных бляшек. Нет никаких оснований (патогенетических, морфологических и биохимических) путать и отождествлять атеросклероз с артериосклерозом

Определенная автономность механизмов доказывается тем, что не всегда возникновение ги-перлипидемии сразу ведет к развитию атероскле-ротических изменений в сосудах. И в то же время развитие атеросклероза в определенных условиях возможно и без предшествующей гиперлипидемии. Правда, наиболее часто встречающимся фактом является все же закономерная причинно-следственная связь между гиперлипидемией и атеросклеро-тическим повреждением сосудистой стенки, хотя для возникновения и реализации ее требуются определенные дополнительные факторы, одним из которых является эндотоксин грамотрицательных бактерий - один из наиболее активных и постоянно действующих факторов, способствующих атерогенезу. Поэтому необходимы проведение мониторинга за содержанием эндотоксина в кровотоке и разработка методов профилактики и терапии гиперэндотоксинемий.

ЛИТЕРАТУРА

1. Ross R. The pathogenesis of atherosclerosis: a perspective for the 1990s // Nature. - 1993. - Vol. 362. - P. 801-809.

2. Климов А.Н., Нагорнев В.А. Взгляд на решение проблемы атеросклероза // Вестн. РАМН. - 1999. - № 9. - С. 33-37.

3. Конев Ю.В., ЛазебникЛ.Б. Метаболизм эндотоксина в организме и его роль в процессах инволюции // Клин. геронтол. - 2009. - Т. 15, № 1. - С. 39-46.

4. Конев Ю.В., Каган Л.Г., Трубникова И.А. Дисбиотические процессы в кишечнике у лиц старших возрастных групп // Справочник поликлинического врача. - 2009. - № 3. - С. 44-48.

5. Яковлев М.Ю. Элементы эндотоксиновой теории физиологии и патологии человека // Физиология человека. - 2003. - Т. 29, № 4. - С. 98-109.

6. Рябиченко Е.В., Бондаренко В.М. Роль кишечной бактериальной аутофлоры и ее эндотоксина в патологии человека // Журн. микро-биол. - 2007. - № 3. - С. 103-111.

7. Cook D.N., Pisetsky D.S., Schwartz D.A. Toll-like receptors in the pathogenesis of human disease // Nature Immunol. - 2004. - Vol. 5,

№ 10. - P. 975-979.

8. Akira S, Sato S. Toll-like receptors and their signaling mechanisms // Scand. J. Infect. Dis. - 2003. - Vol. 35, № 9. - P. 555-562. Review.

9. ЛыковаЕ.А., Бондаренко В.М., Воробьев А.А. и др. Бактериальная эндотоксинемия у детей кишечными дисбактериозами // Журн. микробиол. - 1999. - № 3. - С. 67-70.

10. ZhangH.Y., Han de W., Su A.R. et al. Intestinal endotoxemia plays a central role in development of hepatopulmonary syndrome in a cirrhotic rat model induced by multiple pathogenic factors // World J. Gastroenterol. - 2007. - Vol. 13, 47. - P. 6385-6395.

11. Yokude M, Kita T. The macrophage and its role in atherogenesis // Intern. Med. - 1995. - Vol. 34. - P. 281-283.

12. Erridge C., Stewart J., Poxton I.R. Monocytes heterozygous for the Asp299Gly and Thr399Ile mutations in the Toll-like receptor 4 gene show no deficit lipopolysaccharides signaling // J. Exp. Med. - 2003. - Vol. 197. - P. 1787-1791.

13. Majdalawieh A., Ro H.S. LPS-induced suppression of macrophage cholesterol efflux is mediated by adipocyte enhancer-binding protein 1 // Int. J. Biochem. Cell. Biol. - 2009. - Vol. 41, № 7. - P. 1518-1525. Epub 2009 Jan 8.

14. Taranto M.P., Perdigon G., MediciM. et al. Animal model for in vivo evaluation of cholesterol reduction by lactic acid bacteria // Methods Mol. Biol. - 2004. - Vol. 268. - P. 417-422.

15. Яковлев М.Ю., Лиходед В.Г., Пермяков Н.К., Конев Ю.В. Эндо-токсининдуцированные повреждения эндотелия // Арх. патол. - 1996. - Т. 58, № 2. - С. 41-46.

16. Ковальчук Л.В. Учение о воспалении в свете новых данных: развитие идей И.И. Мечникова // Журн. микробиол. - 2008. - № 5. - С. 10-15.

17. Liao W. Endotoxin: possible roles in initiation and development of

аtherosclerosis // J. Lab. Clin. Med. - 1996. - Vol. 128, № 5. - P. 452-460.

18. Ieven M.M., Hoymans V.Y. Involvement of Chlamydia pneumoniae in atherosclerosis: more evidence for lack of evidence // J. Clin. Microbiol. - 2005. - Vol. 43, № 1. - P. 19-24.

19. Rakoff-Wahoum S., Paglino J., Eslami-VarzanehF. et al. Recognition of commensal microflora by Toll-like receptors is required for intestinal homeostasis // Cell. - 2004. - Vol. 118, № 2. - P. 229-241.

20. БондаренкоВ.М., ГинцбургА.Л., ЛиходедВ.Г. Роль инфекционного фактора в патогенезе атеросклероза // Эпидемиол. и инфекционные болезни. - 2011. - № 1. - С. 7-12.

21. ЛиходедВ.Г., БондаренкоВ.М. Микробный фактор и toll-подобные рецепторы в патогенезе атеросклероза // Журн. микробиол., эпиде-миол. и иммунобиол. - 2009. - № 6. - С. 107-112.

22. Satoh M., Shimoda Y., Akatsu T. et al. Elevated rirculating levels of heat shock protein 70 are related to systemic inflammation reaction through monocyte Toll signal in patients with heart failure after acute myocardial infarction // Eur. Soc. Cardiol. - 2006. - Vol. 8. - P. 810-815.

23. Бондаренко В.М., Лиходед В.Г., Яковлев М.Ю. Определение эндотоксина грамотрицательных бактерий в крови человека // Журн. микробиол. - 2002. - № 2. - С. 83-89.

24. Лиходед В.Г., Конев Ю.В., Трубникова И.А. и др. Детекция эндотоксинов грамотрицательных бактерий по спектру частот электромагнитных излучений // Журн. микробиол., эпидемиол. и иммуно-биол. - 2007. - № 3. - С. 3-6.

25. Fraunberger P., Grone E., Grone H.J, Walli A.K. Simvastatin reduces endotoxin-induced nuclear factor kappaB activation and mortality in guinea pigs despite lowering circulating low-density lipoprotein cholesterol // Shock. - 2009. - Vol. 32, № 2. - P. 159-163.

26. Bone R.C. Toward an epidemiology and natural history of SIRS (systemic inflammatory response syndrome) // JAMA. - 1992. - Vol.

268, № 24. - P. 3452-3455.

27. Meakins J.L., Marshall J.C., Carrico Memon R.F. et al. Multiple-organ-failure syndrome // Arch Surg. - 1986. - Vol. 121, № 2. - P. 196-208.

28. Чижиков Н.А., Лиходед В.Г., Светухин Ф.Б., Яковлев М.Ю. Эндотоксин кишечной микрофлоры в клинике и патогенезе хронической ишемии нижних конечностей. - Пенза, 2002. - 169 c.

29. Wiederman C.J., Kiechl S., Dunzendorfer S. et al. Endotoxemia and atherosclerosis // J. Endotox. Res. - 2000. - Vol. 6, № 2. - P. 86-88.

30. Яковлев М.Ю., Аниховская И.А., Мешков М.В., Яковлева М.М. Кишечный эндотоксин в регуляции активности системы гемостаза и патогенезе ДВС-синдрома // Физиология человека. - 2005. - № 6. - С. 91-96.

31. Stewart G.J., Anderson M.J. An ultrastructural study of endotoxin induced damage in rabbit mesenteric arteries // Brit. J. Exp. Pathol. - 1971. - Vol. 52. - P. 75-80.

32. Memon R.F. et al. Endotoxin, tumor necrosis factor? And interleikin-1 decrease hepatic squalene synthase activity, protein, and mRNA levels in Syrian hamsters // J. Lipid Res. -1997. - Vol. 38. - P. 1620-1629.

33. Ulevitch R.J. Therapeutics targeting and innate immune system // Nature Rev. Immunol. - 2002. - Vol. 4. - P. 512-520.

Токсические вещества, синтезируемые бактериями, по химической природе относятся к белкам (экзотоксины) и ЛПС (эндотоксины) – локализуются в стенке Б!! и освобождаются только после их разрушения.

Эндотоксины. К ним относятся липополисахариды (ЛПС), которые содержатся в клеточной стенке грамотрицательных бак­терий. Токсические свойства определяются всей молекулой ЛПС , а не отдельными ее частями: ПС или липидом А. Хорошо изучены эндотоксины энтеробактерий (эшерихии, шигеллы и сальмонеллы, бруцеллы, туляремийные бактерии).

ЛПС (эндотоксины) в отличие от экзотоксинов более устойчивы к повышенной t°С, менее ядовиты и малоспецифичны. При введении в  подопытных Ж!! вызывают примерно одинаковую реакцию, независимую от того, из каких гр– Б!! они выделены. При ВВЕДЕНИИ БОЛЬШИХ ДОЗ наблюдается угнетение фагоцитоза, явления токсикоза, слабость, одышка, расстройством кишечника (диарея), падением деятель­ности и ↓ t°С тела. При введении НЕБОЛЬШИХ ДОЗ – обратный эффект: стимуляция фагоцитоза, t°С тела.

У ЛЮДЕЙ поступление эндотоксинов в кровяное русло приво­дит к лихорадке в результате их действия на клетки крови (гранулоциты, моноциты), из которых выделяются эндогенные пирогены. Возникает ранняя лейкопения , которая сменяется вторичным лейкоцитозом . Усиливается гликолиз  может возникнуть гипо­гликемия. Также развивается гипотония (по­ступление в кровь количества серотонина и кининов), нарушается кровоснабжение органов и ацидоз.

ЛПС активирует фракцию С3 комплемента по АЛЬТЕРНАТИВНОМУ ПУТИ  ↓ его содержания в сыворотке и накопление биологически активных фракций (С3а, С3b, С5а и др.). Большие количества поступившего в кровь эндоток­сина приводят к ТОКСИКО-СЕПТИЧЕСКОМУ ШОКУ.

ЛПС – сравнительно слабый иммуноген. Сыворотка крови животных, иммунизированных чистым эндотоксином, не облада­ет высокой антитоксической активностью  не способна полно­стью нейтрализовать его ядовитые свойства.

Некоторые бактерии одновременно образуют как белковые токсины, так и эндотоксины, например кишечная палочка и др.

ферменты и антигены патогенности

Ферменты патогенности - это факторы агрессии и защиты микроорганизмов. Способность к образованию экзоферментов во многом определяет инвазивность бактерий- возможность проникать через слизистые, соединительнотканные и другие барьеры. К ним относятся различные литические ферменты- гиалуронидаза, коллагеназа, лецитиназа, нейраминидаза, коагулаза, протеазы. Более подробно их характеристика дана в лекции по физиологии микроорганизмов.

Важнейшими факторами патогенности считают токсины , которые можно разделить на две большие группы- экзотоксины и эндотоксины .

Экзотоксины продуцируются во внешнюю среду (организм хозяина), обычно белковой природы, могут проявлять ферментативную активность, могут секретировать как грамположительными, так и грамотрицательными бактериями. Они обладают очень высокой токсичностью, термически нестойки, часто проявляют антиметаболитные свойства. Экзотоксины проявляют высокую иммуногенность и вызывают образование специфических нейтрализующих антител- антитоксинов. По механизму действия и точке приложения экзотоксины отличаются- цитотоксины (энтеротоксины и дерматонекротоксины), мембранотоксины (гемолизины, лейкоцидины), функциональные блокаторы (холероген), эксфолианты и эритрогенины. Микробы, способные продуцировать экзотоксины, называют токсигенными.

Эндотоксины высвобождаются только при гибели бактерий, характерны для грамотрицательных бактерий, представляют собой сложные химические соединения клеточной стенки (ЛПС)- подробнее смотри лекцию по химическому составу бактерий. Токсичность определяется липидом А, токсин относительно термостоек; иммуногенные и токсические свойства выражены более слабо, чем у экзотоксинов.

Наличие капсул у бактерий затрудняет начальные этапы защитных реакций- распознавание и поглощение (фагоцитоз). Существенным фактором инвазивности является подвижность бактерий, обусловливающая проникновение микробов в клетки и в межклеточные пространства.

Факторы патогенности контролируются:

- генами хромосомы;

- генами плазмид;

- генами, привнесенными умеренными фагами.

Биологический микроскоп.

Размеры микробов, имеющих клеточное строение, составляют 0,2–20 мкм и они легко обнаруживаются в иммерсионном микроскопе. Вирусы во много раз меньше. Диаметр самых больших из них, например вируса натуральной оспы, около 300 нм, а у самых мелких составляет 20–30 нм. Ввиду этого для выявления вирусов используются электронные микроскопы.

В микробиологических исследованиях применяют световые и элек­тронные микроскопы; методы оптической и электронной микроскопии.

Оптический микроскоп. Наиболее важной оптической частью микро­скопа являются объективы, которые делятся на сухие и иммерсионные.

Сухие объективы с относительно большим фокусным расстоянием и слабым увеличением применяются для изучения микроорганизмов, име­ющих крупные размеры (более 10–20 мкм), иммерсионные (лат. immersio – погружение) с фокусным расстоянием – при иссле­довании более мелких микробов.

При микроскопии иммерсионным объективом х90 обязательным ус­ловием является его погружение в кедровое, персиковое или в вазелиновое масло, показатели преломления света у которых близки предметному стеклу, на котором делают препараты. В этом случае падающий на препарат пучок света не рассеивается и, не меняя направления, попадает в иммерсионный объектив. Разре­шающая способность иммерсионного микроскопа находится в пределах 0,2 мкм, а максимальное увеличение объекта достигает 1350.

При использовании иммерсионного объектива вначале центрируют оптическую часть микроскопа. Затем поднимают конденсор до уровня предметного столика, открывают диафрагму, устанавливают объектив малого увеличения и при помощи плоского зеркала освеща­ют поле зрения. На предметное стекло с окрашенным препаратом наносят кап­лю масла, в которую под контролем гла­за осторожно погружают объектив, за­тем, поднимая тубус, смотрят в окуляр и вначале макро–, а потом микровинтом устанавливают четкое изображение объ­екта. По окончании работы удаляют салфеткой масло с фронтальной линзы объектива.

Микроскопия в темном поле зрения проводится при боковом освещении и обычно применяется при изучении подвижности бактерий или обнаружении патогенных спирохет, поперечник которых может быть меньше 0,2 мкм. Чтобы по­лучить яркое боковое освещение, обыч­ный конденсор заменяют специальным параболоидом–конденсором, в ко­тором центральная часть нижней линзы затемнена, а боковая поверхность зеркальная. Этот конденсор задерживает центральную часть параллель­ного пучка лучей, образуя темное поле зрения. Краевые лучи проходят через кольцевую щель, попадают на боковую зеркальную поверхность конденсора, отражаются от нее и концентрируются в его фокусе. Если на пути луча нет каких–либо частиц, он преломляется, падая на боковую зеркальную поверхность, отражается от нее и выходит из конденсора. Когда луч встречает на своем пути микробы, свет отражается от них и попадает в объектив – клетки ярко светятся. Так как для бокового освещения необходим параллельный пучок света, применяется только плоское зер­кало микроскопа. Обычно исследование в темном поле зрения проводится под сухой системой. При этом небольшую каплю материала поме­щают на предметное стекло и накрывают покровным, не допуская обра­зования пузырьков воздуха.

Фазово–контрастная и аноптральная микроскопия основаны на том, что оптическая длина пути света в любом веществе зависит от показателя преломления. Это свойство используют с целью увеличить контрастность изображения прозрачных объектов, какими являются микробы, т. е. для изучения деталей их внутреннего строения. Световые волны, проходя через оптически более плотные участки объекта, отстают по фазе от световых волн, не проходящих через них. При этом интенсивность света не меняется, а только изменяется фаза колебания, не улавливаемая глазом и фотопластинкой. Для повышения контрастности изображения фазовые колебания при помощи специальной оптической системы превращаются в амплитудные, хорошо улавливаемые глазом. Препараты в световом поле зрения становятся более контрастными – положительный контраст; при отрицательном фазовом контрасте на темном фоне виден светлый объект. Вокруг изображений нередко возникает ореол.

Большей четкости изображения малоконтрастных живых микробов (даже некоторых вирусов) достигают в аноптральном микроскопе. Одной из важнейших его деталей является линза объектива, расположенная вблизи «выходного» зрачка, на которую нанесен слой копоти или меди, поглощающий не менее 10 % света. Благодаря этому фон поля зрения приобретает коричневый цвет, микроскопируемые объекты имеют раз­личные оттенки – от белого до золотисто–коричневого.

В одно из царств живой природы входят одноклеточные живые организмы, выделенные в отдел Бактерии. Большинство их видов вырабатывают особые химические соединения - экзотоксины и эндотоксины. Их классификация, свойства и влияние на организм человека будут изучены в данной статье.

Что такое токсины

Вещества (в основном белковой или липополисахаридной природы), выделяемые в межклеточную жидкость после ее гибели - это бактериальные эндотоксины. Если живой прокариотический организм продуцирует ядовитые вещества в клетку хозяина, то в микробиологии такие соединения называют экзотоксинами. Они оказывают разрушающее действие на ткани и органы человека, а именно: инактивируют ферментативный аппарат на клеточном уровне, нарушают обмен веществ. Эндотоксин - это яд, оказывающий поражающее действие на живые клетки, причем концентрация его может быть очень малой. В микробиологии известно около 60 соединений, выделяемых бактериальными клетками. Рассмотрим их более подробно.

Липополисахаридная природа бактериальных ядов

Учеными установлено, что эндотоксин - это продукт расщепления внешней мембраны Он представляет собой комплекс, состоящий из сложного углевода и липида, взаимодействующий с конкретным видом клеточных рецепторов. Такое соединение состоит из трех частей: липида А, молекулы олигосахарида и антигена. Именно первый компонент, попадая в кровоток, вызывает наибольший повреждающий эффект, сопровождаемый всеми признаками тяжелого отравления: диспептическими явлениями, гипертермией, поражениями центральной нервной системы. Заражение крови эндотоксинами происходит настолько стремительно, что в организме развивается септический шок.

Еще один структурный элемент, входящий в эндотоксин - это олигосахарид, содержащий гептозу - C 7 H 14 O 7 . Поступая в кровяное русло, центральный дисахарид также может вызывать интоксикацию организма, но в более легкой форме, чем случае попадания в кровь липида А.

Последствия влияния эндотоксинов на организм человека

Наиболее распространенными последствиями действия бактериальных ядов на клетки являются тромбогеморрагический синдром и септический шок. Первый вид патологии возникает вследствие поступления в кровь веществ - токсинов, снижающих ее свертываемость. Это приводит к многочисленным повреждениям органов, состоящих из соединительной ткани - паренхимы, таких, например, как легкие, печень, почки. В их паренхиме происходят множественные кровоизлияния, а в тяжелых случаях - кровотечения. Другой вид патологии, возникающий в результате действий бактериальных ядов - это септический шок. Он приводит к нарушениям крово- и лимфообращения, последствиями которого являются нарушения транспортировки кислорода и питательных веществ к жизненно важным органам и тканям: головному мозгу, легким, почкам, печени.

У человека резко нарастают угрожающие для жизни симптомы, такие как стремительное падение кровяного давления, гипертермия и быстроразвивающаяся острая сердечно-сосудистая недостаточность. Срочное медицинское вмешательство (проведение гормональной и антибиотикотерапии) купирует действие эндотоксина и быстро выводит его из организма.

Отличительные особенности экзотоксинов

Прежде чем выяснить специфику этого вида бактериальных ядов, напомним, что эндотоксин - это один из компонентов лизата клеточной стенки погибшей грамотрицательной бактерии. Экзотоксины синтезируются живыми как грамположительными, так и грамотрицательными. С точки зрения химического строения, они являются исключительно белками с небольшой молекулярной массой. Можно сказать, что основные клинические проявления, возникающие в процессе инфекционных болезней, вызваны именно поражающим действием экзотоксинов, которые образуются вследствие метаболизма самой бактерии.

Микробиологическими исследованиями доказана более высокая вида бактериальных ядов, по сравнению с эндотоксинами. Возбудители столбняка, коклюша, дифтерии вырабатывают ядовитые вещества белковой природы. Они обладают термолабильностью и разрушаются при нагревании в диапазоне от 70 до 95 градусов Цельсия в течение 12-25 минут.

Виды экзотоксинов

Классификация такого типа бактериальных ядов построена по принципу их влияния на структуры клетки. Например, различают мембранотоксины, они разрушают оболочку клетки хозяина или нарушают диффузию и ионов, проходящих через мембранный бислой. Также существуют цитотоксины. Это яды, действующие на гиалоплазму клетки и нарушающие реакции ассимиляции и диссимиляции, протекающие в клеточном метаболизме. Другие соединения - яды «работают», как ферменты, например, гиалуронидаза (нейроминидаза). Они подавляют работу иммунной системы человека, то есть инактивируют выработку В лимфоцитов, моноцитов и макрофагов в лимфатических узлах. Так протеазы разрушают защитные антитела, а лецитиназа расщепляет лецитин, входящий в состав нервных волокон. Это приводит к нарушению проведения биоимпульсов, и, как следствие, к снижению иннервации органов и тканей.

Цитотоксины могут действовать как детергенты, при этом происходит разрушение целостности липидного слоя мембраны клетки хозяина. Более того, они способны разрушать, как отдельные клетки организма, так и их ассоциаты - ткани, вызывая образование биогенных аминов, являющихся продуктами метаболических реакций и проявляющими токсические свойства.

Механизм действия бактериальных ядов

Микробиологическими исследованиями установлено, что эндотоксин - это комплексная структура, содержащая 2 молекулярных центра. Первый прикрепляет ядовитое вещество к специфическому рецептору клетки, а второй, расщепляя её мембрану, попадает непосредственно в гиалоплазму клетки. В ней токсин блокирует реакции обмена веществ: биосинтез белков, происходящий в рибосомах, синтез молекул АТФ, осуществляемый митохондриями, репликацию нуклеиновых кислот. Высокая вирулентность бактериальных пептидов, с точки зрения химического строения их молекул, объясняется тем, что некоторые локусы токсина маскируются под пространственную структуру веществ в клетке, таких как нейромедиаторов, гормонов и ферментов. Это позволяет токсину «обходить систему клеточной защиты» и стремительно проникать в её цитоплазму. Таким образом, клетка оказывается безоружной перед бактериальной инфекцией, так как теряет способность к образованию собственных защитных веществ: интерферона, гамма-глобулинов, антител. Нужно отметить, что свойства эндотоксинов и экзотоксинов схожи в том, что оба вида бактериальных ядов воздействуют на конкретные клетки организма, то есть обладают высокой специфичностью.