УДК 616.592.7 – 002.3 – 089 – 003.9:616.155.32

Костная ткань в межсистемной регуляции иммунного ответа

(tikhonova.doc)

Ó 2007 г. Тихонова Л. В., Шаматкова С. В.

В работе теоретически и экспериментально доказывается связь костной ткани с процессами регенерации и хронизации воспалительного процесса мягких тканей с функциональной недостаточностью костной системы

Известно, что патологические процессы, характеризующие в основном воспаление или воспаление и деструкцию, сопровождаются существенным изменением метаболизма в очаге поражения [11]. Это проявляется в изменении концентрации химически активных веществ – микроэлементов, медиаторов воспаления, продуктов деструкции тканей, энергосодержащих компонентов, ионов водорода, т.е. изменением кислотно-щелочного равновесия в патологическом очаге, сдвигом РН в сторону ацидоза [5;13].При ацидозе снижается связывание Са с белками и тем самым повышается доля свободного Са [6]. Движение свободных ионов Са²⁺ можно объяснить разностью потенциалов тканей, возникающей между патологическим очагом и здоровыми тканями [4;12;14].

Возникает вопрос о том, зачем при местных патологических процессах тканям необходимо присутствие ионов Са.

А) По-видимому, прежде всего, потому, что, наряду с другими бивалентными ионами, Са участвует в стабилизации субчастиц рибосомы. Тем самым они способствуют увеличению ошибок кодирования рибосомного синтеза белка, то есть обладают действием, напоминающим противобактериальное действие ряда аминогликозидных антибиотиков. Ионы Са, направляясь в зону ацидоза, способны выполнять защитную функцию, вызывая ошибки в кодировании рибосомного синтеза белка. Кроме ионов, спонтанный уровень ошибок включения аминокислот в пептидную цепь могут изменять сдвиги рН, температура, этанол и т.д. [1], т.е наличие факторов, присутствующих при ответной реакции организма на внешний раздражитель любой этиологии.

Б) Защитная реакция организма в виде образования отека в месте патологического процесса (с целью иммобилизации ткани и отграничения патологического очага), инфильтрации (с целью очищения зоны от поврежденной ткани физическими, химическими, термическими воздействиями или микроорганизмами) направлена на создание благоприятных условий для последующего репаративного процесса. На протяжении всего этого этапа ответной реакции организма также необходимо присутствие ионов Са. Формирование отека тканей происходит в ответ на нарушение микроциркуляции и сопровождается трофическими расстройствами. Нарушение в системе микроциркуляции характеризуется изменениями, связанными с морфологическим и функциональным состоянием артериального, венозного и лимфатического звеньев, и с системой свертываемости крови, нарушения в которой во многом зависят от механизма активации протромбина и внутреннего механизма свертывания крови, связанных на всех этапах с присутствием Са²⁺ [6]. Крайней степенью нарушений микроциркуляции является тромбоз в ее артериальном, венозном и лимфатическом звеньях.

Описываемый этап защитного механизма необходим организму для того, чтобы через деструктивный процесс избавиться от патологического очага. Ионы Са, как известно, при повышении их концентрации в очаге чрезмерно усиливают процессы клеточного метаболизма, повышают потребность тканей в кислороде и вызывают различные деструктивные процессы. В организме поток Са²⁺ через мембраны регулируется рядом эндогенных факторов (нейрогенными, медиаторами-ацетилхолином, катехоламинами, серотонином, гистамином и др.). Ионы Са участвуют в процессе выделения нейромедиаторов пресинаптическими нервными окончаниями [10].

Несомненно, что на данном этапе патологического процесса увеличение ионов Са в очаге способно усиливать деструктивные процессы во благо, направленное на уничтожение патологической ткани.

В) Ионы Са играют существенную роль в ионном гомеостазе клетки. Они влияют не только на ее механические свойства, но и на проницаемость и адгезивные свойства. Так контакты печеночных клеток разрушаются путем удаления из среды ионов Са. Обнаружено, что электрическая связь между клетками восстанавливается через несколько секунд после восстановления видимого контакта при инициированной агрегации, что осуществляется с помощью ионов Са. Существует представление, что переход клеточной мембраны в высокопроницаемое состояние является следствием образования плотного контакта и осуществляется при участии также ионов Са [2]. Таким образом, ионы Са, помимо всего прочего, укрепляя межклеточные связи и удерживая клетки в одном месте, участвуют в отграничении процесса на самом раннем этапе ответной реакции организма на местном уровне.

Г) При ацидозе происходит реакция, замещения Са²⁺, связанного с белками, на ионы водорода (Н⁺). То есть, организм способен с помощью свободных ионов Са²⁺ принимать участие в регуляции кислотно-щелочного равновесия. Только свободные ионы Са²⁺ являются физиологически активными. Возможно, этот механизм необходим организму для того, чтобы активными ионами Са регулировать электропотенциал ткани и защитить свободные от ионов Н связи от присоединения к ним вредных объектов.

Д) Как известно, механическое растяжение любой ткани нашего организма приводит к активации внутриклеточных процессов, которые опосредуют действие гормонов и других биологически активных веществ (повышение концентрации Са²⁺ в цитоплазме, фосфорилирование белков и т.п.), в результате чего стимулируется рост и дифференцировка тканей, синтез белков, секреция гормонов, простагландидов и факторов роста. Подобным образом осуществляется взаимосвязь между системами нейроэндокринной регуляции и механорецепции в нашем организме [7]. Фазу гидратации, сопровождающуюся явлениями отека тканей, можно рассматривать и как вариант механического растяжения тканей, приводящей к активации процесса регенерации в присутствии ионов Са²⁺. Следовательно, отек тканей в зоне воспаления необходим организму, как для процесса дегенерации так и регенерации.

Е) На этапах местного иммунного ответа организма принимают участие лимфоциты, активность которых значительно возрастает при экстремальных ситуациях, по нашему мнению, в ответ на изменение КЩР тканей. Добавление физиологических доз (10^-7 М) лимфоцитолитического стероида к суспензии лимфоцитов in vitro повышает поступление из среды Са²⁺, однако ингибирует активный транспорт глюкозы и синтез АТР, а также включение предшественников в макромолекулярные внутриклеточные компоненты – белки и нуклеиновые кислоты. Повышение внутриклеточного [Са²⁺] приводит к увеличению АТРазной активности [6].

Ж) Явления ацидоза имеют большое значение при фагоцитозе. Поглощение бактерий лейкоцитами сопровождается вспышкой дыхания, а именно увеличением потребления О₂ с образованием супероксидного иона [О₂-]. В свою очередь О₂^- также может проявлять антибактериальное действие. Предполагают, что ферменты, катализирующие образование О₂-, находятся на наружной поверхности плазматической мембраны, выстилающей вакуоль (предположение автора). Спонтанное образование пероксида водорода, который может тоже оказывать бактерицидное действие, может происходить в результате неферментативного превращения реакционноспособной молекулы [О₂-]– при кислом рН вакуоли:

2Н⁺ + 2 О₂- ↔ Н₂О₂ + О₂[6].

Возможно, это еще один из механизмов проникновения Са в клетку из внеклеточной среды при патологических процессах в тканях.

З) Большое значение придается детоксикационной функции группы белков плазмы крови, в частности, транспортным белкам. Они переносят в кровотоке от клеток к клеткам гидрофобные (водонерастворимые) вещества и соединения – гормоны, матаболиты, витамины, жирные кислоты и их транспортные формы – триглицериды и фосфолипиды, ионы кальция, железа, меди, некоторые лекарственные препараты. Основной транспортный белок кровотока – альбумин [6]. Именно альбумин участвует в транспорте различных веществ, многие из которых плохо растворимы в воде и способны вызвать интоксикацию организма. Альбумин связывает билирубин, обеспечивая его перенос в печень, где тот и экскретируется с желчью. Концентрация Са²⁺, стероидных гормонов и триптофана регулируется в определенной мере в результате связывания с альбумином. Многие лекарства (сульфонамиды, пенициллин, дикумарин, аспирин) образуют прочные комплексы с альбумином.

Исходя из того, что кости являются одной из заинтересованных сторон в регуляции кислотно-щелочного равновесия, можно предположить их участие в межсистемной регуляции иммунного ответа через активацию лимфоцитов.

Для объяснения предполагаемого свойства костной ткани участвовать в межсистемной регуляции иммунного ответа была проведена серия опытов на лабораторных животных, показавших, что путем изменения pH в тканях в зоне раневого процесса можно влиять на фазы репаративного процесса и добиться более быстрого заживления вскрытой гнойной раны с формированием нежной рубцовой ткани.

Опытным путем нами установлено, что pH неповрежденной мягкой ткани наружной поверхности бедра крысы линии Вистер составляет в среднем 7,35. При моделировании гнойного процесса мягких тканей бедра pH зависит от фазы течения раневого процесса. После вскрытия гнойного очага на3 сутки pH тканей в гнойной ране в среднем составляло 7,58, на 5 сутки -7,65, на 7 сутки -7,72.

Результаты, полученные после вскрытия раны при инфильтрировании стенок и дна раны на всю глубину 0,1% раствором ацетилсалициловой кислоты, указывают на сокращение сроков заживления раны: pH тканей в гнойной ране на3 сутки в среднем составляло 7,60, на 5 сутки -7,82, на 7 сутки -7,38.

Исходя из результатов исследования, был предложен новый подход в лечении гнойно-воспалительных процессов, состоящий в создании кратковременного искусственного ацидоза в зоне воспаления, и ставший основой для разработки способа лечения гнойно-воспалительных процессов мягких тканей.

Сущность предложенного способа лечения гнойно-воспалительных процессов мягких тканей состоит в том, что после вскрытия гнойного очага для закисления зоны патологического процесса инфильтрируют стенки и дно раны на всю глубину 0,1% раствором ацетилсалициловой кислоты (Патент на изобретение № 2295347 «Способ лечения гнойно-воспалительных процессов мягких тканей»). Помимо закисления тканей мы инфильтрацией стенок раны надеялись создать лучшие условия для заживления раны.

Опыты были поставлены на 20 белых крысах линии “Вистер” женского пола массой 200 г. с моделью гнойно-воспалительного процесса мягких тканей наружной поверхности бедра.

В качестве контроля были использованы 10 белых крыс с гнойно-воспалительным процессом, лечение которым осуществлялось традиционным способом (промывание раны раствором перекиси водорода) без введения раствора ацетилсалициловой кислоты. В этой группе крыс на 3 сутки после вскрытия гнойного очага отмечались гнойно-серозное отделяемое из раны, зияние краев раны, застойная гиперемия и выраженная инфильтрация мягких тканей области раны. Образование грануляций началось с 6 суток, полное очищение раны к 9 суткам с сохранением инфильтрации раны до 12 суток, последующее заживление раны происходило под струпом к 19 суткам.

В отличие от контрольной, у 10 крыс опытной группы на 3 сутки после вскрытия гнойного очага отмечались лишь следы гнойно-серозного отделяемого из раны, отсутствовало зияние краев раны, оставались лишь застойная гиперемия и инфильтрация мягких тканей области раны. Образование грануляций началось с 4 суток, полное очищение раны к 5-6 суткам без инфильтрации области раны с последующим заживлением раны без образования струпа к 7 суткам и равномерным ростом шерсти к 10 суткам.

Проведенные исследования показали, что закисление вскрытой гнойной раны путем регионарного введения 0,1% раствора ацетилсалициловой кислоты активно влияет на репаративный процесс, сокращая сроки заживления гнойной раны. Возникло предположение, что это происходит в результате того, что раствор ацетилсалициловой кислоты, изменяя pH в тканях, способствует активации лимфоцитов в области раны. Для подтверждения этого предположения была проведена серия опытов с обкалыванием раны взвесью экстракорпорально активированных лимфоцитов, полученных из крови животного, по методу Jondal, 1972. В результате сравнения серий опытов с использованием регионарного введения 0,1% раствора ацетилсалициловой кислоты и взвесью экстракорпорально активированных лимфоцитов на крысах с моделью гнойно-воспалительного процесса мягких тканей бедра было установлено, что существенной разницы в сроках заживления гнойной раны нет. Единственным отличием является сокращение фазы отека при лечении раны закислением тканей в зоне раневого процесса, что подтверждено гистологическими исследованиями.

Таким образом, теоретические и экспериментальные разработки подтверждают свойство костной ткани, путем изменения pH в тканях в зоне раневого процесса, участвовать в межсистемной регуляции иммунного ответа и положительно влиять на фазы репаративного процесса. Научное значение выявленного свойства костной ткани заключается в том, что оно вносит коренные изменения в существовавшее ранее представление о регуляции иммунной системы, выявляет неизвестный ранее механизм регулирования местного иммунитета уровнем ацидоза в патологическом очаге. Открыт новый тип регулирования иммунного ответа – взаимосвязь между КЩР патологического очага и костной системой, что является основой для объяснения клинических данных отдельных заболеваний в области хирургии, кожных болезней, инфекционных болезней, ортопедии, иммунологии, гематологии и т.д. Предлагаемый факт является существенным для понимания развития и лечения ряда заболеваний. Практическое значение описываемого свойства костной ткани состоит в том, что оно создает основу для разработки перспективных подходов к диагностике и лечению заболеваний, сопровождающихся воспалительными реакциями. Кроме того, оно подводит базу к объяснению факта перехода острого воспалительного процесса в хронический, как результата истощения депо костной ткани.

Как известно, для компенсации ацидоза может использоваться один из механизмов, который, однако, имеет значение только при продолжительном ацидозе. Речь идет о замене ионов Na⁺ионами Са²⁺ в моче. Источником этого кальция является Ca₃(РО₄)₂ костей. Растворимость этой соли возрастает при снижении рН. При поступлении Ca₃(РО₄)₂ из костей в плазму он реагирует с Н₂СО₃:

3Са²⁺ + 2РО₄^3- + 2Н₂ СО₃ → 3Са²⁺ +2НРО₄^2- +2НСО₃^-

Образовавшиеся ионы НСО₃^- способны нейтрализовать две молекулы любой кислоты с рН ниже, чем у Н₂СО₃:

2НСО₃^- + 2НА → 2Н₂СО₃ + 2А^-

Так, что состав, образующейся в плазме смеси, будет следующим:

3Са²⁺ + 2НРО₄^2- + 2А^-

Таким образом, за счет 1 моля Ca₃(РО₄)₂ обеспечивается возможность выделения 4 экв. кислоты. Это высокоэффективный механизм, препятствующий расходованию запаса щелочи; но, в конечном счете, он может привести к опасной деминерализации скелета.

Выраженный алкалоз наблюдается при некоторых состояниях (в частности, при повышении активности коры надпочечников), характеризующихся потерей К⁺. Механизм развития этого алкалоза выяснен не полностью; он связан с обменом К⁺ – Na⁺ – Н⁺ через клеточную мембрану. Вначале К⁺ выходит из клетки в обмен на Na⁺ и (преимущественно) Н⁺, в результате рН плазмы повышается; почки выделяют слегка щелочную мочу, содержащую К⁺, Na⁺ и НСО₃^-. Однако по мере расходования внутриклеточного К⁺ вскоре снижается сывороточный К⁺, и почки выделяют кислую мочу, тем самым усиливая алкалоз[6].

При длительном ацидозе увеличивается растворимость солей Са в костной ткани и увеличивается поступление Са из костей во внеклеточную жидкость и, соответственно, в мочу. В этих условиях, даже при адекватных поступлениях Са в костную ткань, может развиться остеомаляция [3;8;9]. Этот факт является важным в объяснении возникновения остеопороза при длительно существующих воспалительных процессах, имеющим значение для изменения тактики лечения патологического очага улучшением функционального состояния костной ткани, т.е. введением в комплекс терапии минералов (кальция, фосфора и др.).

Описываемое свойство костной ткани вносит коренные изменения в существовавшее ранее представление о регуляции иммунной системы, выявляет неизвестный ранее механизм регулирования местного иммунитета уровнем ацидоза в патологическом очаге. Оно подводит базу к объяснению факта перехода острого воспалительного процесса в хронический, как результата истощения депо костной ткани, что является важным в объяснении возникновения остеопороза при длительно существующих воспалительных процессах мягких тканей.

Исходя из вышеизложенного, механизм ответной реакции организма на экстремальные воздействия должен выглядеть следующим образом. Патологический процесс в тканях, возникающий под воздействием любого из раздражителей (микроорганизмов, травмы и др.) сопровождающийся разрушением тканей, всегда протекает с изменением КЩР со сдвигом в сторону ацидоза, крайне необходимого для лимфоцитов, как «сигнала к действию» - местной иммунной реакции. При этом происходит компенсаторный дисбаланс в равновесии электропотенциалов, характеризующийся тем, что зона повреждения становится своеобразным «катодом». Положительно заряженные ионы Са устремляются в зону ацидоза (катода), пытаясь выровнять потенциал на фоне актививации депо Са в костях. В том случае, когда организм испытывает недостаток в свободных ионах Са, например, при недостаточном содержании их в плазме крови, дисбаланс в равновесии электропотенциалов прогрессирует, прогрессирует ацидоз, происходит расход Са, связанного с альбуминами, истощение депо Са в костях, провоцируя остеопороз.

Таким образом, теоретически и экспериментально установлено неизвестное ранее свойство костной ткани минералами участвовать в межсистемной регуляции иммунного ответа на всех этапах дегенеративно-репаративного патологического процесса в тканях.

Литература

1. Акоев И.Г. Биофизика познает рак.- М.: Наука, 1988.-160с.
2. Актуальные вопросы рентгенологии и радиологии: Сборник научных трудов ОНЦ МЗ ГССР, Тбилиси, 1988.-186 с.
3. Биохимия. Учебник для ВУЗов под ред. чл.-кор. РАН, проф. Е. С. Северина.- М.; ГЭОТАР-МЕД, 2003.-784с.
4. Бышевский А. Ш. Терсенов О. А. Биохимия для врача. – Екатеринбург: издательско-полиграфическое предприятие «Уральский рабочий»; 1994. -384с.
5. Гомеостаз/ Под ред. П. Д. Горизонтова.- М.: - Медицина, 1981. -576с.
6. Интенсивная терапия: пер. с англ. доп.// гл. ред А.И. Мартынов – М.: ГЭОТАР МЕДИЦИНА, 1998.- 640 с.
7. Клиническая биохимия / Под ред. В.А. Ткачука.- 2-е изд., испр. и доп.-М.: ГЭОТАР- Медиа, 2006.- 512 с.
8. Мари Р., Греннер Д., Мейес П., Родуэлл В. Биохимия человека: в 2-х томах. Т.2. Пер. с англ.:- М.: Мир, 1993.-415с.
9. Маршалл В. Дж. Клиническая биохимия / Пер с англ. – М. – СПб: «Издательство БИНОМ» - «Невский Диалект», 1999. -368с.
10. Машковский М.Д. Лекарственные средства. В двух частях.-12-е изд., перераб. и доп.- М.: Медицина, 1993.- 688 с.
11. Мусил Я. Основы биохимии патологических процессов: Пер. с ческ. – М.: Медицина, 1985. - 432с.
12. Сент-Дьрдьи. Биоэлектроника. Исследование в области клеточной регуляции, защитных механизмов и рака.- М.: Мир, 1971.- 80с.
13. Уайт А., Хендлер Ф., Смит Э., Хилл Р., Леман И.. Основы биохимии: в 3-х томах. Т.3. Пер. с англ.; под ред. Ю. А. Овчинникова. - М.: Мир, 1981.-726с.
14. Электрическая стимуляция органов и тканей: Материалы 1-ой Всесоюзной научной конференции (науч. редактор - чл.-корр. АМН СССР Ю.Ю. Бредикис).- 330с.

The bony tissue in the inter-systemic regulation of the immune response

Tikhonova L. V., Shamatkova S. V.

The bony tissue interaction with regeneration processes and long-term inflammation of the soft tissues and functional insufficiency of the bony system is examined from theoretical and experimental point of view.

Key words: purulent inflammation, lymphocytes activation, the bony tissue.

Кафедра оперативной хирургии и топографической анатомии

Смоленская государственная медицинская академия

Поступила в редакцию 2.04.2007.