Role of intestinal microflora and insufficient barrier function of the liver in the development of endotoxinemia and inflammation

Full Text

Роль сапрофитной микрофлоры кишечника не ограничивается участием в процессе пищеварения. Освобождающийся в результате самообновления клеточного пула кишечной палочки эндотоксин (обязательный компонент клеточной мембраны всех грамотрицательных бактерий) частично поступает в портальную кровь и осуществляет антигенную стимуляцию макроорганизма. Кроме того, небольшое количество эндотоксина может освобождаться и живыми грамотрицательными бактериями [30], что в условиях многочисленности популяции Е. coli в кишечнике может создавать достаточно высокую концентрацию эндотоксина. Вполне возможно, что именно поэтому в норме концентрация эндотоксина в крови воротной вены интактной крысы составляет 5 нг/мл [22], хотя у человека она значительно ниже. Принято считать, что весь эндотоксин в физиологических условиях элиминируется из портальной крови купферовскими клетками печени [27].

Биологически активной структурой эндотоксина является липополисахарид, который состоит из трех компонентов: липида А, ядра и О-антигена [17]. Если ядро и О-антиген различных грамотрицательных бактерий обладают видовой структурной и серологической специфичностью, то кетодезоксиоктанат (остов ядра) и липид А практически идентичны. Липид А представляет собой уникальный липидный остов, которым не располагают многоклеточные организмы и практически все другие микроорганизмы за исключением грамотрицательных бактерий. Липид А служит носителем биологической активности эндотоксина, имеет единообразную биохимическую структуру в липополисахариде различных грамотрицательных бактерий и обладает общим типом биологического действия [17].

Наиболее совершенным и распространенным за рубежом методом диагностики эндотоксинемии является люмулюс-тест (ЛТЛ). В его основе лежит способность белковых фракций рачка Limulus Poliphe- nus коагулировать при контакте со свободным липополисахаридом. Полученные с помощью этого теста данные показали, что в физиологических условиях эндотоксинемия определима исключительно в системе портальной вены [23]. Последнее свидетельствует о поступлении липополисахарида из кишечника и, возможно, об определенной гомеостатической роли.

Хорошо известны противоопухолевая и адъювантная активность эндотоксина, его способность оказывать митогенный эффект на Т- и В-лимфоциты, активировать макрофаги и увеличивать продукцию интерферона [33].

Возможность развития системной эндотоксинемии при патологии человека была впервые обнаружена при геморрагическом шоке [28], а затем при хронических заболеваниях печени [21], лучевом поражении [25] и кардиогенном шоке [11]. Однако мы усомнились в достаточной информативности люмулюс-теста, так как он может выявлять исключительно плазменный липо-полисахарид, который, являясь лигандом, проявляет себя лишь в случае отсутствия акцептирующих его клеток крови.

Диагностика системной эндотоксинемии рассматривается как одна из актуальных проблем клинической медицины и общей патологии, поскольку липополисахарид, обладая свойством активировать системы комплемента, плазминогена, фактор Хагемана и повреждать целостность эндотелиальной выстилки сосудов, может быть причиной развития различных патологических состояний, в том числе локального и генерализованного феномена Шварцмана, эндотоксинового шока. Другим, весьма серьезным недостатком люмулюс-теста является его не- специфичность, что объясняет ложноположительные результаты. Разработанный нами совместно с лабораторией селекции и генетики микроорганизмов Института микробиологии и эпидемиологии им. Н. Ф. Гамалеи АМН СССР способ диагностики системной эндотоксинемии в мазках крови [11] лишен некоторых недостатков люмулюс-теста. Он основан на иммунной реакции с наиболее общей частью липополисахарида (кетодез-оксиоктанат и липид А), дает возможность идентифицировать эндотоксин еще в то время, когда он находится ками крови состоянии, чем упомянутый выше флюоресцеин-меченые иммуноглобулины к Re-мутанту могут быть использованы и для определения локализации липополисахарида в тканях. Недостатком метода является ero относительная трудоемкость, так как при выявлении липополисахарид-позитивных клеток проводится их верификация (in situ) посредством фазово-контрастной микроскопии и окраски по Романовскому, в результате которой была обнаружена основная акцептирующая клетка — полиморфноядерный лейкоцит.

С помощью разработанного нами способа идентификации липополисахарид-позитивных клеток в мазках крови больных различного клинического профиля было установлено, что системная эндотоксинемия развивается значительно чаще, чем это предполагалось ранее [7, И, 12]. Результаты исследования позволяют квалифицировать систему полиморфноядерного лейкоцита как основную транспортную систему липополисахарида в организме. Поступающий из кишечника эндотоксин связывается соответствующими рецепторами клеточной мембраны полиморфноядерного лейкоцита, а происходящая таким образом иммобилизация липополисахарида, скорее всего, и предотвращает прямое повреждающее действие на эндотелиальные клетки мезентериальных вен и сосудов портальной системы, предупреждает развитие тромбоза. Аффинитет специфических к липополисахариду рецепторов полиморфноядерного лейкоцита, по- видимому, значительно выше, чем у тромбоцитов (наличие специфических рецепторов к эндотоксину показано только для полиморфноядерного лейкоцита и тромбоцитов), так как в противном случае развивались бы массивная гибель тромбоцитов и блокада системы фиксированных макрофагов печени их обломками (вполне возможно, что снижение количества лейкоцитов или их отсутствие в портальной крови играют ведущую патогенетическую роль в развитии тромбоза мезентериальных вен и сосудов портальной системы).

В физиологических условиях фиксированный на поверхности полиморфноядерного лейкоцита липополисахарид (начальная фаза эндоцитоза) должен сниматься купферовскими клетками печени, которые специализируются на элиминации эндотоксина из портального кровотока [24], что, по-видимому, может обеспечиваться более высоким аффинитетом этих клеток к липополисахариду, чем у полиморфноядерных лейкоцитов. Вместе с тем ряд авторов [20] считает, что звездчатые эндотелиоциты не в силах уничтожить (подвергнуть ферментолизу) липополисахарид, а, активируясь, переносятся с током крови в легкие, где трансформируются в альвеолярные макрофаки и удаляются с мокротой. Тем не менее, в любом случае купферовские клетки выполняют роль барьера на пути проникновения эндоаксина в системную гемоциркуляцию [27]. Жим образом, предполагаемый нами механизм транспорта липополисахарида по мезентериальным сосудам к печени подразумевает локализацию эндотоксина на поверхности полиморфноядерного лейкоцита и более высокий аффинитет рецепторов купферовских клеток к липополисахариду. Так, по-видимому, обстоит дело в физиологических условиях, с тем лишь уточнением, что и у здоровых людей в мазках крови обнаруживаются единичные слабо липополиса- харид-позитивные полиморфноядерные лейкоциты [11], что свидетельствует о возможности осуществления гранулоцитами завершенного эндоцитоза микродоз липополисахарида за время прохождения их от стенки кишки до синусоидов печени. В этом случае липополисахарид скрывается в полиморфноядерных лейкоцитах и обходит печеночный барьер. Таким образом, снижение скорости кровотока в мезентериальных венах и сосудax портальной системы (портальная гипертензия любой этиологии) способно стать одним из факторов развития системной эндотоксинемии, так как увеличение времени контакта липополисахарида с полиморфноядерным лейкоцитом может быть достаточным для погружения эндотоксина в гранулоцит.

На основании анализа литературных и собственных данных попытаемся рассмотреть некоторые взаимообусловливающие действия фрагментов следующей цепочки: сапрофитная микрофлора кишечника → освобождение эндотоксина → скорость портального кровотока → печеночный барьер → легочный барьер → системная эндотоксинемия → ДВС органопатология эндотоксиновый шок.

Эндотоксин и в физиологических условиях проникает в портальную кровь [5], а это означает, что интенсивность портальной эндотоксинемии прямо зависит по меньшей мере от двух факторов: 1) количества освобождаемого в результате гибели сапрофита эндотоксина, которое может увеличиваться при применении антибиотиков внутрь и дисбактериозе (этиотропная терапия сальмонеллезов приводит к достоверному увеличению продолжительности лихорадки и диареи) [2]; 2) нарушения кишечного барьера при недостаточности кровообращения и различных интоксикациях.

Ранее мы рассмотрели возможность развития системной эндотоксинемии при замедлении портального кровотока, основой которого является пиноцитоз липополисахарида полиморфноядерным лейкоцитом. И, действительно, у 10 из 13 больных с застойной сердечной недостаточностью кровообращения была диагностирована системная эндотоксинемия, у 9 из них определялся ДВС [ 121, а у одного с гипокоагуляцией и высоким уровнем трансаминаз на секции был выявлен цирроз-гепатит с преимущественно центролобулярными очагами некроза, инфильтрированными полиморфноядерными лейкоцитами, лейкостазом в центральных венах печеночных долек и по ходу синусоидов. Причиной последнего может быть липополисахарид за счет его способности увеличивать адгезивные свойства полиморфноядерного лейкоцита [6]. Наличие очагов некроза в непосредственной близости с агрегатами полиморфноядерных лейкоцитов при застойной сердечной недостаточности, большинство из которых липополисахарид-позитивны [12], свидетельствует, на наш взгляд, об опосредованной полиморфноядерными лейкоцитами цитотоксичности липополисахарида.

При вирусном гепатите липополисахарид принимает определенное участие в развитии печеночной и экстрапеченочной патологии [5]. Кроме того, он потенциирует гепато-токсичный эффект четыреххлористого углерода и алкоголя [31]. Особую роль эндотоксину отводят в патогенезе алкогольного цирроза; кроме того, алкоголь обладает способностью угнетать функциональную активность купферовских клеток. Морфологические изменения в печени под воздействием экзогенного липополисахарида заключаются в различной выраженности дистрофических процессов, ультраструктурных нарушениях вплоть до некроза гепатоцитов и слущивания звездчатых эндотелиоцитов в просвет синусоидов, появлении воспалительных клеточных инфильтратов как по ходу синусоидов, так и в паренхиме, состоящих из полиморфноядерных лейкоцитов и лимфоидных клеток [14, 34]. Повреждение паренхиматозных клеток начинается с мембранных нарушений [18], инициация которых, вполне возможно, связана со способностью липида А активировать каскад арахидоновой кислоты [19]. Мы допускаем, что гепатоциты могут принимать участие в процессе транспорта липополисахарида, освобождаемого при гибели липополисахарид-позитивных полиморфноядерных лейкоцитов, по направлению к желчным протокам, тем более что спустя 3 ч после внутривенного введения эндотоксина наблюдается значительное увеличение количества лизосом с диффузным распространением их внутри паренхиматозных клеток, имеющих характерную локализацию вокруг желчных протоков [28]. Поступающие в желчь эндотоксин и липополисахарид-позитивные полиморфноядерные лейкоциты при гибели гепатоцита могут стать причиной воспалительных процессов в желчевыводящих путях [13] и желчном пузыре.

Главной причиной развития системной эндотоксинемии при эндотоксиновом шоке являются блокада системы фиксированных макрофагов печени [10], равно как и застой крови в портальной системе и, возможно, шунтирование портального кровотока через печеночные и портокавальные анастомозы— даже в условиях нормы около 6% портальной крови минует печень посредством печеночных шунтов [32].

Таким образом, при несостоятельности печеночного барьера, включающего в себя недостаточность системы фиксированных макрофагов печени и транспеченочного возврата липополисахарида в кишечник с желчью, равно как и шунтирование портального кровотока, развивается системная эндотоксинемия. Она может обусловливать различную органопатологию вплоть до эндотоксинового шока с характерной для него дисфункцией всех органов и систем [26].

Первым органом, с которым контактируют липополисахарид-позитивные полиморфноядерные лейкоциты, миновавшие печеночный барьер, является легкое. В нем развивается маргинальный лейкостаз, инфильтрация полиморфноядерных лейкоцитов и интерстиция паренхимы с повреждением этих структур [19], причем выраженность нейтрофильного альвеолита и абсолютное число полиморфноядерных лейкоцитов в бронхоальвеолярной промывной жидкости прямо пропорциональны вводимой дозе липополисахарида.

Минуя легочный барьер, липополисахарид-позитивные полиморфноядерные лейкоциты могут оказывать повреждающий эффект практически на все органы и системы, в том числе и на сердце. В генезе повреждения микрососудов сердечной мышцы непосредственное участие принимают полиморфноядерные лейкоциты, которые, образуя пристеночные конгломераты, могут разрушать целостность всех структурных элементов сосудистой стенки и обусловливать необратимые контрактурные повреждения сократительного аппарата [9]. Последующие исследования обнаружили, что большинство полиморфноядерных лейкоцитов, входящих в состав пристеночных агрегатов в венулаху липополисахарид-позитивны [11].

Давно и хорошо известен так называемый гепаторенальный синдром, но лишь недавно была продемонстрирована четкая взаимосвязь системной эндотоксинемии, ДВС и выраженности этого синдрома. Данные наших предварительных исследований с А. Н. Крупником показывают, что большинство полиморфноядерных лейкоцитов, инфильтрирующих различные структуры почек и пристеночных агрегатов, липополисахарид-позитивны. Приведенные факты тем более интересны, если учесть определенную роль почек в выделении липополисахаридов из системного кровотока. Исходя из этого повреждение канальцевых и клубочковых структур можно квалифицировать как «плату» за выведение липополисахарид-позитивных полиморфноядерных лейкоцитов из обшей гемоциркуляции. Наличие в моче единичных полиморфноядерных лейкоцитов в норме хорошо известно. В связи с изложенным определенный интерес представляют результаты наших совместных с акушерами-гинекологами и урологами исследований, в которых системная эндотоксинемиЯ была диагностирована у каждого четвертого больного с хроническим пиелонефритом и у 87% (!) больных с мочекаменной болезнью [7].

Развитию синдрома ДВС в последние годы отводится все большая роль в патогенезе гестоза [8, 15]. Отмечается отчетливая корреляция между тяжестью течения гестоза беременных и степенью тромбопластической активности крови [8]. У 50% больных женщин с поздним токсикозом беременности определяется эндотелиемия, которую считают непосредственной причиной развития ДВС [1]. Вместе с тем механизм развития деэндотелизации остается неизвестным. Мы полагаем, что он реализуется системной эндотоксинемией, так как липополисахарид может оказывать прямое повреждающей действие [16], а полиморфноядерные лейкоциты— опосредованное [9]. Развитие системной эндотоксинемии при гестозах беременных может быть вызвано застоем крови в портальной системе и (или) блокадой системы фиксированных макрофагов печени плацентарными антигенами, которые способны освобождаться в результате повреждения плаценты [3]. Возникающий вследствие цитотоксичного и деэндотелизирующего [101 эффекта эндотоксина синдром ДВС, на наш взгляд, следует квалифицировать, с одной стороны, как адаптивную реакцию, направленную на сохранение анатомической целостности сосудистой стенки [41, а с другой — как фактор повреждения тканей, обусловливающий их ишемию. В частности, системная эндотоксинемия может быть причиной тромбоза микрососудов почек [29], усугублять течение нефропатии при гестозах, ухудшая уродинамику и выведение липополисахарида с мочой, способствовать развитию преэклампсии и эклампсии.

выводы

1. Липополисахарид как наиболее биологически активный компонент эндотоксина-продукта разрушения грамотрицательных бактерий — ив физиологических условиях проникает из кишечника в портальный кровоток. Естественным барьером на пути дальнейшего распространения эндотоксина в организме служит печень.
2. Системная эндотоксинемия, источником которой является кишечная микрофлора, развивается значительно чаще, чем представлялось до настоящего времени. Непременное условие ее возникновения — недостаточность барьерной функции печени.

Факторами риска развития системной эндотоксинемии выступают следующие нарушения: повышенное разрушение кишечной микрофлоры (антибактериальная терапия, дисбактериоз), повреждение кишечного барьера (шок, дисбактериоз), замедление портального кровотока (застойная сердечная недостаточность, шок, портальная гипертензия любой другой этиологии), болезни печени (цирроз, гепатит) и любые патологические процессы, сопровождающиеся шунтированием портального кровотока (шок, портальная гипертензия любой этиологии) и угнетением функциональной активности системы фиксированных макрофагов печени (шок, острый деструктивный панкреатит, общий наркоз, сахарный диабет и др.). Развитие системной эндотоксинемии кишечного происхождения отчетливо коррелирует с клинически диагностируемым ДВС- синдромом, что позволяет считать эндотоксин этиологическим фактором этого синдрома.

3. Основным переносчиком липополисахарида является система полиморфноядерных лейкоцитов, которая обеспечивает транспорт эндотоксина в ткани, выведение его из гемоциркуляции и организма, обусловливает воспалительное повреждение органов, в том числе и печени. При шокогенных концентрациях эндотоксина в крови развивается полинедостаточность всех органов и систем. При меньших концентрациях липополисахарида патология в одном из органов может превалировать.

About the authors

M. Yu. Yakovlev

Author for correspondence.
Email: info@eco-vector.com
Russian Federation, Kazan

References

Supplementary files