Изменения эритроцитов при развитии воспалительного процесса

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Воспаление как один из основных типовых патологических процессов является результатом реакции на повреждающий агент со стороны соединительной ткани, микроциркуляции и системы крови. Развитие воспаления сопровождается выраженными изменениями в системе крови, а его исход во многом определяется функциональным состоянием последней, в том числе состоянием эритрона, что приводит к нарастанию гипоксии и в известной степени определяет течение патологического процесса.

Известно, что красные кровяные клетки помимо присущей им специфической газотранспортирующей функции наделены способностью принимать участие в регуляции кислотно-основного состояния, водно-электролитного баланса, микрореологического статуса крови, в иммунных реакциях, связывании и переносе вирусов, токсинов и лекарственных веществ. Появляются данные о взаимовлиянии клеток эритрона и системы иммунитета. Следовательно, возникающие изменения структуры и функции клеток красной крови разной степени зрелости могут привести к нарушению их роли в процессах, связанных с поддержанием гомео стаза на уровне целого организма. Можно предположить, что при развитии хронического воспалительного процесса сходные с отмеченными нарушениями структуры мембран эритроцитов их изменения возникают у целого ряда клеток организма, в том числе участвующих в регуляции эритропоэза: иммунокомпетентных клеток, клеток гемопоэзиндуцирующего микроокружения, кислородчувствительных и эритропоэтинпродуцирующих клеток почек и т.д., что может привести к нарушению их функциональной активности и усугублению существующих повреждений.

Накопленные к настоящему времени фактические данные позволяют утверждать, что эритроциты вовлекаются в патологический процесс не только при гематологических заболеваниях, но и претерпевают серьезные изменения структуры и функции при болезнях разного генеза.

Сложность установления причинно-следственных связей между различными параметрами, характеризующими состояние мембран и метаболизм клеток, а также оценки удельного веса отдельных молекулярных механизмов в реализации мембранодеструктивных процессов обусловлены тесной взаимосвязью данных факторов между собой. Однако получение обобщающих положений о базисных механизмах и общих закономерностях реагирования разнообразных клеточных систем при патологии разного генеза не только сулит успех для понимания общебиологических законов развития патологических процессов, но и позволяет по-новому взглянуть на методологию их коррекции. Конечной целью познания ключевых универсальных механизмов повреждения мембран может явиться разработка патогенетически обоснованной стратегии восстановления функциональных свойств клеток при патологии.

Глава 1

Структурно-функциональные характеристики эритроцитов и их изменения при развитии воспалительного процесса

Воздействие токсического, инфекционного, гипоксического факторов при развитии воспалительных заболеваний создает условия для интенсификации перикисного окисления липидов в мембране клеток, активации фосфолипаз, снижения активности системы антиоксидантной защиты, что сопровождается структурно-функциональными изменениями различных клеток организма, в том числе эритроцитов. Нарушения внутриклеточного метаболизма, структуры мембраны и связанные с ними изменения формы эритроцитов при развитии воспалительного процесса, определяют агрегационную способность клеток и микрореологические свойства крови, что неизбежно влияет на качество снабжения кислородом органов и тканей, осложняя течение основного заболевания.1

1.1 Перекисное окисление липидов мебран эритроцитов

эритроцит воспалительный процесс

Нарушение структуры и функции мембран эритроцитов при гипоксии, в первую очередь, обусловлено активацией системы ПОЛ, которая осуществляет ответ на все многообразие факторов, влияющих на клетку.10

Перекисное окисление липидов рассматривают как универсальный механизм повреждения клетки при воспалении, ишемии, аутоиммунных болезнях, токсическом действии кислорода, экологических факторов и канцерогенов.

Активация перекисного окисления липидов является физиологической реакцией, принимающей участие в механизмах неспецифической адаптации организма, и представляет собой неферментативные реакции прямого связывания кислорода с субстратом фосфолипидов, в первую очередь с полиеновыми кислотами, входящими в состав клеточных мембран.

Стационарность процесса ПОЛ является важнейшим условием стабильности и нормального функционирования биомембран. Установлено, что при усилении ПОЛ уменьшается содержание полиненасыщенных жирных кислот мембранных фосфолипидов и изменяются физико-химические свойства мембран: микровязкость или текучесть, мембранный потенциал, полярность внутренних областей мембраны. Некомпенсированная активация ПОЛ в эритроцитах может явиться причиной нарушения стабильности и структурной организации мембран и привести к изменению их барьерной и матриксной функции. Это связано с образованием липид-липидных и липид-белковых межмолекулярных «сшивок», что приводит к изменению физико-химических свойств липидного матрикса: его текучести и ригидности. Кроме того, нарушается ориентация жирнокислых остатков фосфолипидов, в результате чего образуются пары, и повышается пассивная ионная проницаемость мембраны.21,22

Накопление продуктов ПОЛ в мембранах увеличивает микровязкость мембранных фосфолипидов, что является основной причиной повышения ригидности мембраны клетки. В клинике это состояние именуется «жесткостью» эритроцита, с нарастанием которой уменьшается или утрачивается такое свойство эритроцита как деформируемость.

Результатом перекисного окисления липидов является ограничение подвижности всей толщи мембраны, диффузия фосфолипидных молекул из глубины мембраны в поверхностный слой и их переориентация в сторону водной фазы. Это приводит к повышенному поступлению молекул воды в толщу мембраны, что и обеспечивает нестабильность структуры мембраны. Модификация фосфолипидного бислоя эритроцитарной мембраны может явиться существенным фактором нарушения процессов, связанных с явлениями деструкции мембраны, ее барьерных функций, проницаемости, процессов активного переноса веществ, трансмембранных градиентов.14

Активация свободнорадикальных процессов обуславливает нарушения гемореологических свойств, реализуемые через повреждения циркулирующих эритроцитов (окисление мембранных липидов, повышение жесткости билипидного слоя, гликозилирование и агрегация белков мембраны), оказывая опосредованное влияние на другие показатели кислородотранспортной функции крови и транспорт кислорода в ткани. Значительная и продолжающаяся активация ПОЛ в сыворотке приводит к снижению деформируемости эритроцитов и увеличению их агрегации. Таким образом эритроциты одни из первых реагируют на активацию ПОЛ вначале увеличением деформируемости эритроцитов, а затем по мере накопления продуктов ПОЛ и истощения антиоксидантной защиты к увеличению жесткости мембран эритроцитов, их агрегационной активности и, соответственно, к изменениям вязкости крови.23

1.2 Деформируемость мембраны

Нормальный эритроцит в обычных условиях имеет двояковогнутую форму диска, за счет чего площадь его поверхности больше на 20% в сравнении со сферой того же объема.

Нормальные эритроциты способны значительно деформироваться при прохождении через капилляры, при этом не меняя своего объема и площади поверхности, что поддерживает процессы диффузии газов на высоком уровне на протяжении всего микроциркуляторного русла различных органов. Показано, что при высокой деформируемости эритроцитов происходит максимальный перенос кислорода в клетки, а при ухудшении деформируемости (повышение жесткости) - поступление кислорода в клетки резко снижается, тканевое рО2 падает. Деформируемость является важнейшим свойством эритроцитов, обусловливающим их способность выполнять транспортную функцию. Это способность эритроцитов изменять свою форму при постоянном объеме и площади поверхности позволяет им приспосабливаться к условиям кровотока в системе микроциркуляции. Деформируемость эритроцитов обусловлена такими факторами, как внутренняя вязкость (концентрация внутриклеточного гемоглобина), клеточная геометрия (поддержание формы двояковогнутого диска, объем, отношение поверхности к объему) и свойствами мембраны, которые обеспечивают форму и эластичность эритроцитов.

Деформируемость во многом зависит от степени сжимаемости липидного бислоя и постоянством его взаимосвязи с белковыми структурами клеточной мембраны.

Эластические и вязкостные свойства мембраны эритроцитов определяются состоянием и взаимодействием белков цитоскелета, интегральных белков, оптимальным содержанием АТФ, ионов Са++, Mg++ и концентрацией гемоглобина, которые обуславливают внутреннюю текучесть эритроцита. К факторам повышающим жесткость мембран эритроцитов относятся: образование стойких соединений гемоглобина с глюкозой, повышение концентрации в них холестерина и увеличение концентрации свободного Са++ и АТФ в эритроците.

Нарушение деформируемости эритроцитов имеют место при изменении липидного спектра мембран и, прежде всего, при нарушении соотношения холестерин/фосфолипиды, а также при наличие продуктов повреждения мембраны в результате перекисного окисления липидов. Продукты ПОЛ оказывают дестабилизирующее воздействие на структурно - функциональное состояние эритроцитов и способствуют их модификации.

Деформируемость эритроцитов снижается в связи с абсорбцией на поверхности эритроцитарных мембран белков плазмы, прежде всего, фибриногена. Это включает в себя изменения мембран самих эритроцитов, снижение поверхностного заряда эритроцитарной мембраны, изменение формы эритроцитов и изменений со стороны плазмы (концентрация белков, липидного спектра, уровня общего холестерина, фибриногена, гепарина). Ухудшение деформируемости эритроцитов сопровождает активацию процессов ПОЛ и снижение концентрации компонентов антиоксидантной системы при различных стрессорных ситуациях или заболеваниях.23

При развитии хронического воспалительного процесса прогрессирует функциональная недостаточность, а затем возникают грубые морфологические изменения эритроцитов, которые проявляются ухудшением их деформационных свойств. Вследствие увеличения жесткости эритроцитов и образования необратимых эритроцитарных агрегатов возрастает "критический" радиус проходимости микрососудов, что способствует резкому нарушению тканевого метаболизма.[8]

Исследование деформируемости эритроцитов представляет несомненный интерес. Это связано с тем, что ригидные эритроциты способны окклюзировать часть капиллярного русла и, таким образом, блокировать кровообращение в системе микроциркуляции. Ухудшение деформируемости эритроцитов сопровождается их секвестрацией в печени, селезенке и капиллярном русле, что приводит к снижению числа циркулирующих эритроцитов и развитию циркуляторной гипоксии. В тоже время основной причиной снижения деформационной способности эритроцитов считается гипоксическое состояние организма.[10]

1.3 Липидный и белковый спектр бислоя

Важную роль в сохранении формы и способности к обратимой деформации эритроцитов играют липиды и белки плазматической мембраны.

Липиды бислоя плазматической мембраны эритроцитов, так же, как плазматические мембраны других клеток, содержат глицерофосфолипиды, сфингофосфолипиды, гликолипиды и холестерол. Увеличение содержания холестерола в составе мембраны, которое может наблюдаться при некоторых заболеваниях, снижает её текучесть и эластичность, а следовательно, и способность к обратимой деформации. Это, в свою очередь, затрудняет движение эритроцитов через капилляры и может способствовать развитию гемостаза.

В связи со способом расположения макромолекул в мембране эритроцита белки делят на периферические (внутренние) и интегральные. Интегральные удерживаются в мембране. В их состав входят гликопротеины и протеолипиды. Функции интегральных белков разнообразны: они могут выступать в роли гидролитических ферментов, рецепторов клеточной поверхности, окислительно-восстановительных компонентов транспортной системы электронов и в качестве специфических белков входит в состав цитоскелета, который представляет собой двумерную сеть, соединенную непосредственно с мембраной эритроцита через взаимодействие с интегральными белками. Также к периферическим белкам относится ряд эритроцитарных ферментов.

При воспалительных заболеваниях имеются выраженные нарушения липидного состава сыворотки крови и клеточных мембран, которые заключаются в изменении соотношения фосфолипидов, холестерина, липопротеидов, жирных кислот.30

Развитие воспалительного процесса сопровождается нарушениями качественного состава липидов мембраны эритроцитов: возрастание содержания насыщенных жирных кислот при снижении уровня ненасыщенных во фракциях фосфатидилхолина и фосфатидилэтаноламина, а также дезорганизацией белок-липидных контактов при увеличении упорядоченности липидных молекул и модификации поверхностных слоев мембраны клеток.

Наблюдаются также отчетливые признаки структурной модификации липидной фазы мембраны красных кровяных клеток (затрагивающей как область жирнокислотных цепей фосфолипидов, так и поверхностные слои мембраны), увеличения микровязкости ее липидного бислоя в целом, в том числе и в области липид-белковых контактов. Выявлены дезорганизация полипептидного состава мембраны эритроцитов (снижение содержания основного структурного белка эритроцитарной мембраны спектрина при увеличении количества низкомолекулярных белков), а также ингибирование активности катионтранспортирующего энзима Na+,K+-ATФ-азы.

Важным пусковым механизмом клеточного повреждения является нарушение внутриклеточного ионного (прежде всего кальциевого) гомеостаза. При этом не исключается как прямое взаимодействие Са2+ с липидными молекулами, приводящее к изменению физического состояния липида, так и изменение течения Са2+-зависимых процессов. К последним относится активация Са2+-зависимой фосфолипазы А2, результатом которой является накопление в эритроцитах лизофракций и свободных жирных кислот. Это, а также угнетение аминофосфолипидной транслоказы, отмеченное в условиях накопления в клетке ионов Са2+, нарушает характерную для нормы трансбислойную асимметрию фосфолипидов, индуцируя, в частности, Са2+-зависимый переход фосфатидилсерина и фосфатидилзтаноламина на внешнюю поверхность эритроцитарной мембраны, что приводит к нарушению микровязкости липидной фазы мембраны и изменению барьерных свойств эритроцита.

Модификацию липидного состава мембраны эритроцитов следует отнести к числу адаптивных механизмов, что прежде всего обусловлено способностью ряда фосфолипидов выполнять роль синергистов ингибиторов окисления. Кроме того, свободный холестерол обладает способностью угнетать перекисное окисление структурированных липидов за счет ограничения молекулярной подвижности жирнокислотных остатков фосфолипидных молекул. В связи с этим накопление его в мембране до определенного уровня делает последнюю более устойчивой к действию свободных радикалов, что рассматривается как вариант адаптации. Известно, что умеренное увеличение содержания лизофосфолипидов в мембране клеток способствует повышению активности ферментов пентозофосфатного шунта, а также мембранотранспортных АТФаз. Однако можно с достаточным основанием допустить, что нарушение нормального хода приспособительных реакций на молекулярном уровне является причиной развития мембранодеструктивных процессов в клетке. Выраженная дезорганизация липидной компоненты мембраны красных кровяных клеток, возникающая в условиях действия патогенных факторов, закономерно приводит к утрате способности клеток регулировать ионный и антиоксидантный гомеостаз, нарушению работы мембраносвязанных энзимов, что в конечном итоге способствует изменению метаболизма клетки, а также приводит к необратимым нарушениям ее структурно-функционального статуса.

Наряду с этим отмечаются нарушения поверхностного рельефа и ультраструктуры красных клеток крови: на фоне уменьшения доли двояковогнутых дискоцитов с гладко-гомогенной клеточной поверхностью наблюдалось возрастание числа дискоцитов с единичными и множественными выростами, с гребнем, клеток в виде "тутовой ягоды", "спущенного мяча", эритроцитов, принимающих куполообразную, сферическую форму. Наблюдалось нарушение ультраструктуры клеток: локальные и обширные дефекты плазмолеммы красных клеток крови в виде ее разрыхлений, истончений, утолщений, отслоений от стромы, разрывов, фрагментации и формирования макро- и микровезикул, а также эндовезикул. Эти изменения развиваются в том числе и вследствии модификации липидного и белкового состава эритроцитарных мембран.28

1.4 Морфология эритроцитов

Об изменении морфологии клеток красной крови у больных хроническими воспалительными заболеваниями свидетельствует достоверное повышение переходных, предгемолитических и дегенеративно измененных форм эритроцитов периферической крови по сравнению с таковым у здоровых лиц.

Изменение жесткости мембраны проводит к изменению популяционного состава с увеличением количества эритроцитов с ригидной мембраной (дискоциты, сфероциты). Эти данные подтверждены при электронно-микроскопическом исследовании эритроцитов (рис.1).

В сосудистом русле такие эритроциты быстро гемолизируются, что сопровождается нарастанием анемии. Формирующийся синдром эритроцитарной мембранопатии приводит к усугублению наиболее трудно корригируемого компонента острой гипоксии - гемического.14

У больных форма эритроцитов оказывается значительно измененной: снижается количество дискоцитов, увеличивается число сфероцитов, появляются эритроциты в виде вздутого диска шиповидной формы - эхиноциты и др. Форма эритроцитов может быть удлиненной или овальной. По мнению многих исследователей формы и размеров эритроцитов, нарушение их деформируемости приводит к снижению осмотической стойкости и гемолизу, что обуславливает уменьшение количества эритроцитов, гемоглобина, увеличение содержания ретикулоцитов, повышение активности эритропоэтина.[10]

Пойкилоцитоз резко возрастает пропорционально тяжести и распространённости воспалительного процесса и выраженности деструктивных изменений в поражённых органах. Патогенез пойкилоцитоза при воспалительном процессе сложен и в основном обусловлен сочетанным действием инфекционных токсинов, медиаторов воспаления и сдвига белкового состава плазмы за счёт накопления грубодисперсных фракций. В результате нарушается способность эритроцитов к обратимой деформации, затрудняется их продвижение по сосудистому руслу.29

1.5 Сорбционная способность мембраны

Транспортно-сорбционная функция эритроцитов обеспечивает такие основные функции системы крови, как трофическая, дезинтоксикационная, буферная, обменная. Сорбционно-транспортная функция эритроцитов в организме играет роль в транспортировке органических субстанций в двух главных направлениях: 1-ое, это из желудочно-кишечного тракта (где образовалась транспортируемая форма нутриентов) к нуждающимся в нутриентах клеткам организма; 2-ое - из клеток (где образовались конечные и промежуточные метаболиты) в дезинтоксикационные органы (почки, печень, кишечник, легкие) и ткани (кожа и слизистые) для выведения шлаков (метаболических токсинов).26

По площади адсорбции среди клеток крови абсолютный приоритет принадлежит эритроцитам. Эритроциты, благодаря деформации и вращению,относительно легко проходят по (в самой узкой части просвет капилляров в среднем вдвое меньше диаметра эритроцитов) более узкой, чем они, артериальной части капилляров. При этом слой адсорбированного белка, предполагается, служит также в качестве «смазки».Не исключено, что при вращении эритроцитов часть плазменных молекул отбрасывается к стенке, перемешивается и попадает в пристеночный слой. Но в основном при прохождении каждой красной клетки крови происходит механическая замена и смешивание веществ пристеночного обменного слоя кровеносных капилляров на молекулы, адсорбированные на эритроцитах. Вещества, «перенесенные» с поверхности эритроцитов в пристеночный слой обменных микрососудов, в первую очередь вовлекаются в транскапиллярный обмен, частично поступают в интерстициальное (тканевое) пространство, участвуют с соответствующей трансформацией в тканевых биохимических процессах и в клеточном обмене. Часть из них поступает в лимфу, большая часть возвращается в кровоток через стенку кровеносных капилляров и венул. С превышением просвета капилляра над диаметром эритроцита процесс десорбции-адсорбции завершается - вновь адсорбированные вещества близки по составу к соответствующим показателям пристеночного слоя венозной части капилляров.

Адсорбционно-транспортная функция эритроцитов участвует в обеспечении быстрого и селективного поступления субстанций из крови в ткани; удалении из крови метаболитов, денатурированных белков, атерогенных липидов и других веществ с повышенной химической активностью; процессе удержания в диапазоне нормы содержания ряда веществ в плазме, а также обеспечивает возможность осуществления биохимических процессов на поверхности эритроцитов.

Воспалительный процесс обычно сопровождается существенным увеличением уровня токсичных веществ в крови. Одной из особенностей адсорбционно-транспортной функции эритроцитов является усиленная адсорбция на поверхности красных клеток крови веществ с повышенной химической активностью. Адсорбированные на поверхности эритроцитов важнейшие вещества (белок, глюкоза, холестерин) первыми поступают в ткани и определяют реакцию и обмен веществ в органах и организма в целом.

На начальных стадиях воспалительных заболеваний транспорт веществ на эритроцитах, как правило, увеличивается, в то время как при хронических воспалительных процессах снижается.27

1.6 Агрегация эритроцитов

Способность эритроцитов к агрегации является одним из проявлений их функциональной активности. Функциональное состояние эритроцитов в значительной степени зависит от физико-химических свойств и химического состава плазмы крови. На свойства эритроцитов влияют множество факторов: белковый состав плазмы крови, рН среды, уровень экстрацеллюлярного и внутриклеточного кальция, регуляторных молекул и белков свертывающей системы крови, а также активация процессов перекисного окисления липидов и белков, воздействие мембраноповреждающих агентов (например, бактериальных токсинов) и многие другие. Воздействие данных факторов приводит к конформации белково-фосфолипидного бислоя мембраны эритроцитов, уплотнению их с резким снижением трансмембранной транспортной функции, формированием, так называемой, жесткой мембраны. Все это приводит к усиленной деформируемости, изменению формы, снижению сорбционной способности эритроцитов, и как следствие нарушению их агрегационной способности.

В системе микроциркуляции эффективность кровотока и сосудистое сопротивление в значительной мере зависят от агрегации эритроцитов. Данный процесс реализуется в основном в венулярном отделе микрососудистого русла и создает до 60% сопротивления в этом сосудистом сегменте. При многих патологических состояниях негативно изменяется весь комплекс реологических характеристик крови, что ухудшает ее транспортный потенциал. Одним из компонентов этих нарушений является агрегация эритроцитов. При таком патологическом состоянии как воспаление наблюдают повышенную агрегацию эритроцитов.

Процесс объединения эритроцитов в «монетные столбики» и более крупные агрегаты происходит в условиях кровотока, при которых сдвиговые силы ниже критического уровня. Это свойство эритроцитов является одним из главных детерминант вязкости крови. Некоторые авторы отмечают положительные эффект агрегации. Так, например, P.Gaehtgens (1987) указывает на то, что агрегация эритроцитов в некоторой степени полезна для микрососудистой перфузии, так как облегчает прохождение агрегатов по микрососудистому руслу, минимизируя затраты энергии. Повышенная агрегация эритроцитов приводит к окклюзии прекапилляров и капилляров эритроцитарными агрегатами, медленному прохождению эритроцитов в узких участках русла, общему замедлению скорости периферического кровотока. Агрегация эритроцитов является непосредственной причиной капиллярного стаза. В результате длительного склеивания эритроцитов в них уменьшается содержание кислорода, затрудняется выведение двуокиси углерода, что оказывает выраженное отрицательное влияние на тканевой метаболизм. К тому же агрегация эритроцитов сопровождается их повреждением с последующим выделением в кровь эритроцитарных факторов свертывания, что способствует возникновению гиперкоагуляции.

Среди факторов, способствующих агрегации эритроцитов, можно выделить три основные группы:

· плазматические

· эритроцитные

· гемодинамические.

Роль плазматических факторов заключается в нарушении равновесия между низкомолекулярными и высокомолекулярными белками плазмы. Именно преобладание последних ведет к появлению агрегации. Особенно четко данный фактор прослеживается при воспалительных заболеваниях: острое воспаление сопровождается увеличением в плазме крови уровня альфа- и бета- глобулинов, а хроническое воспаление - гамма-глобулинов и снижением низкомолекулярного белка альбумина. Наиболее вероятным механизмом возникновения этого вида агрегации эритроцитов является, по-видимому, образование вокруг эритроцитов патологической пленки, лишающей его отрицательного электрического заряда и способствующей склеиванию эритроцитов друг с другом. Заряд поверхности эритроцитов определяется высоким содержанием N-ацетилнейраминовой кислоты в составе гликофорина - главного гликопротеина плазматических мембран эритроцитов. Наиболее известной на сегодняшний день является теория мостикового механизма, согласно которой на поверхности эритроцита адсорбируются мостики из фибриногена или других крупномолекулярных белков, в частности гамма-глобулинов, которые при уменьшении сдвиговых сил способствуют агрегации эритроцитов. Чистая сила агрегации является разностью между силой в мостиках, силой электростатического отталкивания отрицательно заряженных эритроцитов и сдвиговой силой, вызывающей дезагрегацию. Механизм фиксации на эритроцитах отрицательно заряженных макромолекул: фибриногена, гамма-глобулинов -- пока не вполне понятен. Имеется точка зрения, что сцепление молекул происходит за счет слабых водородных связей и дисперсных сил Ван-дер-Ваальса. Существует объяснение агрегации эритроцитов посредством истощения - отсутствия высокомолекулярных белков вблизи эритроцитов, в результате чего появляется «давление взаимодействия», сходное по природе с осмотическим давлением макромолекулярного раствора, что приводит к сближению суспендированных частиц.

Гемодинамические факторы могут быть причиной агрегации эритроцитов при замедлении тока крови в капиллярах различной этиологии. Экспериментально оно может быть вызвано возбуждением симпатических нервных волокон или местным применением сосудосуживающих веществ.

Первичные изменения самих эритроцитов также могут быть причиной их агрегации. Это наблюдается при некоторых заболеваниях и введении в кровь определенных веществ, ведущих к изменениям формы эритроцитов (серповидные эритроциты при дрепаноцитозе, зазубренные эритроциты после внутрисосудистого введения больших доз рентгеноконтрастных веществ).

По данным литературы и многочисленным исследованиям отмечается влияние уровня кислотности плазмы в физиологических пределах, катехоламинов, простагландинов и белков свертывающей системы крови на процесс агрегатообразования, стимулирующая роль ионизированного кальция (как экстрацеллюлярного, так и внутриклеточного) в процессе объединения красных клеток крови в агрегаты. Выявлен дозозависимый характер изменения степени агрегации при повышении уровня свободного кальция плазмы. Доказаны механизмы адренергических воздействий на эритроциты: показано, что при высоких концентрациях катехоламинов их влияние на процесс агрегатообразования эритроцитов опосредуется активацией преимущественно бета-адренергических рецепторов.

Таким образом, нарушение структурно-функциональных свойств эритроцитов и особенно их агрегационной способности является одним из патогенетических механизмов развития заболеваний и их осложнений, и в частности при хроническом воспалении. Данный процесс требует более детального изучения при конкретном заболевании, необходимо также определить наиболее эффективную методику для его оценки и внедрить в практическую лабораторную диагностику, как показатель нарушения функциональных свойств эритроцитов и реологических свойств крови.25

Глава 2

Структурно-функциональные характеристики эритроцитов при некоторых заболеваниях, сопровождающихся развитием воспалительного процесса

2.1 Хроническая обструктивная болезнь лёгких

Хроническая обструктивная болезнь лёгких (ХОБЛ) относится к числу наиболее распространённых заболеваний, в патогенезе которой действует совокупность таких факторов как воспаление, эндотелиальная дисфункция, окислительный стресс, а также состояние гипоксии тканей лёгких и других органов. Вне зависимости от степени тяжести ХОБЛ проявляется хроническим воспалительным процессом с преимущественным поражением дистального отдела дыхательных путей.

В настоящее время учёными всего мира диагноз ХОБЛ перестал рассматриваться как изолированное поражение лёгочной ткани. ХОБЛ - это заболевание, в котором кроме органов дыхания задействованы различные органы и системы организма, включая эритроциты и эритропоэз. Эритроциты, являясь доминирующей частицей крови, определяют её вязкость, микрогемодинамику, потенциал транспорта кислорода, а, следовательно, и эффективность микроциркуляции. Учитывая, что состояние гипоксии органов и тканей является важным механизмом в патогенезе ХОБЛ, необходимо учитывать состояние структурно-функциональных свойств эритроцитов, определяющих их кислородтранспортную функцию. Кроме того, известно, что нарушение реологических свойств эритроцитов является определяющим звеном в патогенезе микроциркуляторных расстройств у больных с бронхолёгочной патологией.

Развитие воспалительного бронхолегочного процесса сопровождается стойкими изменениями в системе эритрона, что приводит к нарастанию гипоксии и в известной степени определяет течение патологического процесса. Уменьшается количество нормальных дискоцитов, преобладают деэнергированные формы эритроцитов с высоким содержанием холестерина на мембране, снижается их деформируемость.

Хроническая гипоксия ведет к компенсаторному эритроцитозу с соответствующим повышением вязкости крови и нарушениями микроциркуляции, что усугубляет вентиляционно-перфузионный дисбаланс.

Независимо от степени тяжести ХОБЛ и наличия кардиоваскулярной патологии, у пациентов зафиксировано повышение вязкости цельной крови, плазмы, по сравнению с контрольной группой. Эффективность доставки кислорода красными клетками крови зависит от их способности к упругим изменениям размеров и формы. О снижении деформируемости эритроцитов свидетельствует как повышение вязкости цельной крови при высоких напряжениях сдвига, так и повышение вязкости суспензии эритроцитов.

Проведенные исследования морфологии эритроцитов у больных ХОБ в зависимости от степени тяжести ХБ выявили статистически достоверное возрастание доли макроцитов и снижение процента нормоцитов у больных ХОБ средней и тяжелой степени по сравнению с показателями при ХОБ легкой степени тяжести. Следует отметить, что даже у больных ХОБ легкой степени тяжести доля нормоцитов была достоверно более низкой, а доля макроцитов более высокой, чем в контрольной группе.

При ХОБЛ происходит увеличение процентного содержания сферических форм эритроцитов -- эхиноцитов и стоматоцитов, характеризующихся низкой эластичностью мембраны.

Таким образом, снижение процентного содержания нормоцитов, увеличение доли макроцитов и повышение уровня мегалоцитов у больных ХОБЛ имеет не только диагностическое значение, но и отражает тяжесть течения патологического процесса.

У больных хроническими воспалительными заболеваниями легких наблюдается компенсаторная стимуляция эритропоэза, развитие полицитемии. С одной стороны, повышается количество переносчиков кислорода в крови, однако с другой, происходит увеличение вязкости крови и, как следствие, возникают микроциркуляторные нарушения.

Наряду с этим при заболеваниях легких часто отмечается гиперагрегация форменных элементов крови и как следствие -- нарушение микроциркуляции, микротромбообразование, повышение легочно-артериального сопротивления.

Усиление агрегации эритроцитов, уменьшение их способности к деформированию в потоке усиливают имеющиеся нарушения кислородтранспортной функции крови, в результате чего еще больше усугубляется гипоксия.

Соотношение ХС/ФЛ является важным показателем состояния мембраны. Наблюдаемое повышение показателя ХС/ФЛ осуществляется за счёт увеличения в составе мембран молекул ХС, тогда как содержание ФЛ имеет отчётливую тенденцию к снижению. Микровязкость липидного бислоя находится в прямой зависимости от содержания в липидах мембраны молекул ХС и активности реакций свободнорадикального окисления и увеличивается по мере ухудшения тяжести заболевания.

При различных стадиях ХОБЛ в периоде обострения в эритроцитах развивается окислительный стресс с дисбалансом между интенсивностью оксидантных реакций и мощностью антиоксидантных систем эритроцитов, сопряженный с тяжестью клинического течения заболевания и степенью бронхиальной обструкции.

Установлено, что при среднетяжёлом течении ХОБЛ с нормоцитозом наиболее активна антиоксидантная система супероксиддисмутаза-каталаза; с выраженным эритроцитозом - супероксиддисмутаза и антиоксидантная система восстановленного глутатиона; при тяжёлом течении все 3 антиоксидантных системы находятся в состоянии декомпенсации.

Окислительный стресс вызывает зависимое от тяжести заболевания нарушение реологических свойств целых эритроцитов и формирование перекисно-модифицированной мембраны эритроцитов, что подтверждено выявлением накопления окисленного холестерина, мембраносвязанного гемоглобина, веществ средней и низкой молекулярной массы, продуктов активированного фосфолипазного гидролиза, фрагментацией белковых структур со снижением активности мембраносвязанных ферментов и барьерной функции мембраны.[11,12]

2.2 Острая пневмония

Анализ структурно-функциональной организации мембран эритроцитов у обследуемых больных показал, что в период разгара клинических проявлений острой пневмонии наблюдаются заметные изменения.

В фосфолипидном составе увеличивается содержание фракции ЛФХ, снижается содержание СФМ и повышается коэффициент отношения легкоокисляемых фракций (ФС,ФЭА) к трудноокисляемым (СФМ,ФХ). Изменения фосфолипидной структуры мембран эритроцитов сопровождались изменениями функциональных показателей. Так, активность фосфолипазы повышалась у больных с осложненными формами заболевания, активность АХЭ повышалась у всех больных, изменения активности АТФ-аз имели тенденцию к снижению.

Нарушение состояния мембран эритроцитов связано с перестройкой липидной фазы в ответ на воздействие мембраноповреждающих факторов, таких как активация эндогенных фосфолипаз, процессов свободно-радикального окисления. Первичными факторами, обуславливающими изменения состояния клеточных мембран при острой пневмонии, являются гипоксия и токсемия, являющиеся своеобразными тригерами цепи патофизиологических сдвигов в организме. Гипоксия, независимо от механизмов ее развития, влечет за собой не только прекращение процессов синтеза структурных компонентов мембран, но и непосредственное их разрушение.

Накопление ЛФХ в избыточной концентрации является признаком появления "маркеров” патологии на уровне мембранных структур, а именно - лизофосфолипидов, продуктов свободно-радикального окисления, ингибирующих каталитические центры белков-ферментов биомембраны, обуславливая нарушение проницаемости, транспорта, текучести и стабильности мембраны, изменение формы клетки. ЛФХ,являясь сильным детергентом, в повышенной концентрации вызывает гемолиз эритроцитов. Уменьшение содержания СФМ в мембранах эритроцитов в период разгара заболевания приводит к снижению защитных свойств эритроцитов к ацдотическим сдвигам в плазме крови, изменению электростатических свойств красных клеток крови и повышению проницаемости мембраны, подтверждаемой повышением активности фермента АХЭ. Косвенным признаком нарушения структурной организации липидной фазы мембран эритроцитов у обследуемых больных в период разгара заболевания, является увеличение коэффициента отношения легкоокисляемых фракций фосфолипидов к трудноокисляемым, преимущественно за счет уменьшения концентрации трудноокисляемых фракций. У больных с осложненными формами пневмонии о выраженности мембраноповреждающих факторов в период разгара говорит повышение активности фосфолипазы, точкой приложения которой являются жирнокислотные радикалы фосфолипидов мембран клеток. То, что активность АТФ-аз мембран эритроцитов у больных практически не меняется, говорит о компенсаторном поддержании активности на достаточно высоком уровне. Это также связано и с тем, что активность АТФ-аз в основном зависит от содержания легкоокисляемых фракций фосфолипидов (ФС, ФЭА), процентное содержание которых не изменяется.

Накопление ЛФХ, повышенная активность фосфолипазы, АХЭ, увеличение проницаемости приводят в период разгара пневмонии у больных к снижению устойчивости, нарушению вязкости мембран эритроцитов и развитию гипохромной анемии по гемолитическому типу. У больных о осложненными формами уменьшается количество эритроцитов, концентрация гемоглобина, цветного показателя.У больных с неосложненными формами снижена концентрация гемоглобина и цветного показателя.

Уменьшение ФХ в мембранных комплексах свидетельствует об уменьшении его ресинтеза, что приводит к снижению антиоксидантной роли ФХ в клеточной структуре, так как ФХ препятствует детергентному воздействию на клеточные мембраны продуктов свободно-радикального окисления липидов.

Развитие пневмонии сопровождаетсятакже дезорганизацией белок-липидных контактов при увеличении упорядоченности липидных молекул и модификации поверхностных слоев мембраны клеток. Были выявлены также изменения параметров Са2+-индуцированного гиперполяризационного ответа эритроцитов, снижение содержания спектрина, увеличение количества низкомолекулярных белков в мембране и нарушение поверхностного рельефа и ультраструктуры красных клеток крови. Глубина нарушений структурно-метаболического статуса эритроцитов у больных с острой пневмонией зависела от тяжести заболевания и была наиболее выражена у больных с осложненными формами пневмонии.

Мембранодеструктивные процессы в эритроцитах в остром периоде имели различный характер у больных крупозной и очаговой пневмонией. У больных крупозной пневмонией была больше нестабильность мембран и дефицит эндогенных антиоксидантов в плазме крови.

Течение острой пневмонии сопровождается усиление агрегационных характеристик эритроцитов.

Снижение текучести эритроцитов, нарушения деформируемости и способности к агрегации являются одной из причин развития блокады микроциркуляторного русла при экстремальных состояниях. Эритроциты в агрегатах теряют свои тинкториальные свойства, появляются участки истонченного липидного матрикса, при контакте клеток друг с другом образовываются электронно-плотные фрагменты слияния мембран; явления эритростаза выражаются в наличии агрегатов и свободнолежащих клеток в венулах и капиллярах, часть эритроцитов представляет собой гемолизированные клетки, "тени" из одной мембраны; просветы капилляров полностью закрываются сладжированными эритроцитами.

Воздействие инфекционного, токсического фактора, гипоксии создает условия для усиления свободно-радикального окисления липидов клеточных мембран, активации эндогенных фосфолипаз, ингибирования антиоксидантных ферментов защиты. Это ведет к накоплению в тканях токсических продуктов: перекисей, гидроперекисей, жирных кислот, лизоформ фосфолипидов, повреждающих структуру и функцию мембран клеток.31,32

2.3 Бронхиальная астма

Заболевание сопровождается выраженными изменениями структуры и функции мембран, обусловленными гиперактивацией процессов перекисного окисления липидов. Повреждение мембран клеток является основным механизмом формирования смешанной гипоксии при бронхиальной астме. Полученные данные свидетельствует о выраженных изменениях структуры мембран эритроцитов в результате гиперактивации ПОЛ в мембранах. Вследствие накопления продуктов ПОЛ увеличивается микровязкость мембранных фосфолипидов, что является основной причиной повышения ригидности мембраны клетки. В результате происходит изменение популяционного состава с увеличением количества эритроцитов с ригидной мембраной (дискоциты, сфероциты).

В сосудистом русле такие эритроциты быстро гемолизируются, что сопровождается нарастанием анемии. Формирующийся синдром эритроцитарной мембранопатии приводит к усугублению наиболее трудно корригируемого компонента острой гипоксии - гемического. При усилении ПОЛ в мембранах эритроцитов в липидном бислое появляются гидрофильные кластеры. Это приводит к повышенному поступлению молекул воды в толщу мембраны, что и «обеспечивает» нестабильность структуры мембраны.

Экстраполяция данных исследований структуры мембран эритроцитов при гипоксическом повреждении на другие клетки организма дает основание считать, что в основе смешанной гипоксии при тяжелой бронхиальной астме лежит повреждающий эффект свободных радикалов на мембраны клеток, в том числе, эндотелиальных. Таким образом, в патогенезе гипоксии при тяжелой бронхиальной астме значительную роль играют выраженные изменения структуры мембран клеток, в том числе и эндотелиальных, что сопровождается формированием трансмембранного барьера при доставке кислорода от гемоглобина эритроцитов к клеткам тканей.[14]

Результаты изучения организации мембран эритроцитов показали, что нарушения гомеостаза внутренней среды организма при различных клинико-патогенетических вариантах заболевания сопровождаются дестабилизацией мембран эритроцитов, выражающейся в универсальных ультраструктурных и конформационных перестройках поверхностных и интегральных белков, асимметрией текучести липидной фазы и нарушением соотношения мембранных липидов. В то же время установлено, что некоторые физико-химические свойства мембраны связаны с тяжестью течения и особенностями патогенеза отдельных вариантов заболевания.

Модификация структуры и функции мембран эритроцитов при отдельных клинико-патогенетических вариантах бронхиальной астмы выражается в преимущественном изменении белковой компоненты при атопической форме заболевания, липидной матрицы при эндогенной и аспириновой и тотальной дезорганизации структуры мембраны при стероидозависимой бронхиальной астме.

Отмечено, что при бронхолегочных заболеваниях, в частности бронхиальной астме (БА), происходит изменения липидных показателей крови. Причем эти изменения тем сильнее, чем тяжелее протекает заболевание. В свою очередь метаболизм фосфолипидов является важным критерием, помогающим оценить функциональное состояние органов дыхания. Это обстоятельство не является случайным, поскольку одним из важнейших показателей, отражающих липидный обмен в организме больного бронхиальной астмой, является количественный и качественный состав фосфолипидов в сыворотке крови и клеточных мембран, так как синтез и метаболизм фосфолипидов в клеточных мембранах очень чувствителен к воздействию токсико-инфекционных факторов, присутствующих в организме при бронхиальной астме.

Установлено, что качественный состав фосфолипидов в мембранах эритроцитов периферической крови у больных бронхиальной астмой не отличается от такового у здоровых людей и характеризуется наличием следующих фракций: фосфатидилэтаноламина, фосфатидилхолина, сфингомиелина , фосфатидилинозитола , фосфатидилсерина, лизофосфатидилхолина. Однако в количественном отношении выявлен ряд особенностей. Так, при обострении бронхиальной астмы, в мембранах эритроцитов происходит перераспределение фосфолипидных фракций, выражающихся в снижении процентного содержания фосфатидилхолина и повышении количества сфингомиелина. Эта закономерность неслучайна, так как по литературным данным сфингомиелин не подвергается действию фосфолипаз и замещение фосфатидилхолина на сфингомиелин, возможно, направлено на сохранение структурной целостности эритроцита. Одновременно с этим происходит накопление в фосфолипидах эритроцита гидрофобных групп, которые в свою очередь стабилизируют его мембрану. Тем не менее, снижение количества фосфатидилхолина способствует ослаблению поверхностно-активным свойствам мембраны эритроцита, а также повышает проницаемость сосудистой стенки и коагуляционного потенциала крови, что может быть одной из причин прогрессирования патологического процесса у больного бронхиальной астмой, в частности развития пневмосклероза, так как фосфатидилхолин является ингибитором коллагенообразования.

Так же, у больных бронхиальной астмой в фазу обострения, происходило достоверное увеличение содержание лизофосфатидилхолина в эритроцитарных мембранах способствующим разрыхлению гидрофобной области липидного слоя мембран эритроцитов. После базисной терапии будесонидом, количество лизофосфатидилхолина в мембранах эритроцитов снижалось, по сравнению с данным показателем больных в период обострения заболевания, что может свидетельствовать об ослаблении процессов перекисного окисления липидов в них. Вместе с тем лизофосфатидилхолин имеет огромное метаболическое значение, так как является промежуточным звеном в образовании фосфатидилхолина путем ацилирования при участии лизолецитин-ацилтрансферазы. Этот процесс в биосинтезе фосфолипидов на фоне липидпероксидации может быть компенсаторным механизмом, происходящим в организме больного бронхиальной астмой.

Так же было установлено, что у больных бронхиальной астмой в фазу обострения основного заболевания, происходило достоверное увеличение содержания фосфадитилсерина. Возрастание количества фосфатидилсерина в мембранах эритроцитов при обострении БА логично, так как он является одним из источников образования фосфатидилэтаноламина, а также свидетельствует о наличие структурных перестроек в липидном и белковом компонентах мембраны, совместно с фосфатидилинозитолом регулирует гормональное влияние на клеточную мембрану и приводит к активации АТФ-азы.

Показано, что процентное содержание фосфатидилэтаноламина в мембранах эритроцитов периферической крови у больных БА в период обострения данного заболевания достоверно снижалось. Однако в ряде работ отмечается увеличение его количества у больных с заболеваниями бронхолегочного аппарата вследствие активного протекания процессов перекисного окисления липидов. В условиях гипоксии, возникающей в процессе заболевания, фосфатидилэтаноламин подвергается гидролизу с образованием АТФ, что, по-видимому, связано с адаптационными возможностями эритроцита. В свою очередь, фосфатидилэтаноламин обладает высокой метаболической активностью, так как содержит большое количество ненасыщенных жирных кислот, которые в свою очередь высвобождаются под действием фосфолипазы А2, подвергаются атаке молекулярным кислородом и вступают на путь свободного радикального окисления, что приводит к разрыхлению мембраны и образованию гидрофильных пор.

Таким образом,установлено,что бронхиальная астма сопровождается изменением фосфолипидного состава мембран эритроцитов, что выражается увеличением процентного содержания лизофосфатидилхолина, фосфатидилсерина, сфингомиелина и снижением фосфатидилэтаноламина и фосфатидилхолина в период обострения заболевания.

Выявленные изменения состава фосфолипидов у больных бронхиальной астмой в фазу обострения, свидетельствуют о модификации липидного бислоя мембран эритроцитов в сторону увеличения плотности упаковки фосфолипидного бислоя и общей насыщенности эритроцитарных липидов. Данные изменения мембранных структур могут являться внутренними факторами, сопутствующими развитию бронхолегочной патологии. Это открывает возможности для рациональной терапии больных данной категории.[15]

В период обострения у больных бронхиальной астмой имеются общие для всех клинико-патогенетических вариантов признаки дестабилизации мембран эритроцитов в виде транслокации белковых молекул к поверхности мембраны, конформации её функционально-активных молекулярных групп, дисбаланса между легкоокисляемыми и трудноокисляемыми фракциями фосфолипидов и дегидратации мембранных структур. Ригидность мембраны нарастает с утяжелением характера течения заболевания.

Снижается эластичность и деформируемость эритроцитов, что приводит к ухудшению реологических свойств и газотранспортной функции крови. Изменение функциональных возможностей эритроцитов связано с физико-химическим состоянием липидной фазы их мембран, с липид-белковыми взаимодействиями в бислое, т. к. при экстремальных воздействиях среды в клеточных мембранах, в том числе и эритроцитарных, повышается уровень свободных радикалов, появляются фосфолипиды с одним жирнокислотным остатком (лизофосфолипиды), изменяется соотношение насыщенных и ненасыщенных жирных кислот и, следовательно, толщина и микровязкость мембраны. Меняется также состав и подвижность мембранных фосфолипидов, их способность к активации ферментных комплексов.33,34

При БА активное воспаление приводит к существенным нарушениям реологических свойств крови и, в частности, к повышению ее вязкости. Это реализуется за счет увеличения прочности эритроцитарных агрегатов (что объясняется влиянием высокой концентрации фибриногена и продуктов его деградации на процесс агрегатообразования), увеличения показателя гематокрита, изменения белкового состава плазмы (рост концентрации фибриногена и других крупнодисперсных белков). [8]

2.4 Ожоги

Ожоговая травма является весьма важной медико-социальной проблемой. Значимость ее во многом обусловлена тяжестью термической агрессии и высокой вероятностью развития различного рода осложнений, определяемых запуском целого комплекса взаимосвязанных и взаимозависимых органопатологических изменений, в том числе в патологический процесс оказывается вовлеченной и система эритрона. Это создает в постожоговом периоде серьезные предпосылки для стойкого глубокого нарушения эритроцитарного гомеостаза, возникновения и прогрессирования гипоксемии и гипоксии тканей, что, в свою очередь, приводит к замедлению процесса репарации ожоговых ран, затруднению приживления трансплантатов, удлинению периода стационарного лечения, усугублению прогноза и исхода заболевания. Фундаментальные исследования последних десятилетий вскрыли многие теневые стороны патогенеза ожогового малокровия, позволили выявить многофакторность поражения системы эритрона, обусловленную спецификой термической травмы. Однако, несмотря на накопленный обширный фактический материал, до настоящего времени не существует единого мнения в оценке роли различных патогенетических механизмов в развитии эритроцитарных расстройств у обожженных, что затрудняет разработку программ своевременной и адекватной коррекции дисбаланса эритроцитарного гомеостаза.