Текст книги "Респираторная медицина. Руководство (в 2-х томах)"

meta:

author:

fio[ru]: Л.Н. Лепеха

codes:

next:

type: dklinrek

code: I.IV

Современное представление о системе легочного сурфактанта (ЛС) сложилось благодаря определенным успехам, достигнутым в области физиологии, биохимии и морфологии органов дыхания [1, 2, 4, 6, 17, 30]. К настоящему времени накоплен большой фактический материал, свидетельствующий о выраженной чувствительности различных ее компонентов к неблагоприятным факторам внешней и внутренней среды, прямом или косвенном участии в патогенезе ряда заболеваний и пневмопатий [2, 29, 34]. Своевременное выявление и коррекция нарушений системы ЛС – новое направление современной медицины, тесно связанное с прогрессом фундаментальной науки.

type: dkli00065

СИСТЕМА ЛЕГОЧНОГО СУРФАКТАНТА В НОРМЕ

ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА И ФУНКЦИИ

Предположения физиологов о наличии в легких поверхностноактивных веществ (ПАВ) сегодня подтверждены многими исследователями, обосновавшими необходимость изменения поверхностного натяжения (ПН) альвеолы в акте дыхания [1, 36]. Если бы в легком не было ПАВ и ПН (сигма) не менялось, то уже одно уменьшение радиуса альвеолярной стенки (r) увеличило бы давление воздуха на нее (P) и вызвало бы ее спадание, так как по закону Лапласа P=2сигма r. Изменяя свои физикохимические свойства синхронно с вдохом и выдохом, ЛС предотвращает развитие ателектаза, создает условия для функционирования альвеол различной величины.

Существенным вкладом для лабораторной оценки функционального состояния ЛС стали работы Клементса, который впервые для измерения ПН смывов и экстрактов из легких использовал весы Вильгельми и получил характерную кривую зависимости величины ПН от площади поверхности (петля гистерезиса). Для ее характеристики автор ввел ряд показателей, которые до сих пор применяют в отечественной и зарубежной практике для оценки поверхностноактивных свойств ЛС [2, 4]. Несмотря на то что указанный способ изучения легочных ПАВ не прямой, полученные с его помощью результаты коррелируют с данными морфологических исследований, позволяют прогнозировать риск развития легочных ателектазов.

Участие ЛС в биомеханике дыхания связано также с его ролью в регуляции водного баланса между кровью и внутриальвеолярным воздухом. В норме онкотическое давление плазмы крови (37 см вод.ст.) складывается из онкотического давления тканевой жидкости (18 см вод.ст), гидродинамического давления крови (15 см вод.ст.) и давления, обусловленного ПН альвеол (4 см вод.ст.). Поэтому при дефиците ЛС и высоком ПН резко увеличивается проницаемость аэрогематического барьера, нарастает транссудация жидкости из кровеносных капилляров, происходит «затопление» альвеол [1].

Наконец, к основным функциям ЛС необходимо относить его участие в противоинфекционной защите органов дыхания, специальное изучение которой началось относительно недавно и ведется по трем основным направлениям:

–выявление бактерицидных свойств ЛС [21, 24];

–оценка влияния ЛС на миграцию, созревание и функциональную активность альвеолярных макрофагов (АМ) [12, 14, 27];

–участие легочных ПАВ в работе мукоцилиарного аппарата [18, 32].

БИОХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ И ВНУТРИАЛЬВЕОЛЯРНАЯ ВЫРАБОТКА

В настоящее время установлено, что ЛС всех млекопитающих, в том числе человека, представлен комплексом липогликопротеидов, в котором 80 – 85% приходится на долю липидов, 8 – 10% – белка и 2 – 5% – углеводов [4, 17]. Основные вещества, способные изменять ПН альвеолы, – фосфолипиды (80%), а среди них – фосфатидилхолин (70 – 80%), больше половины которого представлено его ненасыщенной формой, имеющей два остатка пальмитиновой кислоты, – дипальмитоилфосфатидилхолином. Второй по содержанию фосфолипид (ФЛ) – фосфатидилглицерол (8 – 9%) – имеет самую низкую температуру плавления, быстро переходит в гипофазу, облегчая формирование насыщенного слоя дипальмитоилфосфатидилхолина на границе воздух – жидкость [1, 36]. Остальные ФЛ (сфингомиелин, фосфатидилэтаноламин, фосфатидилсерин, фосфатидилинозитол) присутствуют в составе ЛС в небольших количествах (по 1 – 2,5%) и, вместе с холестерином и триглицеридами, обеспечивают условия стабильного функционирования его внеклеточно расположенных мембран [17].

Помимо фосфолипидов, в составе ЛС выделяют 4 класса специфических, генетически разнородных белка с разной молекулярной массой: SPA, SPB, SPC, SPD [30]. Среди них наиболее изучен SPA, имеющий молекулярную массу 28 – 36 кДа. Он содержит коллагеновый домен, непосредственно взаимодействующий с ФЛ. Во время выдоха часть SPA покидает наружный слой ЛС, увлекая за собой и молекулы ФЛ. Во время вдоха он вновь доставляет комплементарное количество ПАВ на границу раздела фаз.

Другой высокомолекулярный гидрофильный апопротеин ЛС с молекулярной массой 43 – 45 кДа (SPD) обладает кальцийзависимым лектиновым доменом, способным связываться с гликоконъюгатами, присутствующими на поверхности микроорганизмов, а также полиморфноядерных лейкоцитов и АМ [35]. Очевидно, SPD имеет важное значение в активации фагоцитирующих клеток легкого, принимает непосредственное участие в защите альвеол от инфекции.

Низкомолекулярные апопротеины SPB (9 – 18 кДа) и SPC (5 кДа) гидрофобны и в органических растворителях остаются связанными с ФЛ. Их функциональное назначение изучено в меньшей степени, чем SPA. Большинство экспериментальных исследований указывает на то, что белки B и C ускоряют адсорбцию ПАВ на границе раздела фаз, обеспечивают низкое ПН и высокую стабильность поверхностной пленки ЛС. Недавно установлено, что вместе с SPA эти белки участвуют в формировании тубулярного миелина [30].

Углеводные молекулы ЛС представлены глюкозой, галактозой, сиаловой кислотой, фруктозой и галактозамином. Соединяясь с апопротеинами и подвергаясь различным модификационным изменениям, они, очевидно, обеспечивают определенный путь перемещения ЛС внутри клетки, готовность к секреции и другие процессы, связанные с его формированием и выделением на поверхность альвеолы [17].

Место внутриклеточного синтеза всех трех основных компонентов ЛС – альвеолоциты 2го типа (А2). Они имеют характерную для секреторной клетки ультраструктурную организацию. Наряду с митохондриями, они обладают профилями гранулярной цитоплазматической сети и пластинчатого комплекса, микротрубочками и микрофиламентами, содержат гранулы секрета – осмиофильные пластинчатые тельца (ОПТ).

Анализ перемещений меченых предшественников синтеза ЛС по цитоплазме А2 показал, что ФЛ и апопротеины синтезируются в различных отделах гранулярной цитоплазматической сети, затем независимо друг от друга переходят в зону пластинчатого комплекса [6]. Здесь липиды формируют мелкие, «незрелые» ОПТ, которые затем транспортируются в апикальную цитоплазму, к «зрелым» ОПТ, где секрет накапливается. В зоне пластинчатого комплекса белки соединяются с молекулами углеводов, гликозилируются с образованием высокомолекулярных гликопротеидов, которые в составе мультивезикулярных телец также перемещаются к «зрелым» ОПТ и, связываясь с ними, концентрируются в отдельном компартменте.

Секреция всех компонентов ЛС происходит одновременно, содержимое ОПТ выделяется из клеток по мерокриновому типу. Взаимодействие липидов и гликопротеидов происходит в гипофазе внеклеточной выстилки альвеол, где из них формируются мембранные структуры с характерной трехмерной организацией, названные тубулярным миелином (ТМ) [36].

СТРУКТУРНАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ

Структурная организация ЛС у всех млекопитающих и человека имеет общий план строения. В его составе (рис. 4-40) принято выделять наружную пленку – мембрану толщиной 8 – 10 нм, расположенную непосредственно на границе раздела фаз воздух – жидкость (собственно ЛС) и связанный с ней, погруженный в гипофазу, ТМ (резервный ЛС).

path: pictures/0440.png

Рис. 4-40. Структурная организация внеклеточных мембран легочного сурфактанта. Ув. 108 000. ЛС – пленка легочного сурфактанта, ТМ – тубулярный миелин, А1 – альвеолоцит 1го типа, ПА – просвет альвеолы.

Ультраструктурная организация ТМ варьирует в зависимости от условий фиксации и плоскости среза. При адекватной фиксации легкого путем перфузии глутарового альдегида через легочную артерию он имеет вид сеточек или параллельно расположенных мембран. Каждая мембрана ТМ состоит из двух осмиофильных слоев толщиной по 2,7 нм, разделенных электронно-прозрачным промежутком в 2,2 нм, т.е. имеет характерную для биологической мембраны трехслойную структуру. Расстояние между двумя такими мембранами составляет 45 – 55 нм, что соответствует толщине гликопротеидного покрытия каждой элементарной мембраны. В углах сеточек ТМ располагаются глобулы иммунологически активных белков плазмы, получающих таким образом возможность первого контакта с инфекцией [21].

Степень развития резервного ЛС варьирует у разных млекопитающих, коррелируя с противоинфекционной устойчивостью вида. Особенно хорошо мембраны ТМ развиты у крыс и крайне слабо у морских свинок, которых широко используют для моделирования различных воспалительных процессов. Поскольку ЛС крайне чувствителен к различным воздействиям и быстро разрушается при подготовке легочной ткани к морфологическому исследованию, в экспериментальных условиях применяют специальные методы фиксации органов дыхания, позволяющие сохранить фрагменты внеклеточной выстилки альвеол и мембраны ЛС на поверхности альвеолярного эпителия [4]. Для оценки структурнофункциональной полноценности системы ЛС у человека можно использовать материал бронхоальвеолярного лаважа (БАЛ), в котором под электронным микроскопом выявляют фрагменты ТМ, а также его видоизмененные структуры.

ОБНОВЛЕНИЕ И УДАЛЕНИЕ ЛЕГОЧНОГО СУРФАКТАНТА

Обновление ПАВ в органах дыхания происходит достаточно интенсивно, за 12 – 24 ч [6]. При этом большую часть «отработанных» молекул ЛС реутилизируют А2, что убедительно продемонстрировано в экспериментах in vitro и in vivo [38, 39]. Реадсорбцию липогликопротеидных комплексов осуществляет эндоцитоз, в механизме которого активная роль принадлежит апопротеину SPA. Он взаимодействует со специфическими рецепторами А2 и, очевидно, регулирует размеры внутриальвеолярного пула ПАВ, выступая в роли аутокринного фактора. Постоянная рециклизация молекул ЛС обеспечивает наиболее экономичный, быстрый и стабильный путь воспроизводства его поверхностноактивных свойств.

Другим важным механизмом удаления ЛС с поверхности альвеол служит его фагоцитоз АМ. Фагоциты располагаются в гипофазе внеклеточной выстилки альвеол непосредственно под мембранами ЛС, тесно к ним прилегают и захватывают фрагменты ТМ. Именно эти структуры выявляются в фагосомах АМ в норме, при компенсаторно-адаптационном увеличении количества ПАВ в единственном легком, при экспериментальном силикозе и пневмоцистозе [4, 12, 13]. Об активном участии АМ в метаболизме ЛС свидетельствует высокое содержание в их цитоплазме различных фосфолипаз, катепсинов, арифсульфатазы и других гидролаз [12, 20]. При этом АМ поглощают не только отработанные, но и «лишние» мембраны внеклеточного ЛС, участвуя тем самым в регуляции количества ПАВ на поверхности альвеол. С нарушениями поглотительной и/или протеолитической способности АМ связано избыточное накопление ЛС во внутриальвеолярном пространстве при альвеолярном липопротеинозе [34].

Помимо клеточных механизмов выведения отработанного ЛС, существует постоянный «дрейф» наружной его пленки из альвеолярного пространства в терминальные бронхиолы, который осуществляется за счет разницы градиентов ПН в этих отделах [1, 36]. Вместе с током подлежащей жидкости выносятся мелкие частицы и АМ, заполненные поглощенным материалом. В нижних отделах дыхательных путей под действием фосфолипаз и протеаз, которые вырабатывают клетки Клара, компоненты ЛС постепенно разрушаются и с помощью мукоцилиарного транспорта выводятся в верхние отделы и ротовую полость.

Доля участия каждого из рассмотренных путей клиренса ЛС зависит от состояния органов дыхания, наличия в альвеолах тех или иных изменений и требует специального изучения в каждом конкретном случае. Так, можно ожидать, что при развитии в респираторном отделе инфекционного процесса, для которого активация АМ является характерным звеном в реакции на возбудитель, эти клетки играют основную роль и в механизме клиренса ЛС. В свою очередь, факторы развития бактериального воспаления могут влиять на функциональное состояние фагоцитов и А2, нарушая процессы метаболизма ЛС, что осложняет течение и исход самого воспалительного процесса.

type: dkli00066

НАРУШЕНИЯ СИСТЕМЫ ЛЕГОЧНОГО СУРФАКТАНТА

РЕСПИРАТОРНЫЙ ДИСТРЕСССИНДРОМ НОВОРОЖДЕННЫХ

О выраженном дефиците ЛС, развитии острой дыхательной недостаточности и гибели недоношенных младенцев (гестационный возраст <27 нед) впервые сообщили физиологи в начале 50х годов [16]. Впоследствии многие исследователи пришли к заключению, что в момент первых дыхательных движений недостаток ЛС при выдохе приводит к резкому повышению ПН альвеол и коллапсу легкого [2, 8]. Полнокровие участков ателектаза и транссудация плазмы из капилляров во внутриальвеолярное пространство (под влиянием избыточного отрицательного давления) способствуют образованию характерных гиалиновых мембран [27]. Их выявляют вдоль стенок полурасправленных альвеол, альвеолярных ходов и почти не встречают у мертворожденных, т.е. не дышавших младенцев.

При ультраструктурном анализе легких новорожденных, погибших от респираторного дистресссиндрома (РДС), была установлена главная причина синдрома – морфологическая незрелость плода, отсутствие в составе респираторного эпителия достаточного числа дифференцированных, содержащих «зрелые» ОПТ, А2 [8]. Для установления биохимической зрелости плода широкое распространение получило определение фосфолипидного состава амниотической жидкости. В тех случаях, когда величина соотношения фосфатидилхолин сфингомиелин <2, стали проводить стимуляцию выработки сурфактанта глюкокортикоидами [16]. Если у новорожденного имеются признаки стернальной ретракции, тахипноэ, одышка, происходит снижение легочного комплаенса, развитие билатеральных инфильтратов, его сразу же переводят на механическую вентиляцию легких и заместительную терапию экзогенным ЛС. Для этого используют синтетические и натуральные препараты (100 мг/кг), что, по данным разных авторов, позволяет снизить смертность от РДС на 10 – 40% [8, 11].

СИНДРОМ ОСТРОГО ПОВРЕЖДЕНИЯ ЛЕГКИХ И РЕСПИРАТОРНЫЙ ДИСТРЕСССИНДРОМ ВЗРОСЛЫХ

Когда у взрослых впервые отметили клинические и морфологические признаки острой дыхательной недостаточности, сходные с РДС новорожденных, авторы назвали этот синдром РДС взрослых. В дальнейшем чаще стали применять термин – острый РДС взрослых, подчеркивающий скорость развития дыхательной недостаточности [29], известный ранее как «шоковое» легкое, некардиогенный отек легкого [7, 9].

После проведения в 1994 г. Согласительной евроамериканской конференции, всесторонне рассмотревшей природу острого РДС взрослых, было решено ввести равноценный термин – синдром острого повреждения легких, отметивший вторичность паренхиматозного повреждения легких, которое начинается с эндотелия капилляров, а не с альвеолярного эпителия, как при РДС новорожденных.

Центральное звено патогенеза синдрома острого повреждения легких и РДС взрослых – системная воспалительная реакция. Она развивается не только при инфекционных заболеваниях легких (пневмонии), но и у больных с тяжелой травмой, постперфузионным легочным синдромом, геморрагическим, септическим или анафилактическим шоком, эндогенными интоксикациями (особенно при остром панкреатите), ДВСсиндромом и другими критическими состояниями организма [3, 10]. Установлено, что действие шокогенных факторов активирует комплемент, в результате чего выделяются анафилотоксины С3а и С5а, влияющие на подвижность клеток белой крови. Агрегаты активированных гранулоцитов прилипают к эндотелию, дегранулируются с высвобождением гидролаз и оксидантов, которые повреждают мембраны аэрогематического барьера и вызывают быстрое повышение его проницаемости для различных компонентов плазмы [9]. Их выход во внутриальвеолярное пространство приводит к механической деструкции, перекисному окислению и ферментативному расщеплению внеклеточных фосфолипопротеидов, взаимодействию их с фибриногеном, формированию гиалиновых мембран [7, 10]. Эти изменения коррелируют с резким снижением поверхностной активности ФЛ, содержанием SPA и SPB в гомогенатах легочной ткани и материале БАЛ [11, 30].

Развитие некардиогенного отека и легочной гипертензии в свою очередь усиливает фильтрационное давление, увеличивает нагрузку на правый желудочек и усиливает отек легких. В условиях тканевой гипоксии А2 переходят на анаэробный метаболизм, активируются каспазы – биохимические маркеры апоптоза [10]. Сначала затухает секреторная, наиболее чувствительная к нарушениям гемоперфузии и альвеолярной вентиляции функция этих клеток, затем – восстановительная.

Такой вариант изменений альвеолярного эпителия наблюдают, в частности, при развитии синдрома острого повреждения легких у больных с остропрогрессирующей казеозной пневмонией. Преобладание в альвеолах кубического эпителия, состоящего из А2 без признаков выработки ЛС (рис. 4-41) зависит от глубины и распространенности деструктивных изменений аэрогематического барьера, наличия внутриальвеолярного отека и гиалиновых мембран, максимально выраженных на аутопсиях. В операционном материале обычно можно наблюдать трансформацию А2 в А1; выявляют отдельные А2 с гиперсекреторной активностью. Своевременное проведение базовой терапии с интенсивным интратрахеальным введением препаратов натурального ЛС позволяет добиться заметного улучшения оксигенации у таких больных [11].

path: pictures/0441.png

Рис. 4-41. Альвеолоциты 2го типа без признаков секреторной активности формируют кубический эпителий, выстилающий альвеолу, при остром повреждении легких. Ув. 8900. А2 – альвеолоцит 2го типа.

Вместе с тем данные экспериментальных и клинических наблюдений по применению различных препаратов ЛС в комплексном лечении синдрома острого повреждения легких и РДС взрослых достаточно противоречивы [3, 10, 30]. Обнадеживающие результаты получены только при использовании природного, содержащего специфические белки сурфактанта в суммарной дозе 400 – 800 мг/кг [11, 19, 25].

В настоящее время в мировой практике отрабатывают тактику раннего выявления и профилактики развития синдрома острого повреждения легких, где с учетом тяжести поражения в комплексе с методами прямой детоксикации и плазмафереза разрабатывают индивидуальные схемы заместительной сурфактанттерапии [3].

АЛЬВЕОЛЯРНЫЙ ПРОТЕИНОЗ

Альвеолярный протеиноз был впервые описан как легочное заболевание с признаками дыхательной недостаточности и накоплением во внутриальвеолярном пространстве ШИКпозитивного «белкового» материала [36]. В дальнейшем было установлено, что наряду с белками в альвеолах определяют фосфолипиды ЛС, количество которых варьирует в зависимости от формы и стадии альвеолярного протеиноза [34].