КЛИН-БИОХ Х-КА ПАТ ПРОЦ В ЛЕГКИХ
advertisement
КЛИНИКО-БИОХИМИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ПАТОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ В ЛЕГКИХ Структурная организация легких обеспечивает основные газообменные функции. Учитывая анатомические особенности легких, которые имеют большую площадь поверхности дихальних путей и соединяются с внешней средой, важно знать метаболические процессы, которые происходят в их клетках. Легкие синтезируют и секретируют поверхностно активные вещества (сурфактанты), которые принимают участие в регуляции свертывающей и противосвертывающей систем, в обмене биологически активных веществ и других механизмах поддержания гомеостаза организма. Энергетические процессы в легочной ткани Для поддержания структурной и функциональной системы в легких нужна энергия, которая образуется во время метаболизма веществ. Основным местом ее синтеза является митохондрии, где, кроме этого, происходит и биосинтез новых соединений: лецитина, фосфоглицерола, кардиолипина. Митохондрии легких отличаются от митохондрий других тканей ферментативной активностью и распределением ферментов. Так, пируватфосфаттрансфераза (Кф2.7.1.40) в легких находится в митохондриях (90 %), тогда как в печени — в растворимой фракции цитоплазмы (90—96 %). В митохондриях легких 60 % пиридиновых нуклеотидов представлены в форме НАДН, причем НАД ся в 6—8 раз медленнее в сравнении печенью, а α-глицерофосфат и малат окисляются в 5—10 раз быстрее. Энергетическая система митохондрий легких реагирует на скорость кровотока в легочной ткани и ее наполнение воздухом. В случае более полного заполнения воздухом легких интенсивнее происходит гликолиз и образуется больше АТФ. В случае низкой скорости кровотока снижается энергообеспечение клеток, а также синтез адениловых нуклеотидов. В случае выраженной гипоксии в легких наблюдают снижение активности митохондриальной супероксиддисмутазы. Мерой метаболической активности может служить степень использования кислорода. Концентрация АТФ в легочной ткани такая же, как и в других тканях. Легкие синтезируют от 57 до 174 ммоль АТФ на 1 г ткани за 1 час. Одним из основных факторов, которые предопределяют нарушение биохимических процессов в легочной ткани в случае бронхолегочных заболеваний, является гипоксия. Нарушения кровотока и лимфотока к поврежденным участкам легких вызывают кислородное голодание и развитие дыхательной недостаточности. Увеличение продукции легочной тканью лактата в случае недостатка кислорода является результатом не только расщепления глюкозы, но и катаболизма аминокислот. В случае гипоксичной гипоксии в изоферментном спектре ЛДГ увеличивается фракция Лдг5. В изоферментном спектре МДГ также происходят значительные изменения. В ЦТК усиливается окисление яблочной кислоты, а также катаболизм аминокислот. Хроническая гипоксия предопределяет еще большую активность гликолиза и гликогенолиза; при этом снижается концентрация АТФ, в ответ генетический аппарат увеличивает количество митохондрий для возобновления продуцирования АТФ. Гипоксическиени состояния вызывают изменения не только в легочной ткани, но и в эритроцитах. Гипоксия предопределяет дыхательную недостаточность I и II степеней у больных пневмонией. У больных бронхиальной астмой со II степенью дыхательной недостаточности максимальная отдача кислорода тканям происходят во время приступа, а в период между приступами снижается. Повышение 2,3-ДФГ снижает активность Г-6-ФДГ, в то же время увеличивается активность карбонатгидратазы (КФ 4.2.1.1), что приводит к нарушению транспорта 02 эритроцитами. Последующая перестройка обменных процессов в эритроцитах вызывает возникновение компенсаторных механизмов транспорта 02. У больных с длительностью заболевания свыше 3 лет отмечают высокую активность Г-6-ФДГ и низкий уровень карбонатгидратазы. В крови больных бронхиальной астмой инфекционно-алергического генеза чаще изменяется изоферментный спектр ЛДГ: увеличивается ЛДГ и уменьшается ЛДГ3 и ЛДГ4 Кроме того, у таких больных обнаруживают повышенное содержимое в крови глюкозы, свободных жирных кислот и молочной кислоты, на фоне гипоксии и нарушения функции дыхания. Особенности метаболизма белков в легких Легкие находятся в условиях постоянной уникальной нагрузки, что связано как с силами противодействия спадению легких, так с фаз вдоха и выдоха. Выполнение легкими их функции обеспечивается благодаря значительному содержанию в их структуре белков — коллагена и элластина. В сравнени с другими паренхиматозными органами количество коллагена в легких наибольшее. Эти белки обеспечивают постоянство формы легких и облегчают выполнение ими газообменной функции. При некоторых болезнях — эмфиземе и фиброзе легких — наблюдают изменение структуры и свойств этих белков. Важную роль в физиологичных процессах легких играют белки, которые входят в состав сурфактанта и бронхиального секрета Коллаген — фибрилярний белок, локализованный на рибосомах, который образует трёхспиральную молекулу — мономер из М-270 000, длиной 290 нм. Соединение 5—8 мономеров образует фибрилярню нить. Протеогликаны способствуют образованию пучков коллагеновых фибрил и коллагеновых нитей. Выделено 5 типов легочных колагенов, которые отличаются между собой по составом конечных остатков α-цепей. Элластин — фибрилярный белок стромы легких, который имеет два структурных компонента, — собственный элластин и структурный гликопротеин. Элластин характеризуется наличием значительного количества неполярных аминокислотных остатков, таких как глицин (около 30 %), аланин (24 %), валин, фенилаланин, изолейцин и лейцин. Структурный гликопротеид содержит в своем составе много углеводов и цистина, в нем отсутствуют десмозин и оксипролин. Роль протеогликанов и гликопротеинов в легких. Межклеточное вещество соединительной ткани имеет гелевую консистенцию благодаря высокому содержанию протеогликанов. Типичная молекула протеогликана состоит из сердцевинной полипептидной цепи — кира, к которому по бокам присоединяются гликозаминогликаны. Углеводная часть протеогликанов имеет негативный заряд, который определяет главную их роль в регуляции водно-солевого обмена, а также имеет возможность вступать в комплексы с коллагеновым белком и ионами кальция. Гепарин — гликозаминогликан, который синтезируется тканевыми базофилами соединительной ткани, обнаруживает антикоагуляционное действие, подавляет свертывание крови благодаря своему свойству образовывать комплексы со многими белками системы свертывания крови. Концентрация гепарина в легких достаточно высока, а его действие оказывается в основном в клетке. Кератансульфат принимает участие в формировании каркаса легких, его количество с возрастом увеличивается, что приводит к снижению эластичности. В состав межклеточной жидкости входят и гликопротеиды, которые содержат до 15 % углеводных остатков. Они малорастворимые, но имеют высокие антигенные свойства. К ним принадлежит фибронектин, который находится во внеклеточной жидкости на поверхности многих клеток. Различают две его формы — растворимую, которая циркулирует в крови и других биологических жидкостях, и связанную с поверхностью клеток. Липиды при легочной патологии Исследование липидов при заболеваниях органов дыхания в основном направлено на изучение липидов сурфактанта, тканей легких, бронхоальвеолярных смывов и сыворотки крови. Исследование липидов сурфактанта имеет большое значенние для установления степени зрелости этой системы. Исследовано, что соотношение фосфатидилхолин/сфингомиелин равняется 2, концентрация фосфатидилхолина составляет 10 мкмоль/л, а концентрация поверхностно активных липидов — 20 мкмоль/л. Легкие содержат набор ферментов для синтеза жирных кислот, триглицеридов и холестерина, у них также есть липолитические ферменты: фосфолипазы, липопротеидлипазы, диацилглицерол- и триглицероллипазы. Липопротеидлипаза в легких находится в двух формах: растворимой и мембраносвязаной, они отличаются между собой за оптимумом рН (7,5 и 9) и ингибируются протаминсульфатом. Фосфолипазная активность в тканях легких более высока в сравнении с печенью. Фосфолипаза А2 находится в основном в растворимой и неактивной форме. Обмен биологически активных веществ Основу недыхательных функций легких составляют специфические метаболические процессы легких, которые название "эндогенного легочного фильтра", или "легечного барьера". Они связаны с инактивацией некоторых биологически активных веществ (БАВ), к которым принадлежат серотонин, катехоламины, ацетилхолин, гистамин и вазоактивные пептиды, которые играют важную роль в біохимических процессах легких. Исследование метаболической функции легких при их разнообразной патологии дает возможность выделить три типа метаболических сдвигов: первый связан с повышением концентрации БАВ в тканях, что сопровождается увеличением активности ферментов их катаболизма. Этот тип возникает в случае острых стрессовых ситуаций; второй — с увеличением концентрации БАВ, который сопровождается снижением активности катаболических процессов. Случается этот тип в случае длительной гипоксии и хронических бронхолегочных процессов. Третий тип характеризуется дефицитом БАВ в легочной ткани, которая сопровождается притеснением активности катаболических ферментов. Его наблюдают в случае длительного (свыше 20 лет) течения бронхоэктатической болезни. Вазоактивные пептиды. К ним принадлежат наиболее изученные кинины: брадикинин, калидин, метиониллизилбрадикинин. Все они образуются из предшественников кининогенов, которые представлены гликопротеидами а2-глобулиновой фракции. По происхождению кининогенины разделяют на плазменные и тканевые. Легкие имеют достаточно высокую кининогеновую активность и содержат достаточное их количество. Широкий спектр биологического действия вазоактивных пептидов обеспечивает процессы сокращения и расслабления гладких мышц бронхов, расширения артерий, влияет на микроциркуляцию, местное кровообращение в органах, моторику бронхов. Кинини не только влияют на микроциркуляцию, они, расширяя артериолы и капилляры и предопределяя спазм артериовенозных шунтов и венул, одновременно повышают проницаемость сосудистых стенок. Так, брадикинин может влиять на гладкие мышцы бронхов не только непосредственно, но и через раздражения адренорецепторов, которые размещены в гладких мышцах. Простагландины (ПГ) — это ненасыщенные соединения, которые содержат цепь из 20 атомов Карбона, часть которых включена в циклопентановое ядро. их делят на 4 основных группы — А, В, Е, Г. Образуются под воздействием мультиферментного мембраносвязаного фермента простагландинсинтетазы, которая обнаружена в легких. Синтез ПГ происходит в эндотелиальных клетках легких. Ингибиторами этого синтеза является глюкокортикостероиды, которые блокируют активацию фосфолипазы А2, что расщепляет фосфолипиды с образованием свободных жирных кислот. Таким путем высвобождается арахидоновая кислота, которая является основным предшественником ПГ. Простагландины принимают участие в формировании тонуса гладких мышц бронхов. ПГЕ обнаруживает бронхоросширительное действие, ПГ1 — расширяет капилляры легких и уменьшает давление в легочной артерии, ПГ2 предопределяет гиповентиляцию, ПГ2 — гипервентиляцию. Последняя приводит к усиленному синтезу ПГЕ, который сопровождается расширением сосудов и увеличением соотношения вентиляция/перфузия. Система иммунной защиты бронхолегочного аппарата Система иммунной защиты бронхолегочного аппарата является неоднородной и складывается из лимфатических узлов, узелков и скопления лимфоидных клеток. Лимфоидная ткань размещена вдоль всего дыхательного тракта, от носовой части глотки к альвеолам. В легких найдена своеобразная структурная единица имунокомпетентной системы — бронхоасоциированая лимфоидная ткань, подобную групповым лимфатическим фолликулам кишки. Лимфатические узелки размещены вдоль слизистой оболочки, много их в местах разветвления бронхов. Они являются резервуаром имунокомпетентных клеток, которые могут мигрировать через эпителий в просвет бронхов. В много лимфоидной ткани в мелких бронхах. Такое распределение лимфоидной ткани связано с тем, что в верхних дыхательных путях защита по большей части обеспечивают неспецифические механизмы — воздушный фильтр, слой слизи, деятельность ресничек, активность ферментов и другие составляющие бронхиального секрета. В нижних отделах эти механизмы почти не функционируюти потому становится возможным контакт поверхности дыхательных путей с антигенными субстанциями, что и объясняет увеличение количества лимфоидной ткани в воздухоносных путях. Биологическая роль бронхолегочного секрета Сурфактантная система представлена клеточными и неклеточными компонентами. Клеточный компонент состоит из альвеолярных макрофагов и альвеоцитов (I-III типов). Неклеточный компонент включает сурфактантный альвеолярный комплекс: сурфактант альвеолярных ходов и бронхиол 1—3-го порядка. Сурфактантный альвеолярный комплекс состоит из сурфактанта, гипофиза и гликокаликса. Сурфактант — это поверхностно активная мономолекулярная пленка, которая размещена на грани разделения фаз воздух— жидкость в альвеолах, альвеолярных каналах и респираторных бронхиолах 1—3-го порядка. Установлено, что субединицей сурфактанта является билипидн мембрана, в которую встроены липидные слои глико- и липопротеиновых комплексов. Гипофаза является жидкой фазой, которая размещена под сурфактантом. Она заполняет неравенства клеточной альвеолярной вистилки и содержит макрофаги, резервный зрелый сурфактант, осмофильные пластинчатые тельца и их фрагменты — продукты секреции альвеоцитов II типа (АЦ-ИИ). В легких человека толщина слоя гликокалипса на апикальной поверхности АЦ-И составляет 10 нм, а на апикальной поверхности АЦИИ — 40 нм. Сурфактант содержит 90 % липидов, 85 % из них составляют фосфолипиды, 10 % — триглицериды, около 8 % — холестерин, около 8 % — жирные кислоты. В регуляции сурфактантной системы легких принимают участие глюкокортикоидные гормоны надпочечных желез. Сурфактантная система легких выполняет несколько важных функций. Поверхностно активные вещества уменьшают поверхностное натяжение и, как следствие, работу, необходимую для вентиляции легких, стабилизируют альвеолы и предотвращают их ателектаз. При этом поверхностное натяжение растет во время вдоха и уменьшается во время выдоха, следовательно, практически равняется нулю. Сурфактантная система принимает участие в адаптации организма к экстремальным влияниям внешней среды. Гиповентиляция легких приводит к разрушению пленки сурфактанта, а при возобновлении вентиляции пленка сурфактанта полностью не возобновляется. Свойства сурфактанта изменяются и при гипоксии. Воспалительный процесс в легких предопределяет нарушение свойств сурфактанта. Степень этих нарушений зависит от активности воспаления Характеристика мокроты при патологии легких № Нозологи ческ п ая о фор р ма Макроскопическое исследование Количество Характер патологичес ких элементов 1 Острый Незначитель ная Слизистое, слизисто гнойное 2 Хроничес Разная Слизисто гнойное, слизистогнійнокровянистое брон хит кий брон хит Включение — — Микроскопическое исследование Цилиарний эпителий, лейкоциты (умеренное количество), при затяжном ходе — макрофаги Большое количество лейкоцитов, эритроциты, макрофаги, многочисленная флора 3 Бронхоэк Значительна я Гнойнослизистое, трехслойное Пробки Дитриха 4 Крупозна Сначала незначи тельна я, позже значит ельная Сначала клейкое, жидкое, позже слизисто гнойное Сгустки фибрина, измененная кровь Макрофаги, лейкоциты, эритроциты, кристаллы гематоидину, пневмококки, зерна гемосидерина 5 Абсцесс Значительна яв случае прорыв а абсцесс а Гнойное с неприятным запахом Частицы ткани Большое количество лейкоцитов, эластичные волокна, кристаллы жирных кислот, гематоидина, холестерина, разнообразная флора тат ичес кая боле знь я пнев мон ия легк их Большое количество лейкоцитов, кристаллы жирных кислот, гематоидин, холестерин, разнообразная флора Патохимия и клиническая биохимия при воспалительном процессе в легких Современные представления о биохимических нарушениях основываются на результатах изучения метаболической активности легких, которая тесно связана с их основной физиологической функцией — газообменом. Во время воспаления, которое вызывают инфекционные агенты (пневмония, острый и хронический бронхит, бронхоэктазы, и тому подобное) изменениями метаболической активности легких возникают неспецифические биохимические нарушения отдельных параметров крови. В развитии воспалительных процессов значительную роль играют медиаторы воспаления (гистамин, простагландины, лейкотриены, цитокины) (рис. 12.1). Выявление изменений некоторых из них существенно дополняет Рис. Медиаторы воспаления: 1 — тканевый базофил; 2 — базофил; 3 — макрофаг; 4 — эозинофил; 5 — Т-лимфоцит; 6 — нейтрофил Для изучения мокроты в клинической практике используют: макроскопическое микроскопическое (в т.ч. цитологическое), микробиологическое, иногда биологическое и физико-химическое исследования. Микроскопическое исследование мокроты Микропрепарат больного с бронхиальной астмой:
