Ключевые слова: нейтрофилы, ишемическая болезнь сердца, воспаление
Воспаление, как системное, так и локальное, играет существенную роль в развитии ишемической болезни сердца (ИБС). Биологический смысл воспаления как эволюционно сложившегося процесса заключается в ограничении и ликвидации очага повреждения и вызвавших его патогенных факторов. Воспалительной реакцией организм отвечает как на экзогенные, так и на эндогенные патологические изменения [4, 25, 39, 58].
Любые изменения функционального состояния организма сопровождаются реактивными изменениями нейтрофильных гранулоцитов (НГ). НГ – наиболее мобильные клетки, ранее всего вовлекаемые в воспалительные и иммунные процессы и обусловливающие пусковые механизмы развития воспаления и ранние защитные реакции. Обмениваясь в циркуляции каждые 4–6 ч, НГ как бы “фотографируют” изменения, которые произошли в тканях и в циркуляции в течение этого периода, являясь “зеркалом” гомеостаза. Степень вовлечения НГ в острое воспаление определяет или, по крайней мере, отражает глубину патологического процесса. При ИБС существенно меняется структура и функции НГ крови, что подтверждает их участие в патогенезе заболевания [10, 20, 33, 37, 50]. Интерес к НГ как первой линии антимикробной защиты возрастает ещё и в связи с тем, что в последние годы одной из причин, способствующих развитию атеросклероза, считают инфекционные агенты [29, 49].
НГ в крови распределены между пристеночным и циркулирующим пулами. Пристеночный пул НГ располагается вдоль эндотелия сосудов. Миграция начинается с экспрессии в мембранах НГ особых белков адгезии – b2-интегринов (СD11/СD18). Перемещаясь по клеткам эндотелия при помощи молекул адгезии Р- и Е-селектина как по субстрату, НГ образуют маргинальный клеточный поток. Циркулирующие НГ могут взаимодействовать с клетками эндотелия сосудов, а после снова уйти в циркуляцию или мигрировать в экстравазальное пространство. При воспалительном процессе пристеночный пул НГ резко увеличивается в месте воспаления. Адгезия большого количества НГ к эндотелию венечных артерий затрудняет кровоток. Покинувшие сосудистое русло НГ вновь в циркуляцию не возвращаются. Взаимодействие НГ с клетками эндотелия сосудов посредством молекул адгезии ICAM, VCAM – необходимое условие для необратимой миграции их в субэндотелиальные ткани и формирования тканевого пула НГ. Контакт НГ с эндотелием взаимно активирует клетки обоих типов, что приводит к росту проницаемости эндотелия, с одной стороны, и повышению биоцидной активности НГ, его чувствительности к хемоаттрактантам, с другой. Под влиянием медиаторов НГ не просто подтягиваются к границе ишемии, но начинают активно генерировать свободные радикалы (СР), протеазы и другие медиаторы деструкции. Выйдя из сосуда в зону ишемии, НГ сами вырабатывают мощные хемоаттрактанты типа фактора активации тромбоцитов и лейкотриена В4, притягивающие и активирующие новые порции лейкоцитов. При нарушениях функционального состояния НГ происходит нарушение взаимодействия этих клеток с клетками эндотелия сосудов, не позволяющее создать полноценно функционирующий пул тканевых НГ. Это может вести к нарушению кооперативных взаимодействий тканевых НГ и макрофагов, что можно наблюдать при развитии некоторых патологических состояний организма. В результате в организме могут возникать серьезные нарушения, в частности сердечно-сосудистой системы [2, 21, 37, 43, 45, 47, 59].
НГ чрезвычайно чувствительны к раздражителям и быстро мигрируют в очаг. Аккумулируясь в очаге, НГ лавинообразно выделяют цитотоксические продукты. Так, при остром инфаркте миокардаНГ уже к концу первых суток накапливаются на периферии некроза и мигрируют к центру. Их скопления образуют демаркационную зону между живой и погибшей тканью, формирование которой достигает максимума на 2–4-е сутки. Макрофаги, лимфоциты, фибробласты только к этому времени инфильтрируют зону некроза. Лейкоцитоз, имеющийся у больных с инфарктом миокарда в основном за счет повышения количества НГ, относят к проявлениям новых очагов некроза. В процессе возникновения и развития асептического воспаления при остром инфаркте миокарда (ОИМ) на фоне нейтрофильного лейкоцитоза появляется субпопуляция НГ, обладающих повышенной функциональной активностью, которая проявляется усилением продукции активных форм кислорода (АФК), экспрессией поверхностных рецепторов, активностью клеточных оксидаз, что подтверждает предположение о функциональной гетерогенности НГ [12]. И от того, какова степень этой гетерогенности, иными словами, каков процент содержания в циркулирующей популяции активных клеток, зависит дальнейшее развитие данного патологического процесса. Подключение НГ к повреждению ишемизированного миокарда начинается уже с первых минут после окклюзии венечной артерии. Еще в сосудах НГ активируются и начинают генерировать факторы деструкции. Этот процесс лавинообразно нарастает по мере того, как НГ мигрируют из сосуда в ткань [3, 21, 30, 50, 55]. Помимо этого, адгезия большого количества НГ к эндотелию венечных артерий затрудняет кровоток, создавая угрозу феномена отсутствия обратного кровотока в ходе реперфузии. Это находит экспериментальное подтверждение. Сдерживая инфильтрацию НГ можно существенно затормозить, например, реперфузионное повреждение миокарда [21, 40, 46, 50, 54, 56, 60]. Приток НГ в зону ишемии миокарда тормозили и другим путем, нейтрализуя эндогенные хемоаттрактанты, привлекающие лейкоциты в очаг. Такое действие оказывал антагонист эйкозаноидов ибупрофен [57].
В экспериментальных и клинических работах показано [2, 10, 33, 50], что при ИБС изменяются, главным образом, физико-химические свойства мембран НГ периферической крови, что приводит к деструктивным изменениям в клетках, усиливается агрегация клеток, дегрануляция, изменяется форма и активность плазмолеммы НГ. При этом в плазмолемме нарушаются распределение различных рецепторов и процессы их экспрессии, что влечет за собой нарушение адгезивных свойств, эффекторных реакций. В таких клетках менее развита сеть подмембранных микрофиламентов, чем объясняют большую чувствительность к активирующим факторам и более мощный ответ на них. Считают, что это связано также с более легким доступом гранул к плазматической мембране и ускорением процессов дегрануляции клеток. Пенистые клетки появляются не только среди моноцитов/макрофагов, но и среди НГ за счет появления в них многочисленных липидных вакуолей. Фиксация апо-b-липопротеинов на фагоцитах ведет к активации липооксигеназы, активации кислородзависимого метаболизма, секреции цитокинов, продукции эластазы и коллагеназы, основным источником которой являются НГ. Все это при высокой степени межклеточной кооперации, наблюдаемой при ИБС, приводит к формированию “порочного круга”.
Наиболее ярким проявлением реактивности НГ является их способность перестраивать метаболизм клетки в ответ на широкий спектр стимулирующих воздействий в считанные секунды. При этом возрастает потребление и окисление глюкозы в реакциях гексозомонофосфатного шунта, потребление кислорода и продукция высокоактивных форм кислорода (респираторный взрыв).
НГ – особые клетки. В отличие от других, реакции респираторного взрыва не являются системой жизнеобеспечения НГ. Этим путем они осуществляют свои эффекторные функции. При стимуляции НГ быстро проявляют свои потенциальные возможности, реализуемые клеткой без выраженной морфологической перестройки, свойственной лимфоцитам, макрофагам, фибробластам. Сочетание готового эффекторного потенциала со способностью к быстрой его реализации – свойство, которое делает НГ одним из главных участников ранней ответной реакции на любые изменения в тканях организма [2, 21, 50].
Сердце является органом с преобладанием аэробных процессов метаболизма. Его работоспособность обусловлена, главным образом, энергией, полученной в результате окисления субстратов. При дефиците доставки кислорода происходит смещение с аэробного на анаэробный гликолиз. Но анаэробный путь возмещения энергетических затрат не только крайне не экономичен, но и быстро истощается из-за необходимости использования большого количества гликогена. Это приводит к резкому снижению содержания богатых энергией фосфорсодержащих соединений. Снижение интенсивности энергетического обмена ведет к нарушению клеточной структуры и изменению проницаемости мембран [3, 6, 11, 30]. Влияние гипоксии, также как и стресса, физических нагрузок, на состояние различных клеток организма универсально [24, 44].
В отличие от других клеток, НГ хорошо переносят гипоксию и могут осуществлять многие присущие им физиологические функции в условиях гипоксии и даже анабиоза [50, 53]. В специфических гранулах НГ содержится щелочная фосфатаза (ЩФ), активно участвующая в энергетических процессах клетки. ЩФ способна расщеплять АТФ и АДФ. Дефосфорилируя гликогенсинтетазу, ЩФ играет важную роль в регуляции синтеза гликогена. Дефосфорилируя НАДФ и НАДФН, ЩФ участвует в гликолизе как кофермент, чем оказывает влияние на ход многих окислительно-восстановительных процессов в клетках [34, 37]. У больных с ИБС НГ по сравнению с клетками здоровых лиц содержат значительно больше специфических гранул, которые более компактно размещены в цитоплазме, что свидетельствует о более высоком реактивном потенциале клеток у этих пациентов [33].
При гипоксии НГ активируются, высвобождая свободные радикалы. Процессы биологического окисления занимают центральное место в метаболизме клеток. Они служат главным источником энергии, необходимой для их жизнедеятельности, готовят строительный материал для создания и обновления клеточных структур, принимают непосредственное участие в самом построении этих структур, включаются в широкий круг реакций, связанных с метаболическими превращениями чужеродных соединений. Чрезмерное образование перекисей в фагоцитах может приводить к дестабилизации и разрушению клеточных мембран самих клеток и оксидантному повреждению окружающей ткани, значительному угнетению репарационных самообновляющих процессов. Это способствует также активации протеолитических ферментов, которые повреждают и кардиомиоциты. При действии кислых гидролаз на тканевые и плазменные белки образуются низкомолекулярные пептиды, имеющие свойство подавлять сократительную функцию миокарда. При инфаркте миокарда, помимо вышеуказанного, снижается содержание инсулина, который в норме способствует стабилизации клеточных мембран. Все это поддерживает воспалительный процесс и способствует переходу острого воспаления в хроническое [2, 3, 6, 8, 16, 20, 30, 38, 50].
В живой клетке процессы биологического окисления связаны, прежде всего, с работой специальных редокс-цепей, по которым происходит перенос водорода и/или электронов, отщепляемых от органических субстратов. Таковым является четырехэлектронное восстановление молекулярногокислорода до воды, в результате которого в качестве промежуточных продуктов образуются СР – супероксиданион О-2 (СОА), перекись водорода (Н2О2) и гидроксил-радикал (ОН).

Кислородные радикалы действуют как внутри- и межклеточные медиаторы передачи сигнала. В сердечно-сосудистой системе они могут модулировать тонус и структуру сосудов. Так, например, СОА и Н2О2 вызывают сокращения сосудов и рост гладкомышечных клеток. Избыточное образование СР лежит в основе патологических процессов, сопровождающихся дисфункцией эндотелия и ремоделированием сосудов [18, 41]. АФК регулируют также тонус сосудов путем влияния на эндотелийзависимое расслабление, которое в значительной степени зависит от равновесия между СОА и NO. Поскольку СОА захватывает NO с образованием ONOO-, то в условиях усиленной генерации СОА это равновесие смещается от вазодилататорного эффекта NO в направлении повреждающего действия ONOO-. Его избыточная продукция стимулирует воспалительные процессы в сосудах и ослабляет механизмы защиты от других СР. Эти эффекты активно способствуют развитию атеросклероза [18, 52].
Морфологическая целостность гладкой мышцы сосудов зависит от организации мембранных миофиламентов. СР могут повреждать клеточный цитоскелет, вызывая выраженные морфологические и структурные изменения. СОА и Н2О2 полимеризуют гиалуроновую кислоту и модулируют активность металлопротеиназ, что приводит к разрушению протеогликанов и коллагена, а в итоге к нарушению состава внеклеточного матрикса и нестабильности атеросклеротической бляшки [25, 48]. Н2О2 обладает также инсулиноподобным действием, стимулируя транспорт глюкозы внутрь клетки, синтез из нее гликогена и липидов [5].
Таким образом, НГ, активно генерируя СР кислорода, играют важную роль в развитии ИБС. Однако, имея в литературе большой теоретический материал, касающийся функционального состояния НГ при ИБС, практические работы встречаются крайне редко. Так, о повышении адгезивных свойств НГ, активности катионных белков свидетельствуют работы [15, 17], однако при определении фагоцитарной способности их мнения расходятся. В первом случае выявлено повышение фагоцитоза у больных с нестабильной стенокардией и острым инфарктом миокарда, во втором – не выявлено. Стимуляция хемотаксиса, секреция лейкотриенов и тромбоксанов, повышенная продукцияСР отмечены в работе [50]. Авторы наблюдали также взаимоактивирующую связь НГ и тромбоцитов. Наиболее активны клетки при ОИМ.
Анализ данных иммунограмм у 303 больных показал, что увеличение активации основных лейкоцитарных популяций периферической крови, в том числе НГ, наблюдают уже при наличии факторов риска и на начальных стадиях развития атеросклероза и ИБС в результате повышенной экспрессии клетками рецепторов, активации нарастания продукции всеми фагоцитами периферической крови СОА, лейкотриена В4, что сопровождается повышением уровня циркулирующих иммунных комплексов и иммуноглобулинов класса G [7]. Нестабильное течение процесса характеризуется максимальным уровнем лейкоцитарной активации, при этом характер иммунного ответа не обязательно зависит от формы ИБС, диагностированной у больного в момент исследования, и обладает существенной значимостью для прогнозирования дестабилизации заболевания и развития осложнений.
Для определения кислородзависимой биоцидности, или способности НГ генерировать кислород и другие АФК, существует тест на нитросиний тетразолий (НСТ-тест). Он основан на том, что активные НГ связывают и восстанавливают краситель (НСТ). Попадая в лейкоцит, НСТ под действием электронов, идущих на образование СР, переходит в восстановленную форму – диформазан темно-синего цвета, образующий депозиты. Имеются единичные работы [23, 35], отражающие повышенный кислородзависимый метаболизм НГ при ИБС во время НСТ-теста, определяющего СОА, и при определении активности МПО. Авторы отмечают максимальную активность клеток на 5–7-е сутки ОИМ, высокую коррелятивную зависимость с цитокинами и нормализацию показателей через 20–30 сут от начала заболевания. Наиболее выраженные изменения наблюдали у больных с ОИМ, осложненным аритмиями, артериальной гипертензией, острой аневризмой аорты, разрывом сердца. При изучении функционального состояния НГ у больных с ИБС при гиперлипидемии было выявлено снижение НСТ-теста и активности МПО, что считают отражением “истраченного” функционального резерва клеток в результате контакта клеток с нефагоцитируемым объектом [13]. Аналогичные данные получены в работе [36]. Поступление в клетку избытка холестерина понижает жидкостные свойства мембраны, что отражается на ее проницаемости и метаболической активности в целом.
В нормально функционирующих клетках содержание продуктов свободнорадикального окисления находится на крайне низком уровне, несмотря на обилие субстратов перекисного окисления липидов. Это свидетельствует о достаточно мощной антиоксидантной защитной системе. Функциональная полноценность и мощность антиоксидантной системы организма в значительной степени определяет течение заболевания и возможность полного выздоровления организма [8, 9, 44, 51]. Ферменты, оказывающие антиоксидантное действие (супероксиддисмутаза (СОД), каталаза, пероксидазы, церулоплазмин и другие), инактивируют СР. Так, СОД выступает мощным ингибитором СОА и в результате реакции дисмутации приводит к образованию перекиси водорода, которая в дальнейшем при помощи каталазы расщепляется до воды. В отсутствие СОД дисмутация СОА приводит к образованию наиболее агрессивной формы кислородных радикалов – синглентного кислорода. Снижение антиоксидантных ферментов плазмы крови у больных с ИБС показано во многих работах, что нельзя сказать о фагоцитирующих клетках, хотя они являются одним из мощным источником СР и содержат не менее мощную антиоксидантную систему [23]. Экспериментирование на клеточных системах позволяет установить специфику механизмов, регулирующих и контролирующих окислительные процессы в интактной клетке, при условии сохранения интегрированности ее структуры, отключения от регуляторных механизмов целого организма. Имеется возможность выяснить влияние кооперативной деятельности сложных систем на протекание метаболических процессов в норме и при патологии [16].
Существенную роль в метаболизме тканей играет также выход из НГ ферментов и других биологически активных веществ. НГ располагают набором ферментов практически для каждого субстрата в межклеточном веществе и на мембране клеток. Под действием антигена стимулируются поверхностные триггеры НГ, что приводит, с одной стороны, к респираторному взрыву, с другой стороны – к высвобождению первичных и вторичных гранул. Вспышки окислительного метаболизма и секреции протеолитических ферментов в лизосомах синхронны. Выход ферментов из НГ подчинен единому функциональному плану и представляет собой своеобразную мультиферментную систему с несколькими уровнями реагирования. Эта система вовлекает разные механизмы ответа НГ в зависимости от характера внешнего сигнала.
Лизосомы – важнейшие органеллы, обеспечивающие поддержание внутренней среды клетки. При участии лизосомальных ферментов в клетках происходит гидролитический распад жира, что свидетельствует о важнейшей их роли в энергетическом обеспечении организма в условиях острого и тем более длительного напряжения. При остром, кратковременном стрессе в различных органах и тканях преимущественно окисляются углеводы. При хроническом, длительно текущем процессе такие ткани организма, как мышцы, сердце, переключаются на окисление жирных кислот. В молекулярных механизмах этого процесса лизосомы занимают принципиально важные позиции. С ними, в частности, связан гидролиз триглицеридов и фосфолипидов с освобождением свободных жирных кислот. Рецепторопосредованное связывание и интернализация липопротеинов крови лизосомами является необходимым этапом для реализации регуляторных свойств липопротеинов [22, 24].
Фагоцитирующие клетки выделяют кислые и нейтральные лизосомальные протеазы, которые играют большую роль в повреждении посредством протеолитической активации медиаторов. Многообразие протеолитических ферментов НГ (более 60 видов) обеспечивает их действие на различные белковые субстраты. Сюда относят, в частности, компоненты соединительной ткани (коллаген, эластин, пептидные элементы протеогликанов, фибрин, иммуноглобулины и др.) Качественные и количественные изменения лизосом могут отражать степень интенсивности внутриклеточного обмена и тем самым служить морфологическим выражением функциональной активности клетки [2, 20, 22].
Яркими представителями протеолитических ферментов являются фосфатазы (кислая и щелочная), катализирующие гидролиз и синтез эфиров фосфорной кислоты. Об их действии мы уже упоминали выше. Данные литературы свидетельствуют о повышении уровня этих ферментов в сыворотке крови больных с ИБС за счет повреждения лизосомальных мембран различных, в том числе и фагоцитирующих, клеток организма. Это может приводить к уменьшению ферментов в самих клетках (например, кислой фосфатазы) [11, 19, 24]. Отмечают существенное повышение ЩФ НГ у больных с атеросклерозом, что должно указывать врачу на возможное развитие инфаркта миокарда или артериального тромбоза [34]. Авторы считают, что ЩФ НГ в определенной мере отражает распространенность некротического процесса в миокарде, а динамика активности фермента дает представление о течении болезни. Есть мнение о том, что активность ферментов клеток периферической крови изменяется раньше активности ферментовмиокарда, что важно для ранней диагностики гипоксии [28].
Ингибиторами и дезактиваторами ферментов, которые высвобождаются при деструкции клеток и могут приводить к вторичному повреждению ткани, являются белки острой фазы. Ярким представителем таких белков является С-реактивный белок (СРБ). Он выполняет защитную функцию, блокируя продукцию медиаторов воспаления за счет связывания фосфолипидов мембран. Обнаружено участие этого белка в регуляции функции иммунокомпетентных клеток. СРБ активирует моноциты, регулирует функцию НГ по принципу обратной связи, усиливает фагоцитоз. Он является хемоаттрактантом для НГ. Фагоцит захватывает антиген, опсонизированный СРБ, расщепляет этот конгломерат. Высвобождаемые фрагменты СРБ активируют моноциты/макрофаги. В отличие от НГ, инициирующих воспалительный процесс, значение макрофагов в очаге воспаления иное. Функционирование этих клеток способствует стиханию процессов воспаления и заживлению поврежденных тканей. СРБ способствует также удалению фрагментов поврежденных клеток и продуктов их распада за счет связывания с ЛПНП и липопротеинами очень низкой плотности [31, 37].
В запуске лейкоцитарных реакций в зоне ишемии важную роль играют особые регуляторные пептиды – цитокины, вырабатываемые клетками разных типов. Первичным источником цитокинов может служить эндотелий венечных сосудов, который в условиях гипоксии начинает вырабатывать интерлейкины и другие провоспалительные факторы. Цитокины выступают в качестве модуляторов воспалительного процесса в организме человека и регуляторов функции основных клеток-эффекторов воспаления – НГ. Цитокины формируют способность, интенсивность и направленность ответа НГ на патоген, кооперативные взаимоотношения окружающих клеток с НГ. Так, фактор некроза опухоли a (ФНО-a) увеличивает экспрессию рецепторов адгезии на эндотелии, усиливает миграцию НГ в ткань, вызывает деструкцию клеток эндотелия, активирует образование медиаторов воспаления клетками-эффекторами и т. д. Под действием гипоксии происходит не только индукция синтеза ФНО-a в моноцитах/макрофагах и эндотелии сосудов, но и усиление экспрессии рецепторов ФНО-a в НГ [26, 27, 42, 59].
Развитие воспалительного ответа согласно А.С. Симбирцеву [27] представлено на схеме.
Схема. Развитие воспалительного ответа по А.С. Симбирцеву. ИЛ
– интерлейкин.
В последние годы появились работы, свидетельствующие о том, что и НГ секретируют цитокины [32]. Изучение этой проблемы у больных с ИБС также находит отражение в литературе [14, 21].
В заключение нужно отметить, что активность НГ может быть патофизиологической предпосылкой прогрессирования ИБС. Изучение новых прогностических маркеров, отражающих метаболическую активность фагоцитов, лежащую в основе“всплеска” свободно-радикальных процессов при развитии острого коронарного синдрома, может улучшить оценку риска развития сердечно-сосудистых заболеваний или их осложнений, а также помочь в выборе правильной стратегии лечения.
Литература
N.A. Ryzhkova, T.I. Gavrilenko
The review presents the role of neutrophils in pathophysiology of ischemic heart disease. Neutrophils are most mobile cells which play an important role in the development of inflammatory process. Neutrophils are extremely sensitive to the irritants and rapidly migrate into the nidus. Active neutrophils are trapped preferentially in the coronary circulation. Being accumulated in the nidus, they release in avalanche-like way cytotoxic products, specifically oxygen-free radicals and proteolytic enzymes. Besides, adhesion of a big number of neutrophils to coronary artery endothelium impedes blood circulation leading to the threatening situation of no-reverse in blood circulation in the course of reperfusion. Reperfusion myocardial injury could be inhibited, for example, by way of cells infiltration. The meaning of oxygen-dependent and oxygen-independent metabolism of neutrophils in the pathogenesis of disease was shown. Attention has been concentrated upon oxidation-reduction processes in the cell as they are of great importance in peroxide modification of lipoproteins, vascular wall changes, and endothelial dysfunction. In recent years, atherosclerosis has been considered as manifestation of systemic inflammatory process conditioned by modified lipoproteins. The role of C-reactive protein and cytokines in neutrophils was elucidated. The outline of inflammatory process development is presented.