Scientific journal
Modern problems of science and education
ISSN 2070-7428
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,931

IMMUNOLOGICAL ASPECTS OF THE PATHOGENESISOF THERMAL INJURY

Osikov M.V. 1 Simonyan E.V. 1 Sаedgalina O.T. 1
1 South Ural State Medical University, Chelyabinsk
В мире ежегодно страдают от ожогов различной степени тяжести более 6,6 млн. человек. На долю термической травмы (ТТ) приходится большая часть ожогов. ТТ представляет сложный процесс, который включает комплексные и динамичные взаимодействия между эпителиальными клетками (кератиноцитами), фибробластами, эндотелиальными клетками и клетками иммунной системы (нейтрофилы, макрофаги/моноциты, дендритные клетки, NK-клетки, Т- и В –лимфоциты). В основе патогенеза ТТ лежит воспаление, в ходе которого на ранних этапах происходит миграция иммунокомпетентных клеток (нейтрофилов, макрофагов/моноцитов, лимфоцитов) из периферической крови в очаг повреждения за счет компонентов комплемента (С5а и др.), хемокинов (CXCR2, СХСR4), G-CSF и интегринов. На системном уровне такое развитие событий может приводить к лейкоцитопении, которая, помимо перераспределения клеток, может быть связана с активацией клеточной гибели путем апоптоза и/или некроза. При переходе от сосудисто-экссудативной к пролиферативной стадии клеточный состав очага повреждения изменяется в сторону роста концентрации клеток соединительной ткани (фибробластов, миофибробластов). Большую роль в процессах активации и дифференцировки иммунокомпетентных, эпителиальных и антигенпрезентующих клеток играют цитокины (провоспалительные и противовспалительные) и факторы роста, которые определяют развитие иммунного ответа по Th1- или Th2-пути. Полифункциональность медиаторов привлекает внимание исследователей и позволяет сделать предположение о возможности их применения для коррекции нарушений гомеостаза при ТТ. Имеются сведения о положительном примененииTGF-β3, rhEGF, KGF, FGF для лечения вялотекущих ран и ожогов. Не меньший интерес представляет возможность применения эритропоэтина для терапии ТТ.
More than 6.6 million people suffer from burns of various severity levelevery year in the world. Thermal injury (TI) takes a large the part of burns. TI is a compound process that involves complex and dynamic interactions between epithelial cells (keratinocytes), fibroblasts, endothelial cells and cells of the immune system (neutrophils, macrophages/monocytes, dendritic cells, NK cells, T- and b-lymphocytes). The inflammation is the base of the pathogenesis of TI, in the early stages which immune cells (neutrophils, macrophages/monocytes, lymphocytes) migrate from peripheral blood into the lesions by component of complement (C5A etc.), chemokines (CXCR2, СХСR4), G-CSF and integrins. At the system level, such developments can lead to leukocytopenia, which, in addition to the redistribution of cells may be associated with the activation of cell death by apoptosis and/or necrosis. cellular composition of the lesions varies in the direction of growth of the concentration of fibroblastsand myofibroblasts in the transition from vascular-exudative to the proliferative phase. Important role in the processes of activation and differentiation of immune, epithelial and antigenpresenting cells play cytokines (proinflammatory and anti-inflammatory) and growth factors that determine the development of the Th1 - or Th2 - dependent immune response. Polyfunctionality of mediators attracts the attention of scientist and provide to make an hypothesis about the possibility of their use for the correction of disorders of homeostasis in the TI. There is information about the positive use of TGF-β3, rhEGF, KGF, FGF for the treatment of the wounds andburns. The possibility of using erythropoietin induces not small interest for the treatment of TI.
thermal inlury
immune status
pathogenesis
erythropoietin
cytokines
growth factors

Ожоги представляют глобальную медико-социальную проблему. По оценкам ВОЗ, в мире ежегодно страдают от ожогов различной степени тяжести более 6,6 млн. человек [11]. По определению ВОЗ, приведенному на официальном сайте, ожог – это травма кожи или других органических тканей, причиняемая в основном высокими температурами, а также излучением, радиоактивностью, электричеством, трением или контактом с химическими веществами. Термическая (тепловая) травма происходит, когда клетки кожи или других тканей разрушаются под воздействием: жидкостей (ожоги горячей водой или паром); твердых предметов (контактные ожоги); пламени (ожоги пламенем). На долю термической травмы (ТТ) приходится большая часть ожогов: воздействие огнем 55 %, горячей водой 40 % [2].

Термическая травма (ТТ) представляет собой сложный процесс, который включает комплексные и динамичные взаимодействия между эпителиальными клетками (кератиноцитами), фибробластами, эндотелиальными клетками и клетками иммунной системы. Изучение патогенеза изменений иммунного статуса при различной патологии открывает новые возможности патогенетической терапии [3].

Цель работы – провести критический анализ данных, индексированных в рецензируемых источниках баз данных Pubmed и Российского индекса научного цитирования за период 2006–2015 гг., по иммунологическим аспектам патогенеза и коррекции нарушений гомеостаза термической травмы.

Важную роль в развитии ТТ играет воспаление, в ходе которого осуществляется активация иммунных клеток и выделение медиаторов, запускающих каскад местных и системных реакций организма на повреждение [11].

Основными клетками врожденного иммунитета являются фагоциты, представленные моноцитами (тканевыми макрофагами), дендритными клетками (ДК) и нейтрофилами. На системном уровне после ТТ наблюдается снижение концентрации полиморфноядерных нейтрофилов и моноцитов в периферической крови [10]. Это может быть связано с перераспределением клеток, участвующих в иммунных реакциях, повышением их концентрации в очаге повреждения.

Как известно, в первые 24 часа в ране доминируют нейтрофилы, присутствие которых в разные фазы заживления, по данным некоторых авторов, может способствовать или тормозить процессы пролиферации. Нейтрофилы представляют первую линию защиты от микробных и немикробных агентов в ранние сроки ТТ. Однако избыточное присутствие нейтрофилов неблагоприятно влияют на закрытие раны за счет их способности к образованию супероксиданиона, участвующего в процессах перекисного окисления липидов (ПОЛ). По данным Popescuetal., прогрессивное увеличение количества полиморфноядерных нейтрофилов и макрофагов в ране при ТТ наблюдается на 3–9 стуки, по мере образования грануляционной ткани их количество снижается [12].

Активация нейтрофилов и их миграция в очаг воспаления происходит с помощью гранулоцитарного колониестимулирующего фактора (G-CSF), C5a фрагмента комплемента, CXCR2 рецепторов и FMLP хемотаксического фактора [17]. Молекулярные паттерны, реагирующие на опасность (DAMPs), или паттерны, ассоциированные с патогенными молекулами (PAMPs) – внутриклеточные молекулы, которые являются производными многих клеточных компонентов (цитоплазматической мембраны, ядра, эндоплазматического ретикулума, цитозоля и митохондрий). Митохондриальные DAMPs (MTDs), появляющиеся после ТТ, способны активировать нейтрофилы путем воздействия на p38 митоген-активированную протеинкиназу (MAPK) [26].

Практически одновременно с нейтрофилами под воздействием сигналов хемокинов SDF-1/CXCR4 в очаг воспаления мигрируют моноциты/макрофаги, которые выполняют функции фагоцитов, а также являются источниками цитокинов и факторов роста [24]. Выделяют несколько фенотипов макрофагов, из которых М1 и М2 фенотипы способствуют высвобождению провоспалительных и противовоспалительных медиаторов соответственно. Экспрессируемая активированными макрофагами, эндотелиоцитами и фибробластами ЦОГ-2 приводит к образованию простагландинов, которые способствуют вазодилатации и образованию воспалительного экссудата, а также угнетению функций антигенпрезентующих клеток [14].

При ТТ происходит инфильтрация очага макрофагами с фенотипом CD11b+F4/80+, которые способствуют развитию воспаления за счет высвобождения ТНФα . В ранние сроки ТТ (3 сутки) популяция макрофагов сменяется миелоидными клетками CD11b+Gr1+ (MDSCs), которые способны производить оксид азота (NO), стимулируя ангиогенез. Такое развитие событий приводит к переходу от сосудисто-экссудативной стадии воспаления к пролиферативной стадии [23].

Кожа – один из иммуногенных органов, в которой представлено, большое количестводермальных и эпидермальных дендритных клеток (ДК). Активация ДК связана с дегрануляцией тучных клеток и высвобождением TNF-α при ТТ. ДК обеспечивают интегративную связь между врожденным и адаптивным иммунитетом за счет экспрессии на своей поверхности HLA рецепторов и TLR-4 рецепторов после ТТ, которые обеспечивают взаимодействие с иммунокомпетентными клетками [13]. ДК участвуют во врожденном иммунитете путем активации естественных киллеров (NK) с помощью выделяемого ими ИЛ-12 и прямого клеточного взаимодействия. NK, в свою очередь, могут экспрессировать провоспалительные цитокины, включая ИФН-γ и TNF-α, а также играть роль антигенпрезентующих клеток. При нарушении функций ДК и NK при ТТ возрастает вероятность присоединения вторичной инфекции [20].

Помимо фагоцитарных клеток в патогенезе ТТ продемонстрирована роль γδТ-клеток. В норме γδТ-клетки содержатся в небольшом количестве в периферических лимфоидных тканях, в кожном эпителии, интерстиции. После повреждения MTDs, взаимодействуя с TLR2, TLR4, CD69 на поверхности γδТ-клеток, активирует их. Активированные γδТ-клетки продуцируют факторы роста и хемокины. Ряд исследований показал важную роль γδТ-клеток в процессе инфильтрации очага повреждения макрофагами, активации Th2-, Th17-зависимого иммунного ответа в месте повреждения, продукции NO [27].

Традиционно патофизиология ожогов рассматривается в контексте медиаторной теории, в которой цитокины секретируются иммунными клетками, циркулирующими в крови, и оказывают эффекты локально и системно. Принято выделять две основные группы цитокинов: провоспалительные (ИЛ-1, ИЛ-2, ИЛ-6, ИЛ-8, TNF- α, ИФН-γ) и противовоспалительные (ИЛ-4, ИЛ-10). Активация каскада воспалительных реакций при ТТ включает синтез белков острой фазы (С-реактивный белок, сывороточный амилоид А), регуляцию воспалительных молекул адгезии и провоспалительных цитокинов. Макрофаги являются доминантными клетками в этом процессе, секретируя TNF-α, ИЛ-1 и другие провоспалительные цитокины. Наблюдается повышение в периферической крови концентрации TNF-α, TGF, интерлейкинов и простагландинов (PGE2). ИЛ-2 способен стимулировать Т-клеточную пролиферацию через JAK/STAT и PI-3K/Ras пути активации, способствует высвобождению ИФН-γ, ИЛ-1, ИЛ-4, ИЛ-6, TNF-α [15]. ИЛ-8 участвует в механизмах, ангиогенеза, клеточного роста и ремоделирования тканей [22]. TNF-α способствует индукции ИЛ-6, который отвечает за созревание В-лимфоцитов, синтез острофазовых белков и регуляцию активности Т-лимфоцитов. Многофункциональный ИЛ-1β способствует хемотаксису, созреванию и активации нейтрофилов, Т- и В-лимфоцитов и др. [7]. IL-15 вырабатывается в ответ на повреждение ДК, моноцитами, эндотелиальными, стромальными клетками и т.д. стимулирует Т-клеточную пролиферацию (преимущественно CD8+), секрецию иммуноглобулинов В-клетками и влияет на развитие NK-клеток. Есть сведения, что IL-15 ингибирует апоптоз, повышает фагоцитарную активность нейтрофилов и активность тучных клеток, что повышает эффективность работы врожденного иммунитета и устойчивость к вторичной инфекции [25].

В последнее время в патогенезе ТТ популярность набирает «теория апоптоза». В ее основе – гибель клеток при ожоговых повреждениях [33]. Повреждение лейкоцитов, эндотелиоцитови тромбоцитов в очаге ТТ приводит к «респираторному взрыву». В нейтрофилах НАДФН-ксидазный мультикомпонентный ферментативный комплекс приводит к восстановлению молекулярного кислорода с образованием супероксидного аниона – родоначальника активных кислородных радикалов. Эндотелиоциты в условиях эндотелиальной дисфункции и активации ксантиноксидазы и НАДФ-оксидазы также могут быть поставщиком активных форм кислорода. Свободные радикалы приводят к инициации процессов перекисного окисления липидов (ПОЛ), повреждая мембранные фосфолипиды лимфоцитов. Последствиями активации ПОЛ в лимфоцитах является их гибель путем некроза и апоптоза, лимфоцитопения, депрессия адаптивного иммунитета и дизрегуляция иммунного ответа [1].

Как известно, после ТТ наблюдается снижение абсолютного содержания в периферичекой крови CD3+, CD4+, CD8+ лимфоцитов. Степень выраженности лимфоцитопении во многом зависит от глубины и площади ТТ. Можно обозначить несколько механизмов лимфоцитопении. Во-первых, увеличение миграции лимфоцитов в очаг воспаления. Во-вторых, активация гибели клеток путем некроза и апоптоза в условиях оксидативного стресса, повышения экспрессии CD95 (АРО-1) на цитоплазматической мембране. Кроме того, гибель лимфоцитов в первичных и вторичных лимфоидных органах может быть вызвана снижением активности каспазы 3 и высвобождением глюкокортикоидных гормонов [30]. В-третьих, повышается концентрация супрессорных клеток [32]. Нарушение функций Т-лимфоцитов, регулирующих иммунный ответ, и их гибель может являться важным следствием системной иммуносупрессии при ТТ.

На 2-3 сутки после ТТ наблюдается увеличение концентрации Тh2 и CD19+ лимфоцитов, и как следствие – увеличение концентрации в кровиIgG, IgA и IgM. По последним данным, при ТТ наблюдается супрессия Тh1-адаптивного иммунитета и активация Th2-зависимого выброса цитокинов и Тreg клеток. Активация Th2-зависимого иммунного ответа приводит к дисфункции антигенпрезентующих клеток и повышает восприимчивость к инфекции. Среди ДК выделяют популяцию CD4-CD8a+cDCs, которая в норме экспрессирует CD-205 и в комплексе с CD8+ Т-клетками участвует в Th1-зависимом иммунном ответе [21]. При ТТ угнетение ДК может влиять на «отзывчивость» Т-клеток и активность Th1-зависимого иммунного ответа.

CD4+ FoxP3+ регуляторные клетки способны блокировать воспалительную реакцию с помощью ИЛ-10, ИЛ-35 и TGF-β опосредованных механизмов.CD4+ FoxP3+ регуляторные клетки могут активировать Тreg клетки за счет воздействия на TCR- и CD28-зависимые сигнальные молекулы NFATc1, GSK-3β, ZAP-70 и PKC-θ [31].

На 7 сутки ТТ наблюдается увеличение CD16+ NK-клеток, которые представлены небольшой популяцией лимфоцитов. На поверхности NK Т-клеток представлены рецепторы как для Т-клеток (TCR), так и для CD56+. NK Т-клетки участвуют в реакциях врожденного и адаптивного иммунного ответа, распознавая комплекс гликолипидов антигена с маркером CD1d на поверхности антигенпрезентующих клеток (макрофаги, ДК). Было отмечено, что при экспрессии и антигенпрезентующими клетками ИЛ-12 NK-Т-клетки преимущественно выделяют ИФНγ, а ИЛ-4 – в меньшей степени. Если АПК продуцируют преимущественно ИЛ-10 и TGF-β, NK Т-клетки секретируют ИЛ-4 иактивируют Th2-зависимый иммунный ответ [8].

Продемонстрирована роль при ТТTREM-1 – рецептора, расположенного на нейтрофилах и моноцитах, который действует подобно PRR и приводит к высвобождению провоспалительных цитокинов TNF-α и ИЛ-8 [18].

В ответ на термическое повреждение увеличивается выделение кератиноцитамифиброгенных факторов – TGF-b1 и IGF-1 под действием TNF-α и ИЛ-1 на их поверхности. TGF-b1 функционирует какхемоатрактант для дермальных фибробластов и макрофагов, влияет на пролиферацию фибробластов и эпителиальных клеток. TGF-b1 и IGF-1 могут способствовать заживлению раны за счет изменения экспрессии коллагеназы (ММP -1) и синтеза коллагена I и III фибробластами [29].

При активации Th2-зависимого иммунного ответа выделяются противовоспалительные цитокины ИЛ-4, ИЛ-5, ИЛ-10 и ИЛ-13, повышается синтез антител В-клетками и снижается активность макрофагов. При активации Th17 популяции секретируется ИЛ-17, который способствует аккумуляции нейтрофилов в очаге воспаления, и также играет важную роль в развитии хронического воспаления и иммунопатологии. При ТТ уровень ИЛ-17, по данным некоторых авторов, возрастает уже через 3 часа и поддерживается в течение 7 дней [28].

В последние годы ученые рассматривают возможность применения различных клеточных культур (тромбоцитов, кератиноцитов, фибробластов, стромальных клеток) и медиаторов в терапии ТТ. Среди последних интерес представляют цитокины (IL-10, IL-6, ИЛ-1), факторы роста (VEGF, TGF-β, IGF, bFGF, SDF, HGF) и хемокины (CCL2, CCL5, CXCL12). Исследована эффективность местного применения культуры фибробластов при экспериментальной ТТ. Была отмечена активация регенерационых процессов и синтеза коллагенов I и III типов. Изучение эффективности применения при ТТ факторов роста началось еще в 90-е годы прошлого века [34]. По данным Осикова М.В. и др., местное применение эпидермального фактора роста при экспериментальной ТТ способствует сокращению сроков лечения за счет восстановления клеточного состава, снижения провоспалительных цитокинов и миграции фиброцитов в очаг повреждения [4]. С 2004 года рассматривается возможность применения TGF-β3 для предупреждения образования рубцов при повреждениях кожи, однако исследования были приостановлены в 2011 году на 3 фазе клинических исследований [16]. Полифункциональность медиаторов привлекает внимание исследователей и позволяет сделать предположение о возможности применения этих веществ в коррекции нарушений при ТТ [9,19]. Одним из таких веществ является эритропоэтин [5, 6].