Развитие острого воспаления на введение имплантата

Воспаление представляет собой выработанный в процессе эволюции типичный патологический процесс, являющийся результатом взаимодействия флогогенного начала и макроорганизма, направленный на уничтожение (нейтрализацию) агента, вызвавшего повреждение. Выделяют следующие стадии воспалительной реакции: альтерация, экссудация, инфильтрация и репарация.

Любое введение биоматериала сопровождается в той или иной степени повреждением целостности ткани, гибелью клеток и кровоизлиянием. Кроме того, воспаление может развиться и в более поздние сроки, например, под пластинами или вокруг стержней из-за развития вторичной ишемии и некроза тканей. Воспалительные мессенджеры, а также свободные радикалы могут продуцироваться макрофагами, мультиядерными гигантскими клетками при фагоцитозе неорганических частиц. Это может быть пусковым механизмом, приводящим в конечном счете к остеолизису вокруг имплантатов. При этом размер частиц, их количество, форма и химическая природа могут повлиять на активацию макрофагов, вызывая в них увеличение образования свободных радикалов и провоспалительных цитокинов.

Продукты, выделяемые макрофагами и гигантскими мультиядерными клетками при взаимодействии с инородными телами

Фактор	Эффект
Простагландин Е2	Стимуляция остеокластов
Интерлейкина-1β	Стимуляция остеокластов
Фактор некроза опухоли β	Регулятор воспаления
Интерлейкин-6	Стимуляция остеокластов
Коллагеназа, металлопротеиназа	Деструкция коллагена, мембран
Супероксидный анион	Участие в переваривании микробов, фрагментов клеток

Тем не менее, механизмы и время высвобождения этих факторов изучены недостаточно. В опытах in vitro на макрофагоподобных клетках линии HL-60 было изучено влияние фрагментов частиц, полученных из кальциофосфатной и алюминиевой керамики, на показатели фагоцитоза. Показано, что доля клеток, поглощающих тестируемые частицы, в пределах первого часа была самой низкой у алюмокальциопентоксида (АП) и составила 22% через 6 часов и 9% - через 12 часов. Для ГА или ТКФ частиц эта величина равнялась 48 и 53% соответственно. В конце первых суток продукция ЛДГ и супероксидных форм кислорода в макрофагах была выше при обработке ТКФ, чем ГА или частицами алюминия. Однако к 96-му часу опыта эти параметры варьировали в одних и тех же пределах, по-видимому, за счет слияния фагоцитирующих клеток. Увеличение продукции ИЛ-1 и ИЛ-6 наблюдалось только в присутствии эндотоксина (Tucci et al., 1998). Частицы стеклокерамики, по-видимому, обладают более выраженным цитотоксическим действием, т.к. при этом после фагоцитоза происходит разрушение мембран лизосом и фагосом частицами кремния, с последующим аутолизом клетки высвобождающимися ферментами (Карр, 1978; Фрейдлин, 1984; Маянский, 1991).


Стадия инфильтрации воспалительной реакции

Во время нарушения реологических свойств крови лейкоциты выстраиваются вдоль эндотелия, образуя так называемый пристеночный пул. Происходящая в этот момент активация эндотелиальных клеток сопровождается появлением на их поверхности большого количества специфических адгезинов. ELAM-1 - для нейтрофилов, ICAM - для моноцитов и РЕСАМ - для тромбоцитов. Они способствуют направленному прикреплению эффекторных элементов к клеткам-мишеням, отвечая за их пространственное расположение. Кроме вышеуказанных веществ в процессах адгезии большую роль играют лиганды для 28 рецептора, идентифицированные как антигены семейства В-7. В суперсемейство В-7 входят: В-7-1 (CD-80), В-7-2 (CD 86), В-7-3 (ВВ-1) и CTLA-4 молекулы. Все они представляют собой трансмембранные белки, имеющие экстрацеллюлярную и внутриклеточную части. Концентрация клеток белой крови за счет специфической адгезии и действия хемокинов в очаге воспаления резко возрастает, и они устремляются через эндотелий и межэндотелиальные щели, фенестры в ткань. Хемокины представляют собой семейство провоспалительных цитокинов (SIS-цитокины) с достаточно небольшой молекулярной массой (8-10 кД). Некоторые из них идентифицированы, например ИЛ-8, GRO, эотаксин, С3 и С5. Хемокины организуют направленность движения клеток мишеней к очагу воспаления (Gallin et al., 1992; Pigott, Power, 1993; Balkmoll, 1995). Процесс миграции лейкоцитов является кальций-зависимым. Если биоматериал обладает свойствами ионофоров, веществ, усиливающих приток кальция в клетку, то миграция гранулоцитов усиливается (Маянский, Урсов, 1997). В результате хемокинеза и хемотаксиса лейкоцитов происходит инфильтрация тканей сначала полиморфоядерными лейкоцитами, а затем макрофагами, лимфоцитами и фибробластами. Нейтрофилы продуцируют в окружающую ткань медиаторы воспаления (Долгушин и др., 1999) . В первую очередь, речь идет о простациклинах, простагландинах, тромбоксане, лейкотриенах и активных радикалов. Среди активных радикалов выделяют синглетный кислород и хлор. Эти факторы - чрезвычайно агрессивные молекулы и могут разрушать структуру вводимых имплантатов (Севастьянов, 1999).

 

Схема генерации синглетного кислорода и хлора в нейтрофилах при воспалении. СОД - супероксиддисмутаза, МП - миелопероксидаза

Медиаторы воспаления образуются из фосфолипидов мембраны лейкоцитов под действием фермента фосфалипазы А₂. Окислительная биотрансформация арахидоновой кислоты происходит по нескольким направлениям, среди которых, в первую очередь, следует выделить путь образования простагландинов G₂. Из них, под действием изомеразы или простациклинсинтетазы, образуются ПГЕ, ПГF1а, ПГF1,2а, ПГД2,а тромбоксансинтетазы - тромбоксан А₂ и В₂. Простагландины обладают выраженным сосудорасширяющим действием, повышают болевую чувствительность нервных окончаний, вызывают гипертермию (Маянский, Урсов, 1997; Gallin et al., 1992).

Из арахидоновой кислоты под действием липооксигеназы и других ферментов образуются лейкотриены и 5-гидрооксиэй-козатетраеноевые кислоты. Лейкотриены В4 являются сильными хемоаттрактантами, способствующими хемотаксису лейкоцитов в очаг воспаления.

После того как лейкоциты попадают и скапливаются в поврежденной ткани вокруг имплантата, они вместе с оставшимися клетками вступают в сложные взаимоотношения, среди которых можно выделить две основные составляющие. Одна направлена на ограничение зоны повреждения, удаление поврежденных клеток и чужеродных элементов. Другая подготавливает плацдарм для активации пластических функций тканей, направленных на восстановление утраченной функции. Следует подчеркнуть, что оба процесса тесно взаимосвязаны между собой. Например, активация цитокинового каскада, начинающегося с продукции провоспалительных цитокинов типа ИЛ-1, ИЛ-6, фактора некроза опухоли (ФНО), колониестимулирующих факторов макрофагами, лимфоцитами, фибробластами и клетками эндотелия. Это вызывает усиление миграции лейкоцитов в очаг воспаления и инфильтрацию ими тканей и стимуляции фагоцитарной активности нейтрофилов и макрофагов. Вместе с тем КСФ является дистантным регулятором гемопоэза и активирует пластические процессы образования лейкоцитов из коммитированных клеток-предшественников в костном мозге, включая остеокласты и макрофаги. Под действием вышеуказанных цитокинов происходит стимуляция выработки ряда ростовых факторов - ФРФ, ТРФ, инсулиноподобного фактора, мишенями для которых являются клетки стромы, остеобласты и остеоциты (Кетлинский, Калинина, 1995; Nicola, 1994).

Ограничение и удаление поврежденных тканей и чужеродных материалов происходит за счет фагоцитоза их нейтрофилами и макрофагами. Следует подчеркнуть, что лейкоциты плохо захватывают частицы, которые предварительно Не адсорбировали на своей поверхности протеины, называемые опсонинами. Среди опсонинов центральное место занимают фибронектин, фрагменты комплемента (СЗ,С6), иммуноглобулины класса G (Серов и др., 1995).рагменты комплемента (СЗ,С6), иммуноглобулины класса G (Серов и др., 1995).

Стадии фагоцитоза включают: хемотаксис, распознавание объекта фагоцитоза, контакт с мембраной и погружение частицы внутрь клетки в составе фагосомы, слияние фагосомы с лизосомами, переработку и биодеградацию материала с участием ферментных систем лизосом, выброс непереваренных остатков в среду. Если частица имеет диаметр более 30-50 мкм, то в ее фагоцитозе участвуют несколько клеток. Мононуклеарные фагоциты при этом могут образовывать гигантские мультиядерные клетки за счет слияния в остеокласты (Учитель, 1978; Фрейдлин, 1984). Мы не будем останавливаться на вопросе продукции перекисей, супероксидных форм кислорода и радикалов нейтрофилами и макрофагами в очаге воспаления, от которых на 90% зависят бактерицидные свойства лейкоцитов, т.к. в большинстве случаев имплантация биоматериалов проводится в условиях строгой асептики и антисептики, предохраняющих раневую поверхность от микробного загрязнения. Более детально эти вопросы рассматриваются в цикле монографий, выпущенных профессором Д.Н. Маянским, к которым следует обратиться читателю.

Макрофаги и дендридные клетки при взаимодействии с антигенами, образовавшимися в результате введения имплантатов, могут включать механизм выработки антител (Петров и др., 1981). Этот процесс проходит с участием Т-лимфоцитов, NK-клеток и В-лимфоцитов. Активную роль в нем играют молекулы адгезии семейства В-7 и цитокины (γ-интерферон - γ-Иф, интерлейкины 2 и 4 типов, молекулы главного комплекса гистосовместимости типа II - MCH-II) (Roit et al., 1996; Benjamini, Leskowitz, 1996). Схематически это показано на рисунке.

Гипотетический путь В-7 активации В-клеток

Фагоциты исполняют роль «мусорщиков», удаляющих некротизированные и поврежденные ткани. Нейтрофилы фагоцитируют небольшие, а макрофаги - крупные частицы. Вместе с лимфоцитами макрофаги подготавливают развитие следующей стадии воспалительного процесса - репарации (Фрейдлин, 1984; Revell, 1998).

Определение белков острой фазы и цитокинов, по мнению многих авторов, является важным критерием, по которому можно судить о дальнейшей судьбе имплантируемого материала (Arnaout, 1990; Stent et al., 1995; Revell, 1998). Развитие различных осложнений, реализующихся в виде гипервоспалительного процесса, переход его в хроническую стадию, склерозирование или разрастание соединительной ткани, присоединение инфекционного процесса - вот неполный перечень реакций, о характере которых можно судить по изучению уровня вышеуказанных факторов.


А.В. Карпов, В.П. Шахов
Системы внешней фиксации и регуляторные механизмы оптимальной биомеханики